（气象学专业论文）1948—2002年东南亚地区降水多时间尺度特征研究.pdf

1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南 亚地区降水多时间尺度特征研究 中 文 摘 要 本文采用c h e n 等人最新创建的全球陆地和海洋月降水资料( p r e c ) 、 美国 n c e p / n c a r再分析月 平均风场资料和英国气象局整编的 全球逐月海温格点资 料， 分析了1 9 4 8 -2 0 0 2 年东南亚地区年和四季降水场气候变化的一些问题， 主 要研究内容和结论如下: 分析了东南亚地区降水及降水趋势的时、空间分布特征。发现年和四季的 降水分布基本上是在菲律宾群岛和中南半岛较多， 而在海洋上相对较少。 近5 5 年来东南亚地区年及春、夏、秋季的降水量都存在下降趋势，其中秋季的下降 趋势尤为明显，冬季有较弱的上升趋势。总体来看，东南亚地区趋势系数的空 间分布年和四季在中南半岛东部都是上升区，菲律宾群岛南部是下降区，其它 地区在年和四季的降水趋势上有正有负。 1 9 4 8 - 2 0 0 2年东南亚地区年和四季降水存在明显的年际变化和年代际变化 特征。 划分了1 9 4 8 - 2 0 0 2年东南亚 地区年、季的早涝年，并对划分的旱、涝年 进行了早涝年差异的m o n t e c a r l o 检验， 结果表明旱涝年之间的降水存在明 显的 差异。研究了东南亚地区旱涝年的分布规律和特征，指出早涝年的分布是不均 匀的，具有明显的年代际特征。年和四季的早涝年平均降水距平差值绝大部分 都通过了 信度为0 . 0 5 和0 .0 1 的t 检验。 通过对年和四季早涝年的平均风场和距平风场以及涝年和旱年的差值场的 合成分析，综合年和四季的东南亚地区大气环流形势，发现年和四季共同特征 是涝年与旱年相比，其大气环流形势都有低层辐合高层辐散的特点，这种形势 有利于上升运动的发展，形成降水。分析了 太平洋和印度洋的海温情况，发现 不同季节与降水有关系的海温范围不相同。 东南亚地区秋、 冬季的降水与e n s o 事件关系比 较密切，年降水次之， 春、夏两季的降水与e n s o的关系不明显。 在年、季尺度上e l n i n o 年的平均降水量普遍比l a n i n a 年的平均降水量少。 计算了东南亚地区降水量和我国 华南、 东亚和南亚地区降水量的相关系数， 并分析了东南亚地区与以上三个区域的年、季降水的相关关系。 关键词:东南亚地区;降水;早涝;气候变化:风场:s s t : e n s o t h e s t u d y o f f e a t u r e s o n d i f f e r e n t t i me - s c a l e i n s o u t h e a s t a s i a d u r i n g 1 9 4 8 - 2 0 0 2 ab s t r a c t b a s e d o n t h e g l o b a l m o n t h l y r a in d a ta ( p r e c v iz . p r e c i p it a t i o n m o n t h l y a n o m a li e s o v e r g l o b a l l a n d r a i n f a l l ; d r o u g h t a n d fl o o d y e a r ; wi n d ; s s t ; e n s o 学位论文独创性声明 本人郑重声明: 1 、坚持以 “ 求实、创新”的科学精神从事研究工作。 z 、本论文是我个人在导师指导下进行 的研究工作和取得 的研 究成果 。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是 真实的。 4 、 本论文中除引文和致谢的内容外， 不包含其他人或其它 机构 已经发表或撰写过 的研究成果。 5 、 其他 同志对本研究所做的贡献均 已在论文中作 了声 明并 表示 了谢意 。 作者签名: 日期: 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文 的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机 构送交论文的电子版和纸质版;有权将学位论文用于非赢利目 的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅;有权将学位 论文的内容编入有关数据库进行检索;有权将学位论文的标题 和摘要汇编 出版 。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名: 日期: 第一章 绪论 ， . ，引言 降水与我们的日 常生活息息相关， 而旱涝又是比较严重的气象灾害之一， 对 工农业生产和人民 生活都有重要影响。 尤 其1 9 9 1 年我国 江淮流域及1 9 9 8 年我国 长江中 下游地区的特大洪水、非洲撒哈拉地区的持续性干旱、1 9 9 3年美国 密西 西比河流域的 特大洪水以及2 0 0 4 年岁末发生在印度洋的大海啸，惊天悲剧让当 地人民饱受磨难。 研究降水变化，了解降水异常的形成机制和规律， 对于防灾减 灾具有非常明 确的现实意义。