第四纪研究  2021, Vol.41 Issue (2): 389-397   PDF    
过去300年中国西南与东部地区雨季始期变化特征的比较研究
郝志新1,2, 张亮1,2, 刘洋1,2, 葛全胜1,2     
(1 中国科学院地理科学与资源研究所, 中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室, 北京 100101;
2 中国科学院大学, 北京 100049)
摘要:亚洲夏季风强弱、雨季来临早迟与我国夏季旱涝的关系密切,因此深入探究亚洲季风的长期变化规律及其各子区域季风系统的相互联系与稳定性具有重要科学意义。文章在参考中国气象局据气象观测资料制定的西南地区雨季开始期行业标准的基础上,结合历史文献清代雨雪分寸的记载特点,重建了1736~1911年成都地区的雨季开始日期序列,分析了其年际-年代际变化的基本特征,并与昆明、华南、长江中下游和华北等地的雨季开始日期序列进行了对比。发现:历史时期成都雨季的初始日与1951~2015年一致,均为5月6候;1740s~1790s、1840s~1850s、1880s~1890s、1960s~1970s和2000s雨季来临较早,而1800s~1830s、1860s~1870s、1900s、1950s和1980s~1990s雨季则推迟;尽管中国东部季风雨带在历史时期的推进过程与现代基本一致,差异为1~3天,但随着季风强度的变化,表现出明显的年代际波动;成都雨季受到南亚季风和东亚季风的共同影响,其雨季来临早晚的变化与昆明相关性更高,与长江中下游梅雨季开始的早晚关系不明显。此外,研究结果还显示亚洲季风在1980~2000年减弱的现象,也曾经发生在1810~1830年。
关键词西南地区    雨季初始日    年代际变化    东亚季风区    
中图分类号     P467;P468                     文献标识码    A

0 引言

亚澳季风系统作为全球大气环流的重要组成部分,在全球气候变化中扮演着重要角色。国际WCRP(世界气候研究计划)和CLIVAR(气候变率及可预测性计划)明确将亚澳季风强度在季-年代际尺度的变化规律以及自然和人类驱动对亚澳季风年代际变率的影响等问题列为未来5~10年工作重点[1]。其中南亚季风和东亚季风是亚澳季风的两个分支,又合称亚洲季风。由于受海陆差异和青藏高原的影响,南亚季风和东亚季风具有明显的差异同时又相互联系,其建立时间的早晚、发展强度和结构稳定性影响南亚和东亚雨季开始(结束)期与降水量,因其不仅影响旱涝灾害的发生范围、频率和强度等,还直接关系到农业年景的丰歉,备受学界关注[2~6]

亚洲季风的爆发过程由3个相互联系的阶段组成,即5月初孟加拉湾西南季风(南亚季风系统的一部分)首先爆发,随后在5月下旬南海季风爆发,紧接着在6月上旬印度夏季风爆发[7~8]。从空间上看,亚洲季风区可分为印度夏季风区(Indian Summer Monsoon, 简称ISM)、东亚夏季风区(East Asian Summer Monsoon, 简称EASM)、西北太平洋夏季风区(Western North Pacific Summer Monsoon, 简称WNPSM)及季风缓冲区等[9]。有研究根据现代观测资料对亚洲-太平洋区域内各季风子系统在年际尺度上的联系进行了探讨,发现印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在大约超前两周的相位差[10]。一些重要的气候模态也与亚洲季风降水存在遥相关型。如印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, 简称IOD)与同年夏季长江、黄河之间的降水变化存在显著负相关,与云南降水存在显著负相关,但与次年四川降水存在显著正相关。伴随发生在20世纪70年代末的大尺度环流年代际转型,IOD与中国气候年际异常的联系亦发生变化:IOD正位相时,当年夏季降水由中国大部分地区偏少变为长江以南(北)偏多(少);次年夏季降水由中国大部分地区偏多变为长江以南(北)偏少(多)[11]。东亚季风与南亚季风在ENSO驱动下表现出相反特征,El Niño态时,东亚季风增强,东亚区域的夏季降水增多,此时南亚季风减弱,南亚区域的夏季降水减少;La Niña态则与之相反[12~15]。基于观测和模式数据发现,在El Niño态开始减弱,印度洋海温增暖过程中,南亚夏季风与东亚夏季风的变化呈正相关关系;而当El Niño态开始形成,太平洋海温变冷过程中,二者则呈反相关关系[16]。上述研究主要利用观测资料描述了各季风系统在年际尺度上的相互联系,但受限于资料长度,并未深入讨论南亚季风与东亚季风在年代际尺度上的变化特征及是否同步等问题。

在受南亚季风和东亚季风影响的中国区域中,利用历史文献的雨雪分寸记录已经重建了多地的雨季开始期、结束期、雨季长度及雨季降水量等变化序列[17~19],如昆明雨季开始时间序列[20]、长江流域梅雨起止时间及降水量序列[21]、华北季风雨季起止时间及降水量序列[22]、华南前汛期初始日序列[23]等,为研究亚洲季风不同分支在中国区域内表现出来的年代际变化规律及其相互关系提供了重要基础数据。此外,随着西南地区雨雪分寸资料的进一步挖掘和整理,我们重建了成都地区雨季开始日期序列。本文将以这5条雨季开始日期序列为基础,分析过去300年东亚与南亚季风雨带北移的年代际变化特征,及东亚与南亚季风北移过程的先后关系与稳定性。

