11 9 4 8 - 2 0 0 1年全球陆地 6 - 8月旱涝气候变化研究 * 黄先香1施 能2炎利军1 1. 广东省佛山市气象局广东佛山528000 2. 南京气象学院大气科学系江苏南京210044 摘 要 用最新创建的全球陆地月降水资料P R E C / L研究了 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年全球南极除外及其大尺度区域 陆地 6 - 8 月的旱涝气候变化 结果表明 1 9 5 0 S - 1 9 7 0 S 为全球洪涝多发期 1 9 8 0 S - 1 9 9 0 S 为全球干旱多发期 所划分出的全球 6 - 8 月旱年和涝年的平均降水距平分布有着明显的差异差异最明显的地区几乎包括了全 部季风区全球大部分区域涝年的平均降水多于旱年的平均降水但也应当注意, 全球各地几乎不可能同时 旱或涝北美西南部南美中南部地中海区域及非洲北部中国新疆及其以西等区域的旱涝变化和全球 大部分地区反位相指出 E N S O 与全球尺度的 6 - 8 月旱涝有比较密切的联系划分了南北半球和大尺度区 域的旱涝年并指出了各个大尺度区域 6 - 8 月旱涝之间的联系 关键词旱涝6 - 8 月全球和大尺度区域气候变化 1 引言 旱涝问题一直以来是气候研究的重点 不少学者研究了局地性区域的旱涝变化问题 1 3 然而目前还很少有全面研究全球旱涝气候变化的工作这与全球降水量资料的缺乏有关 B r a d l e y 1 9 8 7 4 曾研究过1 8 5 5 - 1 9 8 4年北半球年的降水变化指出北半球降水作为 整体有相当大的年代际变化指出在 1 9 4 9 - 1 9 6 4 年的 1 5 年中年降水维持正距平1 9 5 0年 代是最异常的它有 4个全球涝年而特别明显的旱年则依次出现在 1 9 1 2 1 9 1 3年其次 1 9 1 8 - 1 9 2 0 年的连续干旱但是1 9 8 4 年以后的情况还不得而知1 9 8 0 年代及 1 9 9 0年代初 有一些工作是研究全球降水量趋势变化的 5 - 7 但是没有涉及到全球旱涝也没有用上 1 9 9 0 年以后的全球降水量资料全球季节旱涝变化的研究工作更少陈绿文 8 利用 M i k e H u l m e 的降水资料研究了 1 9 2 0 - 2 0 0 0 年全球及大尺度区域 6 - 8 月旱涝分布 指出 1 9 2 0 S - 1 9 4 0 S为全 球 6 - 8 月干旱多发期1 9 5 0 S - 1 9 6 0 S 为全球洪涝多发期1 9 7 0 S - 1 9 9 0 S 全球旱涝爆发频繁 旱年多于涝年但是他所用的全球降水资料仅包括 6 3 1 个陆地格点本文采用资料空间覆 盖面更广的全球陆地月降水资料 划分和统计 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年全球及大尺度区域 6 - 8 月旱涝年 分布规律并对其特征作初步的对比研究 2 资料和方法 2 . 1 资料 采用 C h e n 等 9 1 0 2 0 0 1 最新创建发布的 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年全球陆地月降水资料 P R E C / L 资料的空间分辨率2 . 502 . 50范围8 8 . 7 50S 8 8 . 7 50N 全球有 1 0 3 6 8 个格点有资料的 陆地格点数为 4 3 9 0 个 2 . 2 方法 为了合理划分全球或大尺度区域6 - 8 月旱涝年份本文采用 2 种加权平均的指数 1 1 来表示全球或大尺度区域的旱涝程度即全球或大尺度区域6 - 8 月平均降水量距 平指数及其旱涝面积指数 计算表明 这两种全球旱涝指数之间存在着较强的正相关 图 1 相关系数为 0 . 8 1 超过 0 . 0 0 1信度水平我们分别根据这两种指数从大到小对 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年共 5 4个年份进行排序本文认为旱涝年频率不能超过总年数的 1 / 3 所以我们取在 两种排序里都排在前 后 十八位的年份为涝 旱 年 结果可见 在 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年中 1 9 8 8 1 9 8 7 年是全球最大的涝旱年其次是 1 9 5 4 1 9 8 2 年 为了检验这种旱涝年的划分是否合理本文采用 Monte Carlo 1 2 1 3 方法进行统计检验 我们认为 所划分的区域 6 - 8 月旱涝年 只有在旱涝年降水均值差异 t 检验值的格点数超过 相应的 Monte Carlo 信度标准的格点数时旱涝年的划分才是有意义的 * 国家自然科学基金资助项目 4027502823 全球尺度 6 - 8月旱涝年的划分和特征 采用上述两种降水指数 我们首先划分了全球陆地 6 - 8 月旱涝年并探讨其分布规律 由 于南极大陆特殊的降水气候特点以及南极 1 9 5 0 S 资料的缺乏 所以这里的全球区域中没有考 虑南极大陆划分出 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年期间的全球南极除外, 以下同6 - 8 月旱涝年表 1 涝年 14 年 1988 1954 1950 1955 1973 1975 1959 1961 1956 1971 1949 1964 1998 1969 旱年 13 年 1987 1982 1972 1986 1976 1992 2001 1965 1997 1990 1991 1951 2000 为了探讨全球陆地 6 - 8 月旱涝年的分布规律 根据表 1 将全球陆地 6 - 8 月的旱涝年按年 代进行统计可以看出全球 6 - 8 月旱涝年的分布是不均匀的具有明显的年代际特征全 球陆地 6 - 