目 前对大尺度早涝及其变化的认识相对较少， 这和 降水资料本身独有的特点有关。 降水的时、空变化大，降水样本资料在时间和空 间上来说都十分缺乏， 这就限制了其问题的研究。 最近几十年， 全球气候系统发 生了很大变化， 全球气候变暖， e n s o频繁发生， 使与之联系的降水也发生了年 代际变化， 太平洋和大西洋的台风和热带风暴活动加剧， 对东亚和北美的重创越 来越强。 亚洲是全球最显著的季风区， 亚洲季风系统包括东亚季风系统和南亚季 风系统， 东南亚地区由于其独特的地理位置， 在两季风系统的联系中起着重要的 作用。 此外，东南亚季风也紧密地联系着亚洲季风系统与全球气候系统。 超过世 界6 0 % 人口的东南亚当地居民的生活主要受东南亚季风的影响。 其工农业和经济 的生产力很大地依靠季风季节的变化。东南亚地区降水受到多种天气系统的影 响。因此，利用最新的资料研究此地区旱涝及其气候变化，揭示其发生的频率、 时间分布、 范围， 在年际、 年代际等多时间尺度上的变化特征， 及其与大气环流、 s s t和e n s o的关系，有着重要的现实意义。 1 . 2研究动态 对于东 南亚的 天气和气候变化特征许多学者从不同 角度进行了 研究1 -3 9 3 ， 分 别讨论了东南亚地区的季风建立和大气环流的突变特征及其与 s s t的关系等问 题。 a n g e l l4 0 3f 1 8 6 0 - 1 9 7 9 年 的 n o a a 逐 月 海 温 资 料 分 别 与 热 带 对 流 层 纬 向 平 均 第一章 绪论 ， . ，引言 降水与我们的日 常生活息息相关， 而旱涝又是比较严重的气象灾害之一， 对 工农业生产和人民 生活都有重要影响。 尤 其1 9 9 1 年我国 江淮流域及1 9 9 8 年我国 长江中 下游地区的特大洪水、非洲撒哈拉地区的持续性干旱、1 9 9 3年美国 密西 西比河流域的 特大洪水以及2 0 0 4 年岁末发生在印度洋的大海啸，惊天悲剧让当 地人民饱受磨难。 研究降水变化，了解降水异常的形成机制和规律， 对于防灾减 灾具有非常明 确的现实意义。目 前对大尺度早涝及其变化的认识相对较少， 这和 降水资料本身独有的特点有关。 降水的时、空变化大，降水样本资料在时间和空 间上来说都十分缺乏， 这就限制了其问题的研究。 最近几十年， 全球气候系统发 生了很大变化， 全球气候变暖， e n s o频繁发生， 使与之联系的降水也发生了年 代际变化， 太平洋和大西洋的台风和热带风暴活动加剧， 对东亚和北美的重创越 来越强。 亚洲是全球最显著的季风区， 亚洲季风系统包括东亚季风系统和南亚季 风系统， 东南亚地区由于其独特的地理位置， 在两季风系统的联系中起着重要的 作用。 此外，东南亚季风也紧密地联系着亚洲季风系统与全球气候系统。 超过世 界6 0 % 人口的东南亚当地居民的生活主要受东南亚季风的影响。 其工农业和经济 的生产力很大地依靠季风季节的变化。东南亚地区降水受到多种天气系统的影 响。因此，利用最新的资料研究此地区旱涝及其气候变化，揭示其发生的频率、 时间分布、 范围， 在年际、 年代际等多时间尺度上的变化特征， 及其与大气环流、 s s t和e n s o的关系，有着重要的现实意义。 1 . 2研究动态 对于东 南亚的 天气和气候变化特征许多学者从不同 角度进行了 研究1 -3 9 3 ， 分 别讨论了东南亚地区的季风建立和大气环流的突变特征及其与 s s t的关系等问 题。 a n g e l l4 0 3f 1 8 6 0 - 1 9 7 9 年 的 n o a a 逐 月 海 温 资 料 分 别 与 热 带 对 流 层 纬 向 平 均 温度 ( 1 9 5 8 - 1 9 7 9 年中的两个季节) 、印度夏季风平均降雨量 ( 1 8 6 8 - 1 9 7 7 年春季 和夏季) 和南方涛动指数 ( 1 9 3 2 - 1 9 7 9 年) 求相关系数， 指出 在e n s o事件发生 时，东南亚地区的降水较正常年份少。 l a u 等4 1 根据亚洲夏季风 在不同区 域有不同 特点， 把亚洲季风区分为南亚和 东南亚两个区域， 分别定义了 季风指数， 结果表明， 东南亚季风的年际变率与中 国东海、日 本海和中国南海的海温异常有关系。 a n n a m a l a i 等4 z 用两种资 料对比 研究了1 9 7 9 - 1 9 9 5 年亚洲季风的年际 和 季节 内变化， 结果表明亚洲季风存在着年际 和季节内变化， 并且年际和季节内变化之 间有一定的联系。 l a u 等4 3 通过对东 南亚 夏 季风的 气候和年际 变化的 研究， 描述了东南亚季风 的基本建立和发展过程， 指出东南亚季风是整个亚洲季风系统中最早的阶段， 东 南亚季风建立时间的提前 ( 延迟) 与太平洋和印度洋的冷 ( 暖)事件相联系，5 月份的东南亚季风的 特征可以预示未来几个月亚洲夏季风的发展， 对东南亚地区 的天气和气候有巨大的影响。 王晓 春4 4 1 利用f g g e 4 1 1 b 资 料及欧 洲中 期天气预 报中 心1 9 8 0 - 1 9 8 8 年七层全 球分析资料，分析了1 9 7 9 - 1 9 8 8 年南亚、东南亚地区大气环流季节突变的状况， 指出东南亚地区进入雨季， 华南进入前汛期，南亚、 东南亚地区由冬至夏大气环 流转变过程存在两次突变， 季节突变方式存在着区域、 高低层间及年际间的差异。 