1 资料与方法 1.1 研究区域

我国受南亚季风影响的区域主要位于西南部,包括云南、四川和贵州等地,雨季一般为5~10月,年降水量在600~1200 mm之间。四川盆地及贵州大部主要受东亚季风气流影响而形成降水,而对于川西地区和云南大部,南亚季风为其主要雨泽之源[24]。西南地区四季降水量同季风进退有关,夏季最大,约占全年降水总量的50%~60%,冬季最小,约为全年降水总量的5%~10%[24~25]。平均雨季开始时间从东南向西北推进,雨季长度和雨量由南至北逐渐减小[26~28]。受季风加强或减弱(前进或后退)的影响,西南地区易发生洪水或干旱,例如2009~2010年云南特大干旱,是由南亚季风爆发偏晚,强度偏弱,造成雨季西南水汽输送偏少所致[25, 29~30]。东部季风区位于我国东部,主雨带随东亚季风的爆发、盛行和自南向北推进,依次形成华南前汛期(5月底~6月初)、江淮梅雨期(6月中下旬)和华北雨季(7月中下旬~8月上旬)[31~32]。通常,除东亚季风带来的太平洋水汽输送对东部季风区降水的影响外,南亚季风的水汽输送也可影响至华南及长江流域的降水(图 1)。

图 1 亚洲季风区1981~2010年6~8月850 hPa平均水汽通量图 亚洲季风区的划分引自文献[9];黑色箭头表示水汽通量,单位:g/(s·hPa·cm);红色圆点为代表站点 Fig. 1 The mean water vapor flux at 850 hPa over the Asia monsoon region from June to August during 1981~2010 A. D. The divided Asia monsoon region was cited from the reference[9]; The black arrow indicates the water vapor flux, unit: g/(s·hPa·cm). Red dots indicate representative sites
1.2 昆明、华南、长江流域和华北雨季序列

过去几年,以雨雪分寸记录为主,其他史料为辅,历史气候学者已重建了1736年以来昆明(代表西南地区)、华南、长江中下游和华北雨季的开始日期序列。如杨煜达等[20]参考现代云南雨季判定方法,通过对雨雪档案记录中降水情况的逐年考订,复原了云南1736~1911年的雨季起始日期序列,并发现云南雨季开始期从18世纪初逐步提前,19世纪推迟,20世纪又提前的特征。华南前汛期始日序列则是参照观测资料中前汛期开始具有“降雨强度突增”和春雨期与前汛期之间出现“少雨期”等特点制定的具体标准而重建,发现历史与观测时期华南前汛期开始日期的多年平均值均为5月第1候,且具有明显的准10年和准40年周期[23]。长江中下游梅雨雨季起止期序列是参考中国气象局给出的器测梅雨期定义,结合雨雪分寸中长江中下游地区5个站点(南京、上海、杭州、安庆、武汉)的雨日记载来确定历史梅雨期,并采用逐日器测降水资料交叉验证的方法而重建,发现自1736年以来,梅雨期长短、中国东部季风雨带位置移动与东亚夏季风强弱变化对应,东亚夏季风偏强时段,夏季风雨带多位于华北和华南,梅雨期偏短;而东亚夏季风偏弱时段,雨带多位于长江中下游地区,梅雨期偏长[21]。华北雨季开始期的逐年序列则通过判断雨日由少变多的突变点所在日期的方法,对雨雪分寸记录(含北京、天津、保定3站)逐条解译而重建,结果显示了1975年以后华北的雨季推迟与雨量减少的特征[22]。除此之外,由于西南地区是南亚季风与东亚季风交汇的复杂地带,我们又在成都开展了雨季初始期的重建工作,为更全面理解该区域季风强弱变化提供了基础数据。

1.3 成都雨季序列的重建 1.3.1 雨雪分寸

成都(30.67°N,104.06°E)的雨季开始日期序列仍根据雨雪分寸记录重建。雨雪分寸记录来源于清代硃批奏折、军机处录副、上谕档、宫中档、耕作档等,始于1736年,止于1911年,原件现存于中国第一历史档案馆和台北故宫博物院[33]。四川省共有雨雪分寸记录3584件,它主要记载了逐次降水的日期、强度和寸数,还有阶段性(如旬、月等)降水多寡的定性描述,记载的地域单元以府(州厅)为主,有时具体到县级,有时为四川省整体(图 2)。其中1752年、1819年、1838~1839年、1852年和1909年因无相关奏报内容而资料缺失。

图 2 雨雪分寸摘录卡片示例 Fig. 2 Example for the extracted Yu-Xue-Fen-Cun records
1.3.2 成都雨季重建方法

中国气象局出台了用于指导农作物播种的西南地区单站和区域雨季开始期监测的行业标准[34]。其中单站雨季开始日期判别方法为:首先定义雨季开始期的阈值K为5天滑动累积降水量与5~10月的候降水量(连续5天的累计降水量)的气候平均值之比。自4月21日开始,当出现K≥1时,且该5天之后的15天之内又出现了K≥1的情况,则将5天中降水量首次大于10 mm的日期定为雨季开始日;如果日降水量均未超过10 mm,则将5天中降水量最大的一天定义为雨季开始日,其所在候为雨季开始候。其中,气候平均值时段取1981~2010年共30年。然而,清代雨雪分寸未直接记录降水量,因此不能将现代雨季开始日期的判别标准直接运用到历史时期,而是用降水日数、降水强度、阶段性降水多寡等指标来制定替代标准。此外,由于雨雪分寸记录是据肉眼观测,最小计量单元为“一分(约3.2 mm)”;同时对于有较大雨季降水量的西南地区来说,较小的日降水量对总降水量贡献较小,因此本研究仅统计3 mm以上的降水日数。

