气象与环境科学Vol〃37EnvironmentalSciencesNov〃2014中国东部地区冬夏季相对湿度变化特征南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京210044;青岛市气象局，山东青岛266003安徽省气象局，合肥230031)利用中国东部31519632012月平均地面相对湿度和降水量资料，对中国东部地区冬夏季相对湿度的变化特征进行了分析和比较，并讨论了相对湿度与降水的空间耦合关系。结果表明:冬季相对湿度的低值区集中在黄淮北部、华北和东北南部相对湿度单位，高值区出现在35N以南地区和东北北部，呈现出中部小、南北大的空间分布特征;夏季相对湿度较冬季明显增大，低值区主要集中在内蒙古中东部，表现出从东部沿海向内陆区递减的特征。2)冬夏季相对湿度的高(湿润(干旱)区的相对湿度较为来，东部大部分地区冬夏季相对湿度普遍表现为下降趋势，其中冬季东北北部及夏季东南部沿海、内蒙古中东部及东北西部相对湿度的下降趋势最为显著。4)东部地区冬夏季相对湿度与同期降水存在很好同位相对应关系:相对湿度高(雨区。其中冬季显著耦合区位于40以南地区;夏季相对度与降水的关系较冬季复杂，显著耦合区首先位于35N以北地区，其次位于35N以南地区，但江淮和华南存在反向的空间变化。
关键词:中国东部;相对湿度;降水;耦合关系中图分类号:P461文献标识码:文章编号:16737148(2014)04面相对湿度(ＲelativeHumidity，以下简称为ＲH)比值的百分数，表征大气中水汽的饱和程度。因此与露点温度、比湿等其他表征湿度的指标相比，作为直接观测量的ＲH更能反映出气温、降水等要素的综合影时，ＲH也是影响地表水分、能量收支在全球增暖的大背景下，区域降水和气温发生了不同程度的变化，作为调节地表水分和能量帄衡的重要因素，ＲH变化与降水、气温的关系密切，降水和气温的变化必然会引起ＲH的响应和调整基于19792007年北美再分析资料，指出北地区ＲH与降水长期变化趋势呈正相关。Vicente［10］基于19612011ＲH资料，发现西班牙地降水和气温是影响ＲH变化的最主要因素，春三季ＲH与降水呈正相关，与气温呈负相关。我国气象工作者分析了中国不同地区:［15］、三峡地区［16］ＲH的变化特征。近年来，也有一些研究分析了全国范围ＲH的变化特征［17［17］根据中国的气温、降水、湿度、风速和气19512000包括ＲH在内的个要素的长期线性变化趋势，就年帄均而言，高原、西北地区的ＲH存在明显的上升趋势，东北地区则表现出显著下降趋势，而其他地ＲH变化趋势不明显。
Song［18］分析中国近5019612010的地面资料发现，我国东部绝大多收稿日期:201409;修订日期:201424基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(2012CB955204)国家自然科学基金项目(41275095)资助作者简介:1990-)，女，江苏苏州人，硕士研究生，从事区域气候变化研究〃E-mailmayue630@126〃com通讯作者:19**-)，男，四川大竹人，教授，博士，从事气候学研究〃E-mail:zhou@nuist〃edu〃cn数地区ＲH呈显著下降趋势。Wang［19］分析中国19611990的台站资料发现，ＲH的季节化在夏季最大，冬季最小，ＲH的季节变化主要受东亚季风的影响。由以上研究可知，我国各地ＲH具有明显的季节差异和区域差异，与降水和气温相比，目前对中国气候区ＲH的研究明显偏少，且比较多的关注了ＲH的年帄均及长期趋势变化，还缺乏对ＲH季节变亚季风影响的中国东部地区(110型区域之一。关于中国东部地区降水的变化特征已有大量研究［2022］，并取得了一些共识:东部地区冬季降水主要表现为长江以南地区的一致变向三极子”型两种主模态［22］，近年来夏季降水量在东北和华北地区呈减少趋势，在东南地区呈增加趋势［21］。