杨广基等4 5 1 研究了1 9 5 1 - 1 9 8 0 年4 - 9 月东亚、 南亚和东 南亚降 水的 年变化和 年际变化，详细地研究了中国东西部及长江流域夏季降水特征。 杨辉等4 6 1 从诊断大气环流、 热源和水汽汇的 演变出 发， 深入了 解东 南亚夏季 风的特征，以 及大气环流和青藏高原对东南亚夏季风建立的影响。 王 谦 谦等 4 7 1 在1 9 9 1 年 太 平 洋 海 温异常 对降 水影响 的 数 值试 验 里表明 ， 太 平 洋地区的海温异常与我国、 南亚、 东南亚和美洲等地的降水异常确实有密切的关 系。 范可等4 9 1对东南亚夏 季5 - 7 月 份的四 个强降水过程进行研究， 通过对其相应 的基本物理量场作诊断分析， 研究东南亚地区夏季强降水的物理机制， 为东南亚 地区的强降水分析和预报提供了依据。 王 冰等4 9 】应用谱分析的 方法， 讨论了 东 南亚降 水分别与印 度洋和太平洋海温 的关系， 得出热带印度洋和太平洋海温变化对东南亚降水影响的最佳落后时间长 度， 同时找出了两个海域对东南亚降水影响的几个关键区， 作为东南亚旱涝预报 的强信号因子。 范 可等5 0 应用 湿位涡理 论分析了 发生在东 南亚 夏季的 两个强降水个例， 讨论 了湿位涡场特征与东南亚强降水形成的关系以 及东南亚暴雨发生的基本背景场， 进而探讨湿位涡理论在东南亚低纬度海洋地区的应用前景。 m i。” a h n r l o e 8 (5 1 根据 “ 夏季季风试验”国 际 计划期间所获得的高 空观侧资料， 计算了水汽输送基本积分特征: 大气水汽含量、合成水汽通量、 经 向和纬向水汽输送分量及其强度和水汽通量散度， 得出了中国和东南亚上空夏季 季风及其各个阶段的大气水汽交换基本特征的时空规律， 用于东南亚水份平衡计 算和建立水份平衡模式。 东南亚地区天气与大气环流、季风和梅雨都有联系。从以上这些研究看到， 东南亚季风的研究还很有限， 并且资料大都局限在上个世纪。 大尺度东南亚季风 长期变化和各季变化工作的研究基本没有开展。最近 2 0 多年，全球气候系统发 生了很大变化，全球气候变暖， e n s o频繁发生。因此， 利用最新的降水资料详 细讨论东南亚地区降水的特征是十分必要的。 1 . 3本文主要研究工作 本文将利用c h e n 等创建更新的1 9 4 8 - 2 0 0 3 年全球陆地和海洋月降水资料、 美国n c e p / n c a r再分析资料中的1 9 4 8 . 1 - 1 9 9 9 . 1 2 月的月平均风场资料和英国气 象局整编的1 9 5 0 . 1 - 2 0 0 1 . 1 2 月的全球逐月海温格点资料统计5 5 年来 1 ) 东南亚 地区年和四季降水的时空特征和长期变化趋势; ( 2 ) 年和四季降水的旱涝划分及 分布规律和特征;( 3 )东南亚地区降水异常与大气环流、海温和e n s o的关系。 度， 同时找出了两个海域对东南亚降水影响的几个关键区， 作为东南亚旱涝预报 的强信号因子。 范 可等5 0 应用 湿位涡理 论分析了 发生在东 南亚 夏季的 两个强降水个例， 讨论 了湿位涡场特征与东南亚强降水形成的关系以 及东南亚暴雨发生的基本背景场， 进而探讨湿位涡理论在东南亚低纬度海洋地区的应用前景。 m i。” a h n r l o e 8 (5 1 根据 “ 夏季季风试验”国 际 计划期间所获得的高 空观侧资料， 计算了水汽输送基本积分特征: 大气水汽含量、合成水汽通量、 经 向和纬向水汽输送分量及其强度和水汽通量散度， 得出了中国和东南亚上空夏季 季风及其各个阶段的大气水汽交换基本特征的时空规律， 用于东南亚水份平衡计 算和建立水份平衡模式。 东南亚地区天气与大气环流、季风和梅雨都有联系。从以上这些研究看到， 东南亚季风的研究还很有限， 并且资料大都局限在上个世纪。 大尺度东南亚季风 长期变化和各季变化工作的研究基本没有开展。最近 2 0 多年，全球气候系统发 生了很大变化，全球气候变暖， e n s o频繁发生。因此， 利用最新的降水资料详 细讨论东南亚地区降水的特征是十分必要的。 1 . 3本文主要研究工作 本文将利用c h e n 等创建更新的1 9 4 8 - 2 0 0 3 年全球陆地和海洋月降水资料、 美国n c e p / n c a r再分析资料中的1 9 4 8 . 1 - 1 9 9 9 . 1 2 月的月平均风场资料和英国气 象局整编的1 9 5 0 . 1 - 2 0 0 1 . 1 2 月的全球逐月海温格点资料统计5 5 年来 1 ) 东南亚 地区年和四季降水的时空特征和长期变化趋势; ( 2 ) 年和四季降水的旱涝划分及 分布规律和特征;( 3 )东南亚地区降水异常与大气环流、海温和e n s o的关系。 第二章 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年、 季降水的时空 特征和长 期变化趋势 东南亚季风紧密地联系着亚洲季风系统与全球气候系统， 其降水也受到多种 因素的影响， 本章主要对降水资料进行分析， 找出东南亚地区降水的空间特征及 其年际、年代际的变化和长期趋势口 2 . ，资料和方法 2 . 1 . 1资料 本文使用 c h e n等( 5 2 最新创建的全球月降水资料 ( p r e c ) ，包括陆地 ( p r e c i l )和海洋 ( p r e c i o 两部分。