为了与文献记录相衔接,本文据现代监测标准,首先分析5日降水量和降水日数的关系。统计1951~2015年期间成都每5日降水量和每5日、15日内日降水量大于3 mm的降水日数,发现其变化趋势具有高度的同步性(图 3),4月下旬~7月间的5日降水量与5日、15日内降水日数的相关系数分别为0.95和0.97,通过了α=0.001的显著性水平检验。且从图 3中也可明显看出,自5月下旬开始,5日降水量和15日降水天数均呈快速增加趋势,表明了雨季的开始。另外,统计成都5~10月间的候降水量平均值为20.2 mm,当连续5日内有1日出现大雨(日降水量大于25 mm)或降水日数达到2日且其中1日非小雨(即日降水量大于10 mm)时,基本能够满足5日降水量超过气候平均值的要求。因此,利用降水日数和降水强度等指标来综合制定历史时期雨季开始日判别标准是可行的。

图 3 1951~2015年成都3~9月每5日、15日内降水日数(日降水量大于3 mm)和每5日降水量多年均值 Fig. 3 Mean rainy days(daily precipitation>3 mm)every 5 days and 15 days and precipitation amounts every 5 days from March to September in Chengdu during 1951~2015 A.D.

通过以上分析,同时参考杨煜达等[20]辨识清代昆明地区雨季开始日期的方法,本研究定义了成都地区雨季开始日期的标准。具体是:1)自4月21日起,如果雨雪分寸记载满足连续5天内至少有1天出现大雨,或连续5天内至少有2天出现降水(且其中有1天非小雨;小雨在雨雪分寸中一般记录为“微雨”、“小雨”、“密雨沾濡”),且接下来的15天内有连续降水(至少有4天记载降水),则以开始的5天内首次出现非小雨降水日期所在候为雨季开始候。需要说明的是,1981~2010年5~10月间平均15天内的降水日数(日降水量大于3 mm)为3.5天,故取4天。2)若记录中直到6月底仍未满足标准(1),并有旱情或农业栽插推迟的奏报,则认为该年成都雨季开始偏迟,雨季开始日期则为记录中得雨且旱情缓解日所在的候。3)对于某年无具体降水日期或出现“晴雨得宜”、“雨旸时若”、“雨泽应时”等描述,则该年雨季开始日期取现代雨季开始日期的多年平均值,即5月6候。若有初夏旱或涝、农业栽插收成异常等奏报,则视情况判断雨季开始日期为推迟或提前。

具体判断如示例:乾隆二年(1737年),雨雪分寸档案记载四川省“四五两月微缺甘霖”,而“成都五月十九日(阳历16/6)大雨,二十三四八九日(20、21、25、26/6)得雨(乾隆二年四川总督王进昌奏报)”且“六月(28/6)以来甘雨时降”(乾隆二年四川巡抚硕色奏报)。由此可见,6月前降水略有不足,6月16日成都得大雨,之后不到15天内又降4场雨,此后则是甘雨时降。因此将6月16日所在候,即6月4候定为雨季开始日期。同年,雨雪分寸中农业收成类记载也有“六月以来连日大雨俱得沾足,未栽之田业已播种”(乾隆二年四川重庆总兵官张士骏奏报),“秋禾收成……成都、温江、郫县、什邡、崇宁、崇庆、汉州等七等皆收七分”(乾隆二年四川巡抚硕色奏报),说明雨季的推迟对农业播种造成了一定影响。

为了辨明该重建方法的不确定性,我们按照现代指导雨季判别的标准(其结果称为真实值)和本文辨识历史时期雨季的判别标准(重建值),共同对成都1951~2015年的雨季开始日期进行逐年判定(表 1)。通过对比发现:65年中有36年雨季开始日期是一致的,即重建值和真实值为同一候的年份约占全部年份的55%,且两者的相关系数为0.81,通过了α=0.001的显著性水平检验;结果相差在0~3候的年份共52年,约占全部年份的80%。这表明尽管重建的成都雨季开始日期序列和历史真实值之间存在一定的差异,但重建结果仍然较为可靠,其重建结果的不确定性对雨季开始期变化的分析不会产生较大影响。

表 1 两种辨识标准判定的成都1951~2015年雨季开始日期及差异(单位:候) Table 1 Starting dates of rainy season and their difference between two criteria from 1951 to 2015 in Chengdu(unit: Pentad)
2 结果与讨论 2.1 成都雨季开始日期序列

