我国地处东亚季风区，其降水具有明显的区域性、季节性、年际及年代际变化特征。有研究指出^[1]华南地区降水季节演变呈现典型的双峰型变化特征，其第一个降水峰值出现在第一个雨季亦称前汛期的4—6月，以6月最大；第二个降水峰值出现在第二个雨季亦称后汛期的7—9月，以8月最大。另外，华南前汛期降水可分为夏季风爆发前的锋面降水和夏季风爆发后的季风降水^[2]，而后汛期降水则与季风降水和热带气旋降水有关^[3-5]。华南地区第一个雨季降水平均占全年的40%~50%，第二个雨季占约30%^[6]。对华南地区而言，降水的季节分布异常与旱涝灾害的发生密切相关，因此研究华南地区降水季节演变的年代际变化有十分重要的意义。由于1979年之前的相关再分析资料的可信度不高，因此在下文中统一使用1979年之后的降水资料和再分析资料。

已有的研究指出^[7-10]，近20多年我国汛期雨带的位置和雨季起止时间都发生了新变化，我国东部地区夏季多雨带位置有明显的年代际变动。华南地区夏季降水量在1990年代初期明显增多^[11-13]。同时也发现华南地区春季降水自1990年代初期显著减少^[14]。可以看出春季降水量和夏季降水量自1990年代初期呈现出一种反位相变化趋势，这说明华南降水的季节分布发生了明显的年代际变化。

华南降水的季节分布属于典型的季风气候降水，当地的农业生产、水资源规划及利用都高度依赖降水的季节分配。因此，分析华南降水的季际分布的年代际变化具有重要意义。过去有关华南降水的研究大多是涉及华南春季或夏季降水、前汛期和后汛期降水的年际、年代际变化，而很少涉及华南地区汛期降水季节分配的年代际变化。最近，高辉等^[15]和Luo等^[16]的研究揭示出华南区域降水的季节分布在近20多年出现了明显的年代际变化。然而上述研究是把华南作为整体来考虑，那么华南不同区域降水的季节分布是否存在不同的年代际变化特征？其可能的原因是什么？这些问题值得深入探讨和研究。而华南不同地区降水分布形态的年代际变化会给华南不同地区的农业生产和水资源规划带来巨大的影响，深入研究华南不同地区降水的季节分布的年代际变化规律，可对今后华南地区农业生产、气候区划及水资源规划提供有益的参考依据。

本文使用的资料包括：（1）中国气象局信息中心提供的1979—2013年743个站逐日降水资料，并将资料作5天累计处理为逐候资料（其中每月第26日至月底最后1天累计作为每月第6候，全年共72候）。根据《中国气象地理区划手册》^[17]，华南地区是指105~120 °E，21~26 °N，华南区域平均降水量是由区域内78个测站降水量平均而得；（2）NCEP/NCAR再分析资料月平均200 hPa和500 hPa位势高度场、200 hPa和850 hPa水平风场及500 hPa垂直运动场，水平分辨率为2.5 ° × 2.5 °^[18-19]；（3）中国气象局上海台风研究所的《台风最佳路径数据集》。

在分析华南地区降水量季节分布年代际变化的局地特征之前，有必要了解华南区域平均的降水量季节分布的气候平均特征及其年代际变化。图 1a为华南地区1979—2013年平均降水的逐候分布，可以看出华南地区降水的季节演变整体呈现一种典型的双峰型分布特征，其中第一个峰值出现在32候或6月，第二个峰值出现在42候左右或8月。由图 1b可看出，1979—2013年月平均降水显示出明显的年际和年代际变化特征。在1990年代初期降水峰值出现的月份有一个明显转折，在1990年之前第一个峰值出现在5月，1990年之后主峰值出现在6月。这意味着1990年代初期华南地区降水的季节分布发生了显著的年代际变化，这与文献[15-16]的结论相吻合。