p r e c资料的长度是 1 9 4 8 年至2 0 0 3 年 ( 共 5 6年) ，空间分辨率是 2 . 5 0 纬度x 2 .5 。 经度，范围是 8 8 .7 5 0 s -8 8 .7 5 0 n , 1 2 5 0 e -1 .2 5 0 w， 全球共有1 0 3 6 8 个 格点， 其中 陆地格点 数为4 3 9 0 。 陆 地降 水资 料 ( p r e c i l )是全球历史气候网 ( g h c n )最新第二版本的 1 7 0 0 0个气象站的 雨量观测资料和美国气候预报中心 c p c )编制和收集的气候异常监观系统 ( c a m s ) 资料结合的 产品。 该 资料使 用了 最优内 插方法， 有非常严 格的 检测与质 量 控制。 而 全 球海洋月降 水 分 析( p r e c i o ) ， 是 用s m i t h 等 人的e o f 重 建 方 法 将近年来的卫星观测定义的降水空间分布型与雨量筒、 船舶观侧得到的时间变化 信息结 合起来创造的 最新全球资 料。 e o f 模态是通过对近年来1 9 7 9 - 1 9 9 8 空间 覆 盖 完 全的 人 造卫 星 估计的 降 水资 料 进 行e o f 分析 后得 到。 c h e n 等 5 2 1 已 经阐明了 该资料的优良 特性。 目 前还没有对该资料进行仔细地分析研究， 国内也没有使用 此最新资 料的研究成果。 本文研究的东南 亚地区范围 与文献 4 1 1 相同， 为( 5 n - 2 5 n , 1 0 0 e -1 3 0 e ) ， 用到 包括陆 地和海洋部分的共9 6 个格点( 其中 包括陆地 6 0 个格点， 海洋3 6 个格点) 。 分别取1 - 1 2 月、 3 - 5 月、 6 - 8 月、 9 - 1 1 月和1 2 月 到次年2 月的月降水量之和得到 年、 春、夏、 秋、冬季的降水量。 图 2 . 1 第二章 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年、 季降水的时空 特征和长 期变化趋势 东南亚季风紧密地联系着亚洲季风系统与全球气候系统， 其降水也受到多种 因素的影响， 本章主要对降水资料进行分析， 找出东南亚地区降水的空间特征及 其年际、年代际的变化和长期趋势口 2 . ，资料和方法 2 . 1 . 1资料 本文使用 c h e n等( 5 2 最新创建的全球月降水资料 ( p r e c ) ，包括陆地 ( p r e c i l )和海洋 ( p r e c i o 两部分。p r e c资料的长度是 1 9 4 8 年至2 0 0 3 年 ( 共 5 6年) ，空间分辨率是 2 . 5 0 纬度x 2 .5 。 经度，范围是 8 8 .7 5 0 s -8 8 .7 5 0 n , 1 2 5 0 e -1 .2 5 0 w， 全球共有1 0 3 6 8 个 格点， 其中 陆地格点 数为4 3 9 0 。 陆 地降 水资 料 ( p r e c i l )是全球历史气候网 ( g h c n )最新第二版本的 1 7 0 0 0个气象站的 雨量观测资料和美国气候预报中心 c p c )编制和收集的气候异常监观系统 ( c a m s ) 资料结合的 产品。 该 资料使 用了 最优内 插方法， 有非常严 格的 检测与质 量 控制。 而 全 球海洋月降 水 分 析( p r e c i o ) ， 是 用s m i t h 等 人的e o f 重 建 方 法 将近年来的卫星观测定义的降水空间分布型与雨量筒、 船舶观侧得到的时间变化 信息结 合起来创造的 最新全球资 料。 e o f 模态是通过对近年来1 9 7 9 - 1 9 9 8 空间 覆 盖 完 全的 人 造卫 星 估计的 降 水资 料 进 行e o f 分析 后得 到。 c h e n 等 5 2 1 已 经阐明了 该资料的优良 特性。 目 前还没有对该资料进行仔细地分析研究， 国内也没有使用 此最新资 料的研究成果。 本文研究的东南 亚地区范围 与文献 4 1 1 相同， 为( 5 n - 2 5 n , 1 0 0 e -1 3 0 e ) ， 用到 包括陆 地和海洋部分的共9 6 个格点( 其中 包括陆地 6 0 个格点， 海洋3 6 个格点) 。 分别取1 - 1 2 月、 3 - 5 月、 6 - 8 月、 9 - 1 1 月和1 2 月 到次年2 月的月降水量之和得到 年、 春、夏、 秋、冬季的降水量。 图 2 . 1 为了解 p r e c资料的可靠程度，将 p r e c读取的资料与印度季风降水 1 8 1 3 - 1 9 9 8 年 6 - 9 月的实际观测资料 ( 出版的资料) 进行了比较。从 p r e c中读 取印度地区 ( 7 0 -8 7 e , 1 0 0 -3 0 0 n )( 其中陆地4 7 个格点， 海洋9 个格点)的 1 9 4 8 - 1 9 9 8 年6 - 9 月的降水量，相加并求距平，得到印度地区5 1 a 6 - 9 月降水量距 平的时间序列 ( 图2 . 1 中实线) ， 与印度季风降水 1 9 4 8 - 1 9 9 8 年6 - 9 月降水量距平 的时间序列求相关， 相关系数为0 . 9 2( 图2 . 1 ) 。 