利用1.3.2的重建方法,得到成都1736~1911年的雨季开始日期序列;将其与器测数据相衔接,得到1736~2015年的成都雨季开始日期变化(图 4),其中1912~1950年的39年间缺乏资料,作为缺值处理,其他因史料丢失的6年则取其前后30年的平均值代替。图 4显示,成都雨季开始日期的年际变化大,且1951~2015年间的波动(标准差为5.12)比1736~1911年(标准差为3.76)更剧烈。1736~1911年间成都雨季最早开始于23候(4月5候),最晚则始于第40候(7月4候),最早最晚日期相差达17候;相邻两年的最大变幅为15候,发生在1813和1814年,及1860和1861年。1951~2015年间成都雨季最早开始于23候(4月5候),最晚开始于42候(7月6候),最早最晚日期相差可达19候,相邻两年的最大变幅也为19候,发生在1996年和1997年。1736~1911年间雨季开始日期的平均值为29.68候,而在1951~2015年间为29.81候,仅相差0.13候,即历史时期和器测时期成都的雨季开始日期平均值均可视为5月6候。

图 4 成都1736~2015年雨季开始日期序列 柱形绿色阴影代表每个年代均值,粗线代表 10年滑动平均,直线代表整个时段的均值,其中23候指4月5候 Fig. 4 The start date of rainy season in Chengdu from 1736 A. D. to 2015 A. D. The bar green shade indicates decadal average value, bold line is the 10-year low-pass filter smoothing, horizontal line is the mean value for the whole period and the 23rd pentad means the fifth pentad of April

在10年尺度上(图 4绿色柱状阴影),历史时期雨季开始最早的年代是1790s,为27.2候,最晚的年代是1860s,为31.2候,最大波动幅度相差约4候;器测时期雨季开始最早的年代是1970s,为28.1候,最晚的是1980s,为32.6候,相差约4.5候。从整个序列看,成都雨季在1740s~1790s、1840s~1850s、1880s~1890s、1960s~1970s和2000s开始较早,而在1800s~1830s、1860s~1870s、1900s、1950s和1980s~1990s开始较晚。

2.2 成都与昆明雨季开始日期的对比

尽管成都和昆明都位于西南地区,但成都雨季降水受东亚和南亚季风共同影响,而昆明的雨季降水则受南亚季风主控,因此我们对比了两地序列的变化特征,以分析亚洲季风两个子系统的联系。从图 5可以看出,1736~1911年间,昆明的平均雨季开始日期为5月5候,较成都早1候;成都和昆明雨季最早均开始于23候(4月5候),但昆明雨季最晚开始于37候(7月1候),而成都开始于40候(7月4候),比昆明晚了3候。另外,成都雨季到来的初始日期波动幅度较昆明更大,其中成都序列的标准差为3.8候,而昆明为2.7候。

图 5 1736~1911年成都(a)与昆明(b)雨季开始日期的比较 红线:10年低通滤波;蓝线:30年低通滤波;直线代表整个时段的均值 Fig. 5 Comparison of reconstructed rainy season start dates during 1736~1911 A.D. in (a) Chengdu and (b) Kunming. Red and blue lines represent the 10-year and 30-year fast Fourier transformation low pass filtering, respectively, and the horizontal line represents the mean value

在年际尺度上,1736~1911年和1951~2015年,成都和昆明雨季的开始日期无显著相关性。但分别对两条序列进行10年和30年的快速傅里叶变换(FFT)低通滤波后的结果显示:在10年尺度上,成都和昆明在多个时段呈同向变化,其中在1785~1858年和1873~1897年,两者的相关系数分别为0.56和0.64(p < 0.001),在器测时期的1951~2015年,两者相关系数为0.47(p < 0.001);但也有部分时段两者的变化呈反位相,如1738~1771年,其相关系数为-0.36(p < 0.05)。在30年尺度上,两者关系可以分成较为明确的3个时段,1736~1830年和1951~2015年的同向变化,1831~1911年的反向变化,相关系数分别为0.56、0.69和-0.65,均通过95%的显著性水平检验。从成都地区的序列可以看出,南亚季风和东亚季风在1805~1830年、1855~1885年、1951~1965年和1980~1998年到达成都偏晚,其他时段偏早。昆明雨季开始期序列则显示,南亚季风在1810~1860年、1880~1911年和1951~1998年到达昆明偏迟,其他时段偏早。上述结果表明,无论在10年还是30年尺度上,成都与昆明两地雨季早晚的关系并不稳定,尽管在多数时段上表现为共同偏早或偏晚,但仍有近1/3的时段二者呈相反趋势;1980~2000年成都与昆明两地雨季的推迟现象与全球季风在20世纪70年代末减弱相一致[35]图 5显示这在历史时期1810~1830年也曾经发生过。上述现象发生的原因我们将结合模式模拟的结果另篇深入探讨。

2.3 与东部季风区雨季开始日期的对比

为了复原1736年以来受东亚夏季风影响的东部季风区雨带移动过程,本文将成都重建序列与利用雨雪分寸资料重建的华北[22]、长江中下游[21]、华南(本文选取文献[23]中的福州站代表)等地的雨季开始日期序列进行比较,1741~2000年这4个区域各年代平均雨季开始日期如图 6所示。由于华北和长江中下游重建的序列以日为单位,为了方便比对,我们也将成都和华南每年的雨季开始日期取所在候的中间值,即第3日。

图 6 1741~2000年成都与华北[22]、长江[21]和华南[23]雨季开始日期年代序列对比 Fig. 6 Comparison of the 10-year averages of the start dates for the rainy season in Chengdu, North China, middle and lower reaches of the Yangtze River, and South China during 1741~2000 A.D.