本文将使用中国东部地区具有较长时间序列ＲH观测资料，对冬、夏季ＲH的变化特征进行比较对比分析，并探讨ＲH与降水在时空变化上的联资料与方法本文所用观测资料为国家气象信息中心资料室供的中国东部地区31519632012月帄均地面ＲH和降水量资料。以此建立各的各要素季帄均序列。利用最小二乘法计算ＲH的长期线性趋势，对趋势的显著性采用检验方法［23］。采用奇SVD)分解方法［23］探究ＲH与降水的空间耦合关系。给出了中国东部地区站点近5019632012冬、夏季ＲH的多年帄均分布。由图1a65%的低值区分布在黄淮北部、华北及东北南部(包括内蒙古东部、辽宁和吉林地区)心位于内蒙古赤峰。该结论与张庆云等［24］利用降水量和气温定义的湿润度指数划分的半干旱区分布基本一致。ＲH65%的高值区分布在35以南地区及东北北部。其中长江以南地区为我国冬季降水量200mm［21］，而东北北部的ＲH高值可能与冬季积雪［25］关。总体来说，冬季东部地区ＲH呈现出中部小、南北大的空间分布特征。东部地区夏季ＲH较之冬季的总体上明显增大1b)，ＲH北缩到内蒙古中东部地区，其等值线呈西南—东北走向，呈现出从东部沿海向内陆地区递减的带状分布。
其中ＲH65%的等值线大致与夏季降水量的125mm等值线分布一致［21］［26］利用降水指数定义的东亚夏季风北边缘位置基本对应，夏季ＲH的这种分布可能与东亚夏季风的海洋水汽输送有关。19632012年冬季(ＲH多年平均值分布单位:1b还可知，华北东部(包括华北帄原和东北辽宁地区)冬季ＲH明显小于夏季，其数值20%，东北北部和长江以南地区冬夏季差异不明显，而内蒙古中东部及大兴安岭地区冬季ＲH却略高于夏季。相对湿度的稳定度分析为进一步分析ＲH的稳定度，给出了冬夏季ＲH的相对变率(标准差与帄均值之比)分布(相对变率越大的地区，稳定度越差。与冬季ＲH2a显示以华北为中心在3247N之间的大部分地区ＲH的相对变率较大(ＲH低值中心略偏南，这表明冬季ＲHＲH稳定度最差;其北侧的东北北部和南侧的南方地区变率皆在7%以下，上述ＲH大值区的稳定度相对较大。冬季降水的相对变率分布［21］ＲH的类似，冬季降水的相对变率也表现为南北小、中部大的特点。总体上冬季ＲH相对变率与其帄均值呈现出相反的分布特征，即ＲH帄均值越大的地区ＲH的相对变率越小，反之亦然。与冬季相比，夏季ＲH相对变率明显偏小，其等值线由东南沿海向西北内陆地区递增(2b)，相对变率7%的等值线大值区主要集中在华北西部，而ＲH相对变率低值区位于长江以南和东北地区，对应夏季湿润区(1b)。
对比夏季降水相对变率的分布［22］发现，夏季降水的相对变率分布较ＲH 杂，降水相对变率的大值区主要出现在江淮流域和华北西部，其中华北西部的降水相对变率大值区与 ＲH 的相对变率大值区对应。 冬季和夏季 ＲH 的不稳定区皆集中于黄淮北 部、华北和东北南部地区，这可能与北方地区多为干 半干旱地区、地面水汽供应的不稳定有关。但夏季的不稳定区范围( 相对变率 明显偏西且数值偏小。 19632012 年冬季( ＲH相对变率分布 单位: 东部各站点冬、夏季ＲH 的长期 线性趋势分布。由图 3a 可见，冬季除了渤海湾和黄 土高原部分地区 ＲH 表现出微弱的正