图 1

图 1 华南1979—2013年平均的逐候降水量（a，单位：mm/pentad）和月降水量的逐年变化（b，单位：mm/month）

下面重点研究华南不同地区是否存在明显的空间差异性。由上可知，华南月降水量的季节分布形态的变化取决于汛期雨量较多的5—8月相邻月雨量的相对变化。对于气候平均而言，华南月降水的主、次峰值分别出现在6月和8月（图 1a），因此为了进一步揭示华南降水季节分布形态发生的年代际转变的区域性，可根据5、6月降水量差及7、8月降水量差的年代际变化的空间分布来进行区域划分。然后对它们分别进行EOF分析（图 2）。最后重点考虑具有年代际变化特征的模态。

图 2

图 2 华南地区6月与5月降水量差值EOF分析的EOF1(a)、时间系数PC1(b)和8月与7月降水量差值EOF分析的EOF2(c)、时间系数PC2(d)

从华南6月与5月降水量差的EOF分析第一模态特征向量EOF1（图 2a）的空间分布看，华南呈现出全区一致同号分布型，大值中心集中在广东中部地区。而对应的时间系数（图 2b）显示出在1990年出现明显的年代际突变。表明在1990年的前后，华南全区6月与5月降水量月际差异相对于气候平均态而言出现显著的反相变化，即在1990年之前6月降水比5月降水明显偏少，1990年之后则相反。8月与7月降水量差值的EOF1表现为华南全区一致同号分布，但其时间系数表现为年际变化特征（图略），故不是我们关注的重点。8月与7月降水量差值的EOF分析的第二模态显示出特征向量场（图 2c）大约以111 °E为界，具有明显的东、西部反号分布特征，而对应的时间系数PC2（图 2d）同样在1990年出现显著的年代际变化。该模态表明，相对于各地7、8月降水量差值的气候平均态而言，在1990年之前西部地区8月降水量距平大于7月（或者说8月与7月降水量差值为正距平），而东部地区则相反；而1990年之后，东、西部的情形分别与1990前情况相反。

因此对观测事实的分析结果不难发现，华南地区降水量的季节分布在1990年代初有一个明显的年代际转变，并且还存在东、西部反位相变化的分布特征。为此，本文根据图 2的结果将华南约以111 °E为界划分为东、西两部分（图 3），并将时段分为1979—1989年（简称时段Ⅰ）和1990—2013年（简称时段Ⅱ）两段来探讨华南东、西部降水季节分布的年代际变化特征。

图 3

图 3 华南分区示意图（红线表示分界线）

图 4给出华南西部的逐月和逐候平均降水量季节演变以及二者在时段Ⅰ和时段Ⅱ的差值曲线。从图 4的实线可清楚看出，在时段Ⅰ，西部地区降水季节分布呈现双峰型特征，从月降水（图 4a）来看主、次峰值分别出现在5、8月；从候降水（图 4b）来看主、次峰值分别出现在约30候和48候。在时段Ⅱ（虚线），从月降水（图 4a）来看，6、7月降水显著增加，5、8月降水略微减少，导致西部地区降水由双峰型变为以6月为峰值的单峰型；从逐候降水（图 4b）来看，降水峰值延后出现在32候，这一时段6月第2候（32候）至7月第5候（41候）的降水较时段Ⅰ都有所增加。

图 4

图 4 华南西部时段Ⅰ(实线)和时段Ⅱ(虚线)平均的逐月(a)和逐候(b)的降水量曲线 直方图为时段Ⅱ与时段Ⅰ的降水量差值。单位：mm。

为了进一步分析降水季节分布的年代际变化与各等级降水变异的联系，将华南西部的日降水量按照小雨（0.1≤x≤10 mm/day）、中雨（10 < x≤25 mm/day）、大雨（25 < x≤50 mm/day）、暴雨（> 50 mm/day）来分别统计候降水量在时段Ⅰ和时段Ⅱ的逐候分布（图 5）。由图 5c、5d可看出，大雨和暴雨的变化趋势与西部地区总降水变化（图 4b）非常相似，皆是6月第2候（32候）至7月第5候（41候）的降水在时段Ⅱ较时段Ⅰ都有明显增加，这也表明自1990年代初起，华南西部强降水事件增多。此外，从图 5a可看出，时段Ⅱ的小雨雨量较时段Ⅰ在全年基本是减少的（12月除外）。两时段的中雨雨量的变化在1—44候有增减相间的情形出现，45候以后主要以减少为主（图 5b）。