图 6显示,中国东部地区在东亚季风的控制下,雨带随时间由南向北逐渐推移。5月初(平均5月5日),雨带首先到达华南地区,标志着前汛期雨季的开始;然后雨带北跳,长江中下游地区在6月中旬(平均6月13日)进入梅雨期;随后雨带继续向北推移,并于7月初(平均7月1日)到达华北,标志着华北雨季的开始。而成都地区几乎已是东亚季风影响的最西端,同时还受南亚季风的影响,雨季一般在5月下旬开始(平均5月27日),介于华南前汛期和长江中下游梅雨期之间,且具有较大的年代际变率,最早与最晚年雨季开始日相差20天。在年代际尺度上,中国东部地区的雨季开始日期总体呈现出较为相似的变化趋势,在1800s之前以雨季开始偏早为主,之后1810s~1850s在长江中下游和华南呈逐渐偏晚趋势,成都雨季则逐渐提前;1860s~1890s长江中下游和成都变化趋势高度一致,共同提前或推后,但此阶段华南地区均主要表现为雨季推迟;1920s~1990s华北和长江中下游雨季开始日期变化趋势相反,华北主要表现为逐渐提前,且除1920s和1940s外,其他年代雨季均较平均日期早;长江中下游除1930s和1980s较平均日期略有提前外,其他时段雨季推迟。上述雨季开始的年代际差异比对表明,尽管华北、长江中下游、华南均在东亚夏季风控制范围之内,但其雨季开始、雨带跳跃间隔日期及雨季停留时间长短均存在较大变率,夏季风活动的强度可能直接影响雨带向北推进的速度。如相关研究发现当夏季风来临早的年份,季风偏强;反之则偏弱[36~37];中国东部夏季雨带推进强度在1979~1989年明显偏弱,江淮流域汛期多雨,华南和华北少雨[38]。还有研究发现雨季偏早,其持续时间偏长的可能性也越大,对应的雨季降水量也就越多[39]。因此研究各区域雨季开始的早晚及雨带推进过程的年际-年代际变化,可为中国东部夏季降水异常的预警提供依据。

此外,综合成都、昆明与长江中下游三地雨季开始日期的关系,我们发现虽然提早和推后的关系均不稳定,但成都与昆明的雨季开始日期变化更为一致,与长江中下游雨季变化的相关关系较弱,说明南亚季风强弱变化可能对成都雨季开始日期贡献更大。当然,需要指出的是,决定亚洲季风爆发早晚和各地雨季开始日期的因素较为复杂,如太平洋和印度洋海温、青藏高原、南亚高压、跨赤道两半球加热梯度相联系的惯性不稳定、厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)事件等[40~46]。下一步我们将结合重建的雨季始日变化序列和气候模式模拟的结果,分析南亚季风与东亚季风变化异同的可能原因。

3 结论

清代西南地区的雨雪分寸记录较连续地记录了逐次降水过程发生的日期,同时描述了逐次降水的强度和阶段性降水的多寡,为重建高分辨率雨季开始期序列提供了可靠的历史文献证据。本文根据现代雨季开始日期的判定标准,提出了适用于辨识历史时期雨季起始日的方法,即连续5天内至少有1天出现大雨,或连续5天内至少有2天出现降水,且接下来的15天内有连续降水,则以开始的5天内首次出现非小雨降水日期所在候为雨季开始候。同时,将历史时期判别方法和现代雨季指导标准共同应用到观测时段1951~2015年,发现两种方法重建的结果在80%的年份差异在3候以内,证明了重建结果的可靠性。在此基础上,重建了1736~1911年成都雨季开始日期序列。发现历史时期雨季平均初始日期为5月6候,与1951~2015年的器测时段相当;1740s~1790s、1840s~1850s、1880s~1890s、1960s~1970s和2000s雨季开始较早,而在1800s~1830s、1860s~1870s、1900s、1950s和1980s~1990s雨季到来偏晚。

通过对比利用雨雪分寸重建的其他地区,如昆明、华南、长江中下游、华北等地的雨季开始日期序列,发现成都地区受南亚季风和东亚季风的共同影响,开始日期具有更强的年-年代际变率,且变化过程与昆明更为接近,1736~1830年和1951~2015年以同位相变化为主,1831~1911年则位相相反;在受东亚季风影响的区域内,在1736~1911年间,中国东部的主雨带于5月初从华南开始后北跳,于6月中旬到达长江中下游地区,梅雨季开始,约停留20天左右后,继续向北移动,并于7月初到达华北,较现代观测的雨带到达各地的日期早或晚1~3天。同时,观测记录显示的1980~2000年的亚洲季风减弱现象在1810~1830年也曾经出现过,均表现为昆明、成都的雨季开始较晚,长江中下游雨季来临偏早的特征。这些结果较好地指示了夏季风活动的强度,为预测季风区旱涝异常提供了较长时间尺度的基础数据。