可以看出， 两种资料有很好的一 致性，说明 ( p r e c 几 十 p r e c / 0 ) 资料是很可靠的， 可以用来进行年、月、季尺 度降水分析。 2 . 1 . 2方法 ( 1 ) ma n n - k e n d a l l 法54 1 ma n n - k e n d a l l 法是一种非参数统计突变检测方法。 这一方法的优点在于不仅 计算简便， 而且可以明确突变开始的时间， 并指出突变区域。 方法具体介绍如下: 对于具有n 个样本量的时间序列x ，构造一秩序列: ( k = 2 , 3 , . . , n ) 其中 当 x i x , 否则 0 = 1 , 2 , . . . , i ) +l0 声!、.l - 弓 可见， 秩序列s k 是第i 时刻数值大于.i 时刻数 值个数的累 计数。 在时间序列随机独立的假定下，定义统计量: u f , e s * 一 e ( s k ) v a r ( s k )少1 ,2 ， 二 ” n ) 其中u f 1 = 0 , e ( s k ) , v a r ( s k ) 是累计数s k 的 均值和方差， 在x l ,x 2 , . . . , x n 相 互独立，且有相同 连续分布时，它们可由下式算出: 。 ， _ 、 n ( n + 1 ) g ( j k i = 一4 n ( ” 一 1 ) ( 2 n + 5 ) v a r k s k ) = 万 了一 - 一 o f 、 为标准正态分布，它是按时间序列x 1顷 序 x k, x 2 , . . . , x 。 计算出的 统计量序 列 ， 给 定 显 著 性 水 平 a ， 查 正 态 分 布 表 ， 若1v f ,卜 矶， 则 表 明 序 列 存 在 明 显 的 趋势变化。 按时间序列 =n , n - l , . . . , 1 , u b , 逆序 0. x n ,x n -， 二 ，x ，再重复上述过程，同时使u b k = - u f k ( 2 ) 小 波 变换 方法5 4 , 5 5 1 小波变换方法是一种时频分析方法，是由f o u r i e r 变换方法发展而来的。传 统的f o u r i e r 变换方法是一种频域分析， 对频率 ( 周期)具有分辨率，但有其固 有的缺陷， 它几乎不能获取信号在任意时刻的频率特征， 而在实际问题中所关心 的恰恰是信号局部范围内的特征。 而运用小波变换方法既可以了解时间序列的不 同时间域的频率 ( 周期)特征又可以了解不同频率的时间分布特征。 用 来 反 映 时 频 特 征 的 是 小 波 变 换 系 数w ( a , b ) ， 小 波 系 数 模 平 方 ( iw ( a , b ) i2 ) 的大小可以表示时间尺度信号的强弱，由 于 mo r l e t 小波的实部也是一个对称的 小波函数， 小波系数w ( a , b ) 的实部可以 表示不同特征时间信号在不同时间的 强弱和位相两方面消息， 通过检查小波系数w ( a , b ) 的等位相线的辐合状况可 以 确定信号的 奇异点 ( 突变点) 及其发生时间。 ( 3 ) 趋势系 数5 6 1 及蒙 特 卡 洛 模 拟的 统 计 检验 5 7 1 。 气 象要 素的 长 期 变 化 趋势 通常用一元线性回归系数来表示。 但是， 这个系数有单位， 在不同的气象要素之 间及同一要素的不同时间、地点之间不能互相比较。 根据文献 1 7 介绍的方法， 计算了 气象要素的时间序列与自 然数列之间的相关系数 ( 称为趋势系数) ，用来 表示和比较气象要素的长期变化的大小。 可以证明， 这样计算的趋势系数， 就是 标准化的一元线性回归系数， 是个无单位的量。 它消去了气象要素的均方差对线 性回归系数数值大小的影响， 从而可以在不同地理位置的不同气象要素之间比较 长期趋势变化的大小。但是气象要素的变化可能是它们的自 然变动。我们认为， 只有当计算的趋势系数达到或超过统计检验的显著性标准时， 这种长期变化才有 意义。 所以对计算的趋势系数需要进行统计检验。 如果不考虑正态分布这一统计 检验必须满足的条件， 我们可以用蒙特卡洛 ( mo n t e c a r l o ) 模拟试验的统计检验 方法。 具体做法是: 我们共进行了1 0 0 0 次独立的随机试验， 产生出长度为5 5 ( 年) 的1 0 0 0 个不同的正态 ( 0 , 1 ) 的序列， 将它们与自 然数列1 , 2 ,. 。 . ，5 5 求相关 系数， 可以得到 1 0 0 0 个模拟的趋势系数。 然后将这 1 0 0 0 个趋势系数的绝对值从 大到小排序，就容易找到 1 % ,5 %置信上限， 这就是趋势系数的临界值。 趋势 系数的绝对值大于该临界值， 就认为通过了蒙特卡洛模拟的统计检验。 蒙特卡洛 模拟检验一般有更为严格的标准 ( 临界值高) ，这种情况在信度高时更明显。 2 . 2东南亚地区 年、季降水的空间分布特征 图2 .2 是东南亚地区年和四季实际降水分布图，其中年降水单位为l 0 0 m m, 四季降水单位为 l o m m。 从图2 .2 a 看到年降水在菲律宾群岛、 中南半岛西南部和 南海南部超过2 0 0 0 m m， 最大区域是菲律宾群岛东南侧， 年降水量超过2 8 0 0 m m, 降水相对较少的区域是中国南海大部分地区和西太平洋海面上。