图 5

图 5 华南西部时段Ⅰ(实线)和时段Ⅱ(虚线)的平均逐候降水量曲线以及时段Ⅱ与时段Ⅰ的差值(直方图) a.小雨；b.中雨；c.大雨；d.暴雨及以上(>50 mm/day)。单位：mm。

为了揭示降水等级的年代际变化原因，定义平均降水强度（雨强^[20]）为降水总量与降水日数之比，雨日概率^[20]为雨日数除以总天数。然后分别对各类降水事件按上述定义进行分析。由于华南地区降水发生明显年代际变化的主要季节是在夏半年（4—9月），因此下面将重点分析夏半年的情况。从相关分析结果（表略）看，雨强（图略）对各等级降水变化的贡献较小，而反观各等级降水的雨日变化，华南西部大雨、暴雨雨日概率的年代际变化（图 6c、6d）与总降水量年代际变化曲线（图 4b）及对应等级的降水量年代际变化曲线皆十分相似（图 5c、5d），这表明华南西部降水量季节分布的年代际变化与该地区大雨、暴雨降水雨日的年代际变化密切相关。不仅如此，对小雨、中雨雨日概率的变化（图 6a、6b）都与对应等级的降水量变化相似（图 5a、5b）。说明降水量的变化主要由降水频率（雨日）的变化所引起。

图 6

图 6 华南西部时段Ⅰ(实线)和时段Ⅱ(虚线)的平均逐候雨日概率曲线 说明同图 5。

与华南西部不同的是，华南东部降水的季节演变在时段Ⅰ（实线）主要呈现双峰型分布特征，从月降水量（图 7a）看，主、次峰值分别出现在5、8月，但8月的次峰值较弱，使得降水的季节演变更接近单峰型；从候降水（图 7b）来看，主、次峰值分别出现在30候（5月第6候）和42候（7月第6候）。在时段Ⅱ（虚线），由于6—8月的降水较时段Ⅰ有明显增加，2—5月降水明显减少，因此，东部地区降水量在时段Ⅱ以6、8月为主、次峰值的双峰型出现（图 7a）。从候降水量（图 7b）看，降水量主峰值延后到32候出现，而次峰值则延后1候出现在43候。东部地区春季降水在1990年代后减少，与Wu等^[14]研究结论相似。上述观测事实表明，华南东部降水的季节演变发生了由类单峰型转为双峰型的年代际变化。

图 7

图 7 同图 4，但为华南东部的情形

图 8为按小雨、中雨、大雨和暴雨及以上等级来统计得到华南东部地区时段Ⅰ和时段Ⅱ的逐候降水量的季节变化特征。由图 8b、8c、8d可看出，中雨、大雨和暴雨及以上的逐候降水的两个时段的变化趋势与东部地区总降水（图 7b）非常相似，即在2—32候降水量总体是减少的，33—45候的降水量则是呈年代际增加的趋势，说明了自1990年代初，华南东部夏季的强降水事件是增多的。

图 8

图 8 同图 5，但为华南东部的情形

类似于华南西部的分析，我们对夏半年（4—9月）华南东部各种等级降水的逐候雨强的年代际变化进行统计分析，结果表明各种等级降水的雨强变化曲线与华南东部总降水曲线皆不相似（图略），说明华南东部降水季节演变的年代际变化主要不是由降水强度的年代际变化造成。华南东部各种等级降水的雨日概率季节演变的年代际变化如图 9所示。华南东部中雨、大雨、暴雨及以上（图 9b、9c、9d）的雨日变化的年代际变化与华南东部总降水曲线（图 7b）皆非常相似。这说明华南东部降水季节演变的年代际变化主要是由该地区中雨以上的雨日的年代际变化造成的。