参考文献(References)
[1]
WCRP. Report of 20th Session of the CLIVAR Scientific Steering Group-SSG-20[M]. Qingdao: ICPO Publication Series, 2013: 191.
[2]
Wang B. The Asian Monsoon[M]. Berlin, Heidelberg: Springer, 2006: 651-683.
[3]
Feng L, Li T, Yu W. Cause of severe droughts in Southwest China during 1951-2010[J]. Climate Dynamics, 2014, 43(7-8): 2033-2042. DOI:10.1007/s00382-013-2026-z
[4]
Li Y, Ren F, Li Y, et al. Characteristics of the regional meteorological drought events in Southwest China during 1960-2010[J]. Journal of Meteorological Research, 2014, 28(3): 381-392. DOI:10.1007/s13351-014-3144-1
[5]
段克勤, 姚檀栋, 邰庆国, 等. 南亚季风降水的双极振荡[J]. 第四纪研究, 2006, 26(2): 192-197.
Duan Keqin, Yao Tandong, Tai Qingguo, et al. A dipole mode of monsoon rainfall in Himalaya and Southern Peninsular India subcontinent[J]. Quaternary Sciences, 2006, 26(2): 192-197. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2006.02.006
[6]
魏柱灯, 方修琦, 苏筠. 过去2000年中国的气候变化、财政周期与朝代更迭[J]. 第四纪研究, 2020, 40(5): 1180-1192.
Wei Zhudeng, Fang Xiuqi, Su Yun. Climate change, fiscal balance and dynastical cycles in China over the past 2000 years[J]. Quaternary Sciences, 2020, 40(5): 1180-1192.
[7]
吕俊梅, 张庆云, 陶诗言, 等. 亚洲夏季风的爆发及推进特征[J]. 科学通报, 2006, 51(3): 94-100.
Lü Junmei, Zhang Qingyun, Tao Shiyan, et al. Characteristics of onset and advance for Asian summer monsoon[J]. Chinese Science Bulletin, 2006, 51(3): 94-100.
[8]
李汀, 琚建华. 孟加拉湾西南季风与南海热带季风的气候特征比较[J]. 地球物理学报, 2013, 56(1): 27-37.
Li Ting, Ju Jianhua. Comparison of climate features between the southwest summer monsoon of the Bay of Bengal and the South China Sea summer monsoon[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56(1): 27-37.
[9]
Wang B, Lin Ho. Rainy season of the Asian-Pacific summer monsoon[J]. Journal of Climate, 2002, 15(4): 386-398. DOI:10.1175/1520-0442(2002)015<0386:RSOTAP>2.0.CO;2
[10]
丁一汇, 刘芸芸. 亚洲-太平洋季风区的遥相关研究[J]. 气象学报, 2008, 66(5): 670-682.
Ding Yihui, Liu Yunyun. A study of the teleconnection in the Asian-Pacific monsoon region[J]. Acta Meteorologica Sinica, 2008, 66(5): 670-682. DOI:10.3321/j.issn:0577-6619.2008.05.002
[11]
赵珊珊, 周天军, 杨修群, 等. 热带印度洋偶极子与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化[J]. 气象学报, 2009, 67(4): 549-560.
Zhao Shanshan, Zhou Tianjun, Yang Xiuqun, et al. Interdecadal change of the relation-ship between tropical Indian Ocean Dipole and anomalous summer climate in China[J]. Acta Meteorologica Sinica, 2009, 67(4): 549-560.
[12]
石正国, 刘晓东, 程肖侠. 东亚季风和南亚季风的反相位关系及其与ENSO的联系: 年际尺度和轨道尺度[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2009, 29(5): 83-88.
Shi Zhengguo, Liu Xiaodong, Cheng Xiaoxia. Inverse phase between South Asian and East Asian summer monsoons and its relation with ENSO: From interannual to orbital scale[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2009, 29(5): 83-88.
[13]
江爱良. 全球变化与亚洲季风[J]. 第四纪研究, 1995(3): 232-242.
Jiang Ailiang. Global change and Asian monsoon[J]. Quaternary Sciences, 1995(3): 232-242. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.1995.03.005
[14]
谭晶, 王彰贵, 黄荣辉, 等. 云南雨季降水异常的热带海温和大气环流异常分析[J]. 热带海洋学报, 2015, 34(2): 15-23.
Tan Jing, Wang Zhanggui, Huang Ronghui, et al. Analysis of tropical sea surface temperature and atmospheric circulation anomalies and their relationship with abnormal precipitation in Yunnan during rainy season[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2015, 34(2): 15-23. DOI:10.3969/j.issn.1009-5470.2015.02.003
[15]
Preethi B, Mujumdar M, Kripalani R H, et al. Recent trends and tele-connections among South and East Asian summer monsoons in a warming environment[J]. Climate Dynamics, 2017, 48(7-8): 1-17. DOI:10.1007/s00382-016-3218-0
[16]
Ha K J, Seo Y W, Lee J Y, et al. Linkages between the South and East Asian summer monsoons: A review and revisit[J]. Climate Dynamics, 2018, 51(22-12): 4207-4227.
[17]
Hao Z, Yu Y, Ge Q, et al. Reconstruction of high-resolution climate data over China from rainfall and snowfall records in the Qing Dynasty[J]. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 2018, 9(3): e517. DOI:10.1002/wcc.517
[18]
张德二, 刘月巍, 梁有叶, 等. 18世纪南京、苏州和杭州年、季降水量序列的复原研究[J]. 第四纪研究, 2005, 25(2): 121-128.
Zhang De'er, Liu Yuewei, Liang Youye, et al. Reconstruction of annual and seasonal precipitation series of Nanjing, Suzhou and Hangzhou during the 18th Century[J]. Quaternary Sciences, 2005, 25(2): 121-128. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2005.02.001
[19]
伍国凤, 郝志新, 郑景云. 南昌1736年以来的降雪与冬季气温变化[J]. 第四纪研究, 2011, 31(6): 1022-1028.
Wu Guofeng, Hao Zhixin, Zheng Jingyun. Reconstruction of snowfall and winter temperature variations in Nanchang since 1736[J]. Quaternary Sciences, 2011, 31(6): 1022-1028. DOI:10.3969/j.issn.1001-7410.2011.06.09
[20]
杨煜达, 满志敏, 郑景云. 清代云南雨季早晚序列的重建与夏季风变迁[J]. 地理学报, 2006, 61(7): 705-712.
Yang Yuda, Man Zhimin, Zheng Jingyun. Reconstruction of series in later or earlier starting date of rainy season in Yunnan Province and evolvement of summer monsoon in Qing Period[J]. Acta Geographica Sinica, 2006, 61(7): 705-712. DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2006.07.004
[21]
Ge Q, Guo X, Zheng J, et al. Meiyu in the middle and lower reaches of the Yangtze River since 1736[J]. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(1): 107-114. DOI:10.1007/s11434-007-0440-5
[22]
Wang W, Ge Q, Hao Z, et al. Rainy season at Beijing and Shanghai since 1736[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan, 2008, 86(5): 827-834. DOI:10.2151/jmsj.86.827
[23]
丁玲玲, 葛全胜, 郑景云, 等. 1736-2010年华南前汛期始日变化[J]. 地理学报, 2014, 69(3): 303-311.
Ding Lingling, Ge Quansheng, Zheng Jingyun, et al. Variation of starting date of pre-summer rainy season in South China from 1736 to 2010[J]. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(3): 303-311.