春季 ( 图2 .2 b ) 降水在中国 华南、 菲律宾群岛东南侧和中 南半岛西南部较多， 较少区域与年降水 分布图相似。 夏季 ( 图2 .2 c ) 降水较春季有明显增加， 较多区域是在菲律宾群岛 西部和中南半岛西南部，均超过 l 0 0 0 m m ，亚洲大陆部分降水也相对较多， 其他 区域降水较少。在秋季 ( 图 2 .2 d ) ，降水基本上呈南多北少的形势，最大值在越 南中南部及其西部近海，其次是菲律宾群岛，北部大陆降水较少。图 2 .2 e中冬 季降水除菲律宾群岛东南部和南海南部以外，其他地区降水均不多。 图 2 . 2 2 . 3东南亚地区年、季降水的年际及年代际变化特征 2 . 3 . ，东南亚地区年、季降水的时间序列分析 图2 .3 是1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年和四 季的标准化降水时间 序列及线性回 归和高斯九点滤波曲线。 除冬季以外， 年和春、 夏、 秋季降水都存在下降的趋势， 其中秋季的下降 趋势最明 显，而冬季有弱的上升趋势。 近5 5 年来东南亚地区的 年 ( 图2 .3 a )降水有比较明显的下降的趋势。 其中5 0 年代到7 0 年代中期是多雨 期; 7 0 年代中后期到9 0 年代中后期为少雨期; 9 0 年代末和本世纪初降水有明显 增加，降水的高峰值在 1 9 9 9 年。从春季降水距平 ( 图2 .3 b )变化来看，有弱的 下降趋势，其中降水的正距平年较负距平年多。4 0年代末到 7 0年代中期除了 1 9 5 8 , 1 9 6 3 和1 9 6 9 年为明显的负距平以 外，其他大多数年份均是正值; 此后到 9 0年代后期至今降水距平正负值交替变化较大;降水的高 峰值在上世纪末本世 大到小排序，就容易找到 1 % ,5 %置信上限， 这就是趋势系数的临界值。 趋势 系数的绝对值大于该临界值， 就认为通过了蒙特卡洛模拟的统计检验。 蒙特卡洛 模拟检验一般有更为严格的标准 ( 临界值高) ，这种情况在信度高时更明显。 2 . 2东南亚地区 年、季降水的空间分布特征 图2 .2 是东南亚地区年和四季实际降水分布图，其中年降水单位为l 0 0 m m, 四季降水单位为 l o m m。 从图2 .2 a 看到年降水在菲律宾群岛、 中南半岛西南部和 南海南部超过2 0 0 0 m m， 最大区域是菲律宾群岛东南侧， 年降水量超过2 8 0 0 m m, 降水相对较少的区域是中国南海大部分地区和西太平洋海面上。春季 ( 图2 .2 b ) 降水在中国 华南、 菲律宾群岛东南侧和中 南半岛西南部较多， 较少区域与年降水 分布图相似。 夏季 ( 图2 .2 c ) 降水较春季有明显增加， 较多区域是在菲律宾群岛 西部和中南半岛西南部，均超过 l 0 0 0 m m ，亚洲大陆部分降水也相对较多， 其他 区域降水较少。在秋季 ( 图 2 .2 d ) ，降水基本上呈南多北少的形势，最大值在越 南中南部及其西部近海，其次是菲律宾群岛，北部大陆降水较少。图 2 .2 e中冬 季降水除菲律宾群岛东南部和南海南部以外，其他地区降水均不多。 图 2 . 2 2 . 3东南亚地区年、季降水的年际及年代际变化特征 2 . 3 . ，东南亚地区年、季降水的时间序列分析 图2 .3 是1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年和四 季的标准化降水时间 序列及线性回 归和高斯九点滤波曲线。 除冬季以外， 年和春、 夏、 秋季降水都存在下降的趋势， 其中秋季的下降 趋势最明 显，而冬季有弱的上升趋势。 近5 5 年来东南亚地区的 年 ( 图2 .3 a )降水有比较明显的下降的趋势。 其中5 0 年代到7 0 年代中期是多雨 期; 7 0 年代中后期到9 0 年代中后期为少雨期; 9 0 年代末和本世纪初降水有明显 增加，降水的高峰值在 1 9 9 9 年。从春季降水距平 ( 图2 .3 b )变化来看，有弱的 下降趋势，其中降水的正距平年较负距平年多。4 0年代末到 7 0年代中期除了 1 9 5 8 , 1 9 6 3 和1 9 6 9 年为明显的负距平以 外，其他大多数年份均是正值; 此后到 9 0年代后期至今降水距平正负值交替变化较大;降水的高 峰值在上世纪末本世 大到小排序，就容易找到 1 % ,5 %置信上限， 这就是趋势系数的临界值。 趋势 系数的绝对值大于该临界值， 就认为通过了蒙特卡洛模拟的统计检验。 蒙特卡洛 模拟检验一般有更为严格的标准 ( 临界值高) ，这种情况在信度高时更明显。 2 . 2东南亚地区 年、季降水的空间分布特征 图2 .2 是东南亚地区年和四季实际降水分布图，其中年降水单位为l 0 0 m m, 四季降水单位为 l o m m。 从图2 .2 a 看到年降水在菲律宾群岛、 中南半岛西南部和 南海南部超过2 0 0 0 m m， 最大区域是菲律宾群岛东南侧， 年降水量超过2 8 0 0 m m, 降水相对较少的区域是中国南海大部分地区和西太平洋海面上。春季 ( 图2 .2 b ) 降水在中国 华南、 菲律宾群岛东南侧和中 南半岛西南部较多， 较少区域与年降水 分布图相似。 夏季 ( 图2 .2 c ) 降水较春季有明显增加， 较多区域是在菲律宾群岛 西部和中南半岛西南部，均超过 l 0 0 0 m m ，亚洲大陆部分降水也相对较多， 其他 区域降水较少。