8月旱涝演变大体上可以分为两个时间段1 9 5 0 S - 1 9 7 0 S和 1 9 8 0 S - 1 9 9 0 S 在 1 9 5 0 S - 1 9 7 0 S 的 3 0 多年期间有 1 6 次旱涝1 2 涝 4 旱旱涝频繁涝灾多于旱灾特别 是 1 9 5 0 S 出现了 6 次涝年只有一个旱年这与 B r a d l e y 4 1 9 8 7 研究 1 8 5 5 - 1 9 8 4年的年 降水量的结果是一致的而 1 9 8 0 S - 1 9 9 0 S 的 2 0 年期间1 1 次旱涝9 旱 2 涝为旱灾多发 时期特别是 1 9 9 0 S 出现了 6 次旱年只有一个涝年将我们用 C h e n 9 1 0 的P R E C / L 资 料划分出来的 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年全球 6 - 8 月旱涝年与陈绿文 8 用 M i k e H u l m e 的降水资料划分出 的 1 9 2 0 - 2 0 0 0 年全球 6 - 8 月旱涝年相比较可以发现在相同的时间段内1 9 4 8 - 2 0 0 0 年 陈绿文的 1 1 个涝年中有 1 0 年与我们的结果一致 陈绿文的 7 个旱年中有 5 年与我们的结果 一致对划分出来的旱涝年做 M o n t e C a r l o 检验结果如表 2 全球 t 0 0 . 0 5 信度 0 . 0 1 信度 0 . 0 0 1 信度 格点数总数 3280 2 0 0 6 4 3 1 2 1 2 7 6 M o n t e C a r l o 标准 0 . 0 5 信度 1 8 4 5 2 2 7 5 5 8 M o n t e C a r l o 标准 0 . 0 1 信度 1 9 2 1 2 6 9 7 4 1 4 可以看出 我们对全球 南极除外 6 - 月旱涝年的划分超过了 0 . 0 1 信度的 M o n t e C a r l o 检验标准因此上述划分的旱涝年结果是可靠 图 2 给出了全球南极除外6 - 8 月旱年和涝年的平均降水距平差值涝年减旱年的 t检验图可以看出, 我们划分出的全球 6 - 8月旱年和涝年的平均降水距平分布有着明显的 差异 全球大部分区域涝年的平均降水多于旱年的平均降水 差异最明显的地区几乎包括了 全部季风区如印度季风区西非季风区热带东非墨西哥湾区域及北美季风区澳大 利亚东南部印度尼西亚我国东部和南美季风区等但也应当注意, 全球各地几乎不可能 同时旱或涝存在局地的差异主要分布在北美西南部南美洲中南部地中海区域及非洲表 1 全球陆地南极除外6-8月旱涝年划分结果 表 2 全球 6-8月旱涝年划分的检验结果统计 图1 全球陆地6-8月平均的降水距平指数(实心)和旱涝面积指数(空心)时间序列 降水量标准化值 年份 3北部中国新疆及其以西等区域在我们划分的全球旱涝年中这些区中的旱涝变化特征基 本上和全球其它大部分地区相反这种变化有可能是因为全球范围的旱涝与 E N S O 有着密切 的关系而 E N S O 对各地降水的影响不同造成了这种情况 1 5 值得注意的是 我们所划分的全球 6 - 8 月旱涝年与冷 暖事件年有一种较好的对应关系 根据文献 1 4 - 1 6 得到 1 9 4 8 - 2 0 0 1 年中暖冷事件年 1 4 年1 3 年其开始年如下 暖事件年19511953195719631965196819721976198219861991 199319941997 冷事件年19491950195419551956196419671970197319751988 19891998 表 1 中的黑体是暖事件年, 而带下划线的是冷事件年可以看出表 1 的 1 4 个涝年中 有 1 0 年是是冷事件年没有暖事件年1 3 个旱年中有 8 年是暖事件年没有冷事件年 我们还将全球包括南极6 - 8 月平均的降水距平指数旱涝面积指数和全球南极除外 6 - 8 月平均的降水距平指数 旱涝面积指数分别与1 9 4 8 - 2 0 0 0 年6 - 8 月平均的S O I ( 根据 Allan 等 1 7 的 S O I 序列) 求相关相关系数在 5 3 年的序列中分别为 0 . 6 9 0 . 2 8 0 . 6 9 0 . 5 1 正 相关性很好而弱 S O I 是与暖事件相联系这表明全球陆地 6 - 8 月降水与 E N S O关系密切 暖事件年全球陆地 6 - 8 月降水减少冷事件年全球陆地 6 - 8 月降水增加E N S O 与全球 及大尺度区域 6 - 8 月降水之间的关系我们将另文深入探讨 4 南北半球 6 - 8月旱涝年的划分和特征 用同样的方法分别对南 北半球 6 - 8 月降水进行旱涝年的划分和检验 这里的南半球区 域中同样没有考虑南极大陆划分结果如表 3 所示 北半球涝年 11 年 1954 1988 1961 1959 1950 1964 1955 1969 1966 1995 1975 北半球旱年 14 年 1986 1972 1982 1987 2001 1992 1983 2000 1976 1990 1999 1965 1989 1951 南半球涝年 13 年 1973 1989 1955 1975 1956 1998 1950 1978 1949 1971 1988 1968 1960 南半球旱年 13 年 1987 1982 1979 1993 1963 1976 1997 1965 1992 1953 1966 1981 1980 检验表略表明我们对南北半球 6 - 8 月旱涝年的划分都达到了 0 . 0 1 信度的 M o n t e 表 3 北半球和南半球南极除外陆地 6-8月旱涝年划分结果 图 2 全球6-8月涝年和旱年平均降水距平差值涝年旱年的t检验图 阴影区浅灰色为t0的区域灰黑色为差值达0.050.01信度的区域 经度 纬度 4C a r l o 检验标准说明旱涝年的划分是可靠的 为了