[24]
徐裕华. 西南气候[M]. 北京: 气象出版社, 1991: 298.
Xu Yuhua. Climate in Southwest China[M]. Beijing: Meteorological Press, 1991: 298.
[25]
Zhu G, Qin D, Liu Y, et al. Accuracy of TRMM precipitation data in the southwest monsoon region of China[J]. Theoretical and Applied Climatology, 2017, 129(1-2): 353-362. DOI:10.1007/s00704-016-1791-0
[26]
晏红明, 李清泉, 孙丞虎, 等. 中国西南区域雨季开始和结束日期划分标准的研究[J]. 大气科学, 2013, 37(5): 1111-1128.
Yan Hongming, Li Qingquan, Sun Chenghu, et al. Criterion for determining the onset and end of the rainy season in Southwest China[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2013, 37(5): 1111-1128.
[27]
晏红明, 李清泉, 王东阡. 云南雨季的时空特征及与大气环流变化的关系[J]. 热带气象学报, 2018, 34(1): 12-22.
Yan Hongming, Li Qingquan, Wang Dongqian. Studies on spatial-temporal characteristics of Yunnan rainy season and its relationship with atmospheric circulation[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2018, 34(1): 12-22.
[28]
张琪, 李跃清. 近48年西南地区降水量和雨日的气候变化特征[J]. 高原气象, 2014, 33(2): 372-383.
Zhang Qi, Li Yueqing. Climatic variation of rainfall and rain day in Southwest China for last 48 years[J]. Plateau Meteorology, 2014, 33(2): 372-383.
[29]
贺晋云, 张明军, 王鹏, 等. 近50年西南地区极端干旱气候变化特征[J]. 地理学报, 2011, 66(9): 1179-1190.
He Jinyun, Zhang Mingjun, Wang Peng, et al. Climate characteristics of the extreme drought events in Southwest China during recent 50 years[J]. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(9): 1179-1190.
[30]
郑建萌, 张万诚, 陈艳, 等. 2009-2010年云南特大干旱的气候特征及成因[J]. 气象科学, 2015, 35(4): 488-496.
Zheng Jianmeng, Zhang Wancheng, Chen Yan, et al. Analysis on climatologic characteristics and causes of the severe drought during 2009-2010 in Yunnan Province[J]. Journal of the Meteorological Sciences, 2015, 35(4): 488-496.
[31]
Zhu C, Zhou X, Zhao P, et al. Onset of East Asian subtropical summer monsoon and rainy season in China[J]. Science China: Earth Sciences, 2011, 54(12): 1845-1853. DOI:10.1007/s11430-011-4284-0
[32]
刘伯奇, 何金海. 亚洲夏季风动力学研究综述[J]. 热带气象学报, 2015, 31(6): 869-880.
Liu Boqi, He Jinhai. Reviews on the dynamics of Asian summer monsoon[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2015, 31(6): 869-880.
[33]
张丕远. 中国历史气候变化[M]. 济南: 山东科学技术出版社, 1996: 533.
Zhang Piyuan. Historical Climate Change in China[M]. Jinan: Shandong Science and Technology Press, 1996: 533.
[34]
中国气象局. 中国雨季监测指标——西南雨季QX/T 396-2017)[S]. 2018.
China Meteorological Administration. Monitoring Indices of Rainy Season in China-Rainy Season in Southwest China (QX/T 396-2017)[S]. 2018.
[35]
Wang H. The weakening of the Asian monsoon circulation after the end of 1970's[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2001, 18(3): 376-386. DOI:10.1007/BF02919316
[36]
赵汉光, 张先恭. 东亚季风和我国夏季雨带的关系[J]. 气象, 1996, 22(4): 8-12.
Zhao Hanguang, Zhang Xiangong. Relationship between East Asian monsoon and summer rain belt in China[J]. Meteorological Monthly, 1996, 22(4): 8-12.
[37]
赵俊虎, 陈丽娟, 王东阡. 2016年我国梅雨异常特征及成因分析[J]. 大气科学, 2018, 42(5): 1055-1066.
Zhao Junhu, Chen Lijuan, Wang Dongqian. Characteristics and causes analysis of abnormal meiyu in China in 2016[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2018, 42(5): 1055-1066.
[38]
李爱华, 江志红. 中国东部夏季雨带推进过程的年际、年代际变化[J]. 南京气象学院学报, 2007, 30(2): 186-193.
Li Aihua, Jiang Zhihong. Interannual and interdecadal changes of summer rain band propagation over Eastern China[J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology, 2007, 30(2): 186-193.
[39]
李多, 柳艳菊, 王遵娅. 华南前汛期起讫日期的年际变化及与前汛期降水的关系[J]. 地理科学, 2017, 37(1): 154-160.
Li Duo, Liu Yanju, Wang Zunya. Inter annual variation of the onset and ending dates of the first rainy season in South China and their relationships with the corresponding precipitation[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(1): 154-160.
[40]
吴国雄, 段安民, 刘屹岷, 等. 关于亚洲夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展[J]. 大气科学, 2013, 37(2): 211-228.
Wu Guoxiong, Duan Anmin, Liu Yimin, et al. Recent advances in the study on the dynamics of the Asian summer monsoon onset[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2013, 37(2): 211-228.
[41]
Fan L, Shin S I, Liu Q, et al. Relative importance of tropical SST anomalies in forcing East Asian summer monsoon circulation[J]. Geophysical Research Letters, 2013, 40(10): 2471-2477. DOI:10.1002/grl.50494
[42]
Li Z, Yang S. Influences of spring-to-summer sea surface temperatures over different Indian Ocean domains on the Asian summer monsoon[J]. Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 2017, 53(4): 1-17. DOI:10.1007/s13143-017-0050-3
[43]
Li X, Ting M. Recent and future changes in the Asian monsoon-ENSO relationship: Natural or forced?[J]. Geophysical Research Letters, 2015, 42(9): 3502-3512.
[44]
Rajagopalan B, Molnar P. Signatures of Tibetan Plateau heating on Indian summer monsoon rainfall variability[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2013, 118(3): 1170-1178.
[45]
Wei W, Zhang R, Wen M, et al. Interannual variation of the South Asian High and its relation with Indian and East Asian summer monsoon rainfall[J]. Journal of Climate, 2015, 28(7): 2623-2634.
[46]
Lin A, Zhang R. Climate shift of the South China Sea summer monsoon onset in 1993/1994 and its physical causes[J]. Climate Dynamics, 2020, 54(3-4): 1819-1827. DOI:10.1007/s00382-019-05086-4
A comparative study on the characteristics of start dates of rainy season in southwest and eastern China during the past 300 years
HAO Zhixin1,2, ZHANG Liang1,2, LIU Yang1,2, GE Quansheng1,2     
(1 Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101;
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049)