在秋季 ( 图 2 .2 d ) ，降水基本上呈南多北少的形势，最大值在越 南中南部及其西部近海，其次是菲律宾群岛，北部大陆降水较少。图 2 .2 e中冬 季降水除菲律宾群岛东南部和南海南部以外，其他地区降水均不多。 图 2 . 2 2 . 3东南亚地区年、季降水的年际及年代际变化特征 2 . 3 . ，东南亚地区年、季降水的时间序列分析 图2 .3 是1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年和四 季的标准化降水时间 序列及线性回 归和高斯九点滤波曲线。 除冬季以外， 年和春、 夏、 秋季降水都存在下降的趋势， 其中秋季的下降 趋势最明 显，而冬季有弱的上升趋势。 近5 5 年来东南亚地区的 年 ( 图2 .3 a )降水有比较明显的下降的趋势。 其中5 0 年代到7 0 年代中期是多雨 期; 7 0 年代中后期到9 0 年代中后期为少雨期; 9 0 年代末和本世纪初降水有明显 增加，降水的高峰值在 1 9 9 9 年。从春季降水距平 ( 图2 .3 b )变化来看，有弱的 下降趋势，其中降水的正距平年较负距平年多。4 0年代末到 7 0年代中期除了 1 9 5 8 , 1 9 6 3 和1 9 6 9 年为明显的负距平以 外，其他大多数年份均是正值; 此后到 9 0年代后期至今降水距平正负值交替变化较大;降水的高 峰值在上世纪末本世 纪初。 夏季降 水 ( 图2 .3 c ) 也呈下降趋势。1 9 4 8 年到5 0 年代中后期，降 水变化 相对较小; 5 0 年代末到7 0 年代中后期除了1 9 6 5 年以 外，其余大多数年份降水 偏多;7 0年代后期到上世纪末降水年际变化明显，降水量的多寡交替出现;在 9 0 年代有降水距平的极值，分别为 1 9 9 4 年最大值和 1 9 9 3 年最小值。秋季 ( 图 2 .3 d ) 是四个季节中下降趋势最明 显的季节， 4 0 年代末到5 0 年代中期和7 0 年代 前半期降水以 偏多为主;6 0 年代中后期和7 0 年代中期到9 0 年代初降水的正负 距平交替出现;9 0年代前半期降水偏少，后半期降水以偏多占 优势，但降水距 平最小值出 现在 1 9 9 7 年。冬季 ( 图2 . 3 e )降水有较弱的上升趋势，整体呈现正 负距平交替变化的现象，8 0 年代中期到9 0 年代中期基本为少雨期，此后降水明 显增多，在 8 0年代中期至今降水有较大的波动。高峰值在 1 9 9 8 年，最低值在 1 9 7 2 年。 图 2 . 3 图2 .4 为1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年和四 季平均降水量的m a n n - k e n d a l l 统计 量曲 线。 可以 看到， 图2 .4 a 中o f 曲 线和u b曲 线在1 9 7 7 , 1 9 9 9 和2 0 0 1 年有三 个交点， 表明东南亚地区年降水量在1 9 7 7 年发生突变减少， 在 1 9 9 9 年发生突变 增加， 而在2 0 0 1 年又突变减少。 在 0 年代以后至9 0 年代中期降水量明显减少， 尤其在 1 9 9 2 - 1 9 9 5 年和 1 9 9 6 - 1 9 9 9 年，减少趋势超过0 . 0 5 1店 界线。图 ( 2 .4 b )中 在1 9 6 8 , 1 9 7 4 , 1 9 7 6 年以及1 9 9 9 , 2 0 0 1 年有五次突变， 其中1 9 6 8 , 1 9 7 6 和2 0 0 1 年突变减少， 而 1 9 7 4 和1 9 9 9 年突变增加。 夏季降水发生突变的年份比 较多，图 ( 2 .4 c )中o f曲 线和u b曲 线在1 9 5 0 和8 0 年代后期以 后有多个交点。 表明 在 8 0 年代后期至今降水量呈现多波动的现象， 值得注意的是在7 0 年代降水量增加 的趋势超过0 .0 5 临界线。 秋季降水 ( 图2 .4 d )在6 0 年代到7 0 年代中期有五个 交点，这期间降水量波动较多，在 1 9 9 1 年到 1 9 9 9 年降水量减少趋势超过0 .0 5 临界线。 在图 ( 2 .4 e )中也有类似于秋季的情况，从1 9 5 7 到1 9 7 5 年降水量波动 明显，1 9 9 7 年突变增加，而2 0 0 1 年突变减少。 图 2 .4 2 . 3 . 2东南亚地区年、季降水的周期分析 为了进一步了解降水的 年际年代际变化， 运用小波变换的方法对东南亚地区 近 5 5 年的年和四季降水标准化距平时间序列进行分析，得到了不同时间尺度上 的变化特征， 图2 .5 即为 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年和四季平均降水量的mo r l e t 小波变换系数的模平方的时频分布。图 2 .5 a表示的是年降水量的小波分析， 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年降 水存在明显的年际变化和年代际 变化周期。年际变 化周期为5 年左右， 信号较强， 在整个时间域上都存在， 最强信号在七十年代中 前期至今。 年代际变化的主要周期为十三年左右， 最强信号在七十年代中期至今。 图2 . 