图 9

图 9 同图 6，但为华南东部的情形

夏半年华南地区降水季节分布的年代际变化主要是由于5—8月各月降水量发生年代际转变造成的，而降水的变异与大气环流的变化有密切联系。因此，下面将从5—8月各月环流的年代际演变过程来讨论与华南东、西部地区降水季节分布的年代际变化相关的环流异常及其可能原因。考虑到全球变暖背景的影响，以及近期的研究，如Yang等^[21]研究指出全球增暖导致用位势高度场来表征副高范围的变化可能不够合理，不太可信。为此，在下面分析中，我们参考Wu等^[22]的做法，对位势高度场做如下处理，即将各点位势高度值减去0~40 °N全球纬度带平均值。另外，参考Yang等^[21]的做法，定义西太副高的西伸脊点为西太副高脊线上径向风最大的点。

图 10a给出了5月时段Ⅱ与时段Ⅰ的对流层中低层环流的年代际差值场，时段Ⅱ的西太副高的西伸范围比时段Ⅰ偏东，故在孟加拉湾北部-中南半岛北部-南海出现气旋式切变风场的年代际异常，对应上升运动异常增强，使得华南地区的上升运动相对气候态（图 10e）偏弱，导致降水量年代际减少。同时从图 11a也可以看出，从孟加拉湾经中南半岛和从南海流向华南的水汽通量相对于常年（图 11e）出现年代际减少，并在华南地区存在水汽异常辐散，也是不利于5月华南地区降水的年代际增加。

图 10

图 10 5—8月（a~d）各月时段Ⅱ与时段Ⅰ的大气环流年代际的差值场和时段Ⅱ平均的5—8月（e~g）各月大气环流场 矢量为850 hPa风场，填色为500 hPa的p坐标垂直运动（单位：Pa/s，紫色打点区域为通过5%信度检验的区域），等值线为500 hPa高度场（位势高度值扣除0~40 °N全球纬度带平均值）的合成场（绿色代表时段Ⅰ，红色代表时段Ⅱ，单位：gpm），虚线为副高脊线。

图 11

图 11 同图 10，但为垂直积分的水汽通量（箭头，单位：kg/(m·s)）及其散度（填色，单位：10-5 kg/(m2·s)）

由6月两个时段的中低层环流差值场分布（图 10b）可知，华南全区500 hPa垂直速度场整体呈现出异常上升运动的年代际变异，而在南海和菲律宾以东洋面上空为异常下沉运动，南海及附近地区存在异常反气旋式风场，西太副高有年代际西伸且南偏异常，副高西北侧的异常西南气流有利于输送更多的水汽进入华南，有利于华南降水年代际增多，这可从垂直积分的水汽通量及其散度年代差值场（图 11b）以及参考其气候态平均场（图 11e）得到进一步的证实，且在华南上空存在明显的水汽辐合异常中心，导致华南地区降水年代际增加。

7月两个时段的中低层环流的年代际变化如图 10c所示，南海北部-华南地区的低层风场出现气旋式年代际异常，伴随有垂直运动的年代际负异常，表明相对于气候态（图 10g），南海北部的季风槽年代际加深，西太副高东退，上升运动出现年代际增强，有利于华南降水年代际增多。另外，由于华南西部的垂直运动负异常比东部显著些，所以西部的降水的年代际增多也比东部明显（图 4、图 7），这一观测事实从南海北部-华南地区季风槽的年代际加深而导致该地区的水汽通量辐合的异常加强（图 11c、11g）也可得到解释。热带气旋（TC）是造成华南7月降水的重要天气系统，为此我们统计了两个时段的7月影响华南的TC频数（图 12a），时段Ⅰ和时段Ⅱ平均影响华南的TC数分别为2.36和2.63个，即在时段Ⅱ影响华南的TC频数平均偏多，因此造成降水也偏多，这与TC的生成源地在时段Ⅱ相对偏西、生成频数相对偏多有关（图略）。

图 12

图 12 7月（a）、8月（b）在时段Ⅰ（圆点）和时段Ⅱ（矩形）影响我国的热带气旋（TC）位置分布 虚线以北表示TC影响我国的范围。TC位置表示以TC登录我国的第一位置或非登录TC进入影响范围内离海岸线最近的位置。