Abstract

The intensity of Asian summer monsoon, the starting dates of rainy season have close relationship with summer precipitation anomalies. Thus, it is of great scientific significance to further explore the long-term variations of Asian monsoon, as well as the interactions and stabilities of relationships between its sub-regional monsoon systems. The Yu-Xue-Fen-Cun, one of Chinese historical documents, continuously recorded occurrence dates for each precipitation process, the intensities of precipitation and the qualitative rainfall descriptions for a certain period over Southwest China in Qing Dynasty, which provided reliable evidences for the starting dates of rainy season reconstruction with high temporal and spatial resolution. Here, we developed a suitable method for identifying the historical starting dates of rainy seasons from 1736 A.D. to 1911 A.D., referring to the standard of judging the start date of modern rainy season in Chengdu(30.67°N, 104.06°E) of Southwest China. In order to understand the reasonability of our reconstruction method, the criteria of historical and observed rainy seasons were both used for 1951~2015 A.D. It was found that 80% of starting dates were identical between the two results.Thus, this paper reconstructed the series of starting dates over rainy season in Chengdu from 1736 A.D. to 1911 A.D., analyzed the characteristics of its interannual-decadal variations, and made a comparison with the series in Kunming, South China, the middle and lower reaches of the Yangtze River and North China. It was found that the starting date of rainy season in Chengdu was both on the 6th pentad of May during historical period and 1951~2015 A.D. The onsets of rainy seasons over 1740s~1790s, 1840s~1850s, 1880s~1890s, 1960s~1970s and 2000s were earlier, while the rainy seasons over 1800s~1830s, 1860s~1870s, 1900s, 1950s and 1980s~1990s were delayed. Although the shifting of the monsoon rain belt in Eastern China during historical period was proximately consistent with that in modern period, with 1~3 days difference, it still showed obvious decadal variations with the intensity of monsoon. The rainy season in Chengdu was affected by both South and East Asian monsoon, but its variation was closely related to the rainy season in Kunming, instead of that in the middle and lower reaches of the Yangtze River. In addition, the phenomenon of the weakened Asian monsoon in 1980~2000 A.D. has ever seen in 1810~1830 A.D.
Key words: Southwest China    starting date of rainy season    interdecadal variations    East Asian monsoon region