5 ( b , c , d , e ) 分别为东南亚地区四 季 ( 春、 夏、 秋、 冬) 降水时间 序列 的mo r l e t 小波变换系数的模平方的时频分布。图2 .5 b 表明春季降水在整个时域 上存在 5 年左右的年际变化周期， 信号较强， 最强信号在七十年代末至本世纪初; 存在 1 2 到 1 4 年的年代际变化周期， 最强信号在八十年代至本世纪初。 夏季年际 和年代际变化周期信号都不强， 年际变化周期主要为2 年和5 年周期， 最强信号 都集中在八十年代中后期到九十年代中后期，1 1年的年代际变化周期最强信号 在六十年代中期到七十年代中 前期。 秋季可在图2 甲5 d 中看到， 年际变化周期在2 年左右，最强信号在五十年代中后期到六十年代中期和九十年代中后期，5 年左 右周期在整个时域上都存在， 主要在六十年代中 后期到八十年代中 前期， 年代际 变化周期不明显。图 2 . 5 e 是冬季的情况，在五十年代中期至今存在 5年左右周 期，信号较强，最强信号在六十年代中前期到七十年代末，1 6年左右的年代际 变化周期在八十年代中前期至本世纪初最强。 图 2 . 5 2 . 4东南亚地区年、季降水的长期趋势变化特征 对东南亚地区年和四季降 水量求趋势系数， 得到表2 . 1 。 表中除了冬季以外 其他季节和年降水都呈下降趋势，秋季下降趋势最明显。 2 . 3 . 2东南亚地区年、季降水的周期分析 为了进一步了解降水的 年际年代际变化， 运用小波变换的方法对东南亚地区 近 5 5 年的年和四季降水标准化距平时间序列进行分析，得到了不同时间尺度上 的变化特征， 图2 .5 即为 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年和四季平均降水量的mo r l e t 小波变换系数的模平方的时频分布。图 2 .5 a表示的是年降水量的小波分析， 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年降 水存在明显的年际变化和年代际 变化周期。年际变 化周期为5 年左右， 信号较强， 在整个时间域上都存在， 最强信号在七十年代中 前期至今。 年代际变化的主要周期为十三年左右， 最强信号在七十年代中期至今。 图2 . 5 ( b , c , d , e ) 分别为东南亚地区四 季 ( 春、 夏、 秋、 冬) 降水时间 序列 的mo r l e t 小波变换系数的模平方的时频分布。图2 .5 b 表明春季降水在整个时域 上存在 5 年左右的年际变化周期， 信号较强， 最强信号在七十年代末至本世纪初; 存在 1 2 到 1 4 年的年代际变化周期， 最强信号在八十年代至本世纪初。 夏季年际 和年代际变化周期信号都不强， 年际变化周期主要为2 年和5 年周期， 最强信号 都集中在八十年代中后期到九十年代中后期，1 1年的年代际变化周期最强信号 在六十年代中期到七十年代中 前期。 秋季可在图2 甲5 d 中看到， 年际变化周期在2 年左右，最强信号在五十年代中后期到六十年代中期和九十年代中后期，5 年左 右周期在整个时域上都存在， 主要在六十年代中 后期到八十年代中 前期， 年代际 变化周期不明显。图 2 . 5 e 是冬季的情况，在五十年代中期至今存在 5年左右周 期，信号较强，最强信号在六十年代中前期到七十年代末，1 6年左右的年代际 变化周期在八十年代中前期至本世纪初最强。 图 2 . 5 2 . 4东南亚地区年、季降水的长期趋势变化特征 对东南亚地区年和四季降 水量求趋势系数， 得到表2 . 1 。 表中除了冬季以外 其他季节和年降水都呈下降趋势，秋季下降趋势最明显。 表2 . 1 趋势系数统计检验的显著性标准 ( 序列长度为5 5 ) 信 度 mo n t e c a r l o 检验0_ .00 10 .4 14_0 .0 10 .3 57_0.050.27 5 0 23 2 表2 .2 1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东南亚地区年、季降水的趋势系数和回归系数 ( 单位: m m l a ) 趋势系数 回归系数-0 .17 1-1.4 8 8 春季 - 0 . 0 3 4 - 0 . 0 7 9 图 2 . 6 图2 .6 是1 9 4 8 - 2 0 0 2 年东 南亚地区年和四 季趋势系数的空间分 布图。 年降水 ( 图2 .6 a ) 除了中南半岛东部、中国华南地区及近海存在上升趋势，其它地区均 为下降趋势， 最强下降中心在中南半岛 西部， 在巴士海峡和菲律宾群岛南部及西 部也存在下降中心。 春季 ( 图2 .6 b ) 基本上是南降北升的形势，中国西南部分地 区和除了中南半岛以外的1 7 0 n以 南地区为下降趋势， 最强下降区在菲律宾南部， 其余区域为上升趋势， 其中海南岛西南上升趋势最强。 夏季 ( 图2 .6 c ) 降水的上 升趋势基本在亚洲大陆部分， 东部太平洋也有弱的上升趋势， 东南亚南部地区下 降趋势较强。从图 2 .6 d中看出秋季东南亚大部分地区降水为下降趋势，只有中 南半岛东部及以南部分洋面存在弱的上升趋势。在冬季 ( 图 2 .6 e ) ，巴士海峡、 菲律宾群岛南部和东南亚西南部分地区为下降趋势，上升趋势最大值在 1 1 4 0 e , 1 9 0 n. 2 . 5