图 10d为8月时段Ⅱ与时段Ⅰ的对流层中低层环流的年代际差值场。可见，8月华南西部地区呈现出异常下沉运动而东部地区呈现出异常上升运动。在热带印度洋、南海及菲律宾附近出现的异常偏东风带表明，南亚夏季风和南海季风相对于常年（图 10h）都呈现出年代际减弱，使得在阿拉伯海-孟加拉湾-中南半岛南部-南海-菲律宾一带出现年代际异常下沉运动（上升运动减弱），给中南半岛北部、我国东部沿海地区（包括华南东部）的垂直运动出现年代际异常上升运动提供了有利条件。此外，在副热带西北太平洋对流层低层还出现了反气旋式异常风场，对应着西太副高加强西伸，造成我国东部沿海地区的低层辐合加强。另一方面，对于夏季南方型雨带，源自副高西南侧的水汽输送起着更重要的作用^[23]，由于副高位置的变化，源自副高西南侧的水汽被更直接地输送至我国包括华南东部的东南地区，使近20多年在华南东部地区低层的水汽辐合强于时段Ⅰ（图 11d、11h），因此导致华南东部8月降水量的年代际增加（图 7）。与此同时，由于印度和孟加拉湾夏季风的年代际减弱，导致从孟加拉湾经中南半岛向华南西部的水汽输送减弱，为华南西部降水的减少提供了必要条件。另外，8月也是TC的活跃时期，且8月的TC在中国东南沿海地区，特别是华南东部地区的降水影响显著^[24]。为此，我们统计了8月两个时段影响华南的TC频数（图 12b）。时段Ⅰ和时段Ⅱ平均每年影响珠江口以东和28 °N以南地区的TC频数分别为1.64和2.17个，而在华南西部分别为1.27和1.18个。表明时段Ⅱ登陆和影响华南东、西部的TC数比时段Ⅰ分别为明显偏多和明显偏少，有利于我国华南东、西部地区降水的年代际增多和减少。

本文利用中国测站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料分析了华南地区降水季节演变的年代际变化特征，并分析了与之相关环流的年代际异常。

（1）华南地区降水季节分布型在1990年代初期发生年代际转变，但华南东、西地区降水的季节分布的年代际变化不同。华南西部降水在1990年之前为双峰型，1990年之后变为以6月为峰值的单峰型分布。华南东部降水在1990年之前在5月、8月为峰值的弱双峰型，1990年之后变为在6月、8月为峰值的双型降水分布。

（2）华南东、西降水季节分布的年代际变化与华南全区6、7月降水量的年代际增加以及8月华南东、西部降水显著反相的年代际变化（东多西少）密切相关。而与上述变化直接相关的原因是在1990年之后大雨以上事件出现的频率发生了显著的年代际变化。

（3）华南5月降水的年代际减少与南海及附近地区对流活动的年代际加强、副高东退有关。华南6月降水年代际增强与南海区域的副高脊线异常偏南的年代际变化相关。7月华南地区降水的年代际增加，与西太副高年代际东撤及影响华南地区的热带气旋频数年代际增多有关。而8月华南东、西部降水显著反相的年代际变化（东多西少），一方面与亚洲热带季风的年代际减弱、西太副高的年代际增强并西伸密切相关，另一方面与登陆和影响华南东部的热带气旋的年代际增多有关。

限于篇幅，本文只分析了与5—8月华南东、西部地区降水年代际变化相关联的环流异常场以及影响华南夏季降水的热带气旋年代际变化特征。还有许多需进一步研究的问题，如华南及附近地区5—8月大气环流年代际变化的外部影响因子？华南5—8月不同月份降水量的年代际变化趋势的不一致性和空间的差异性的原因？7、8月影响华南的热带西北太平洋热带气旋频数的年代际变化受哪些因素的控制和影响？海温的年代际增暖所起的作用？这些相关问题有待今后做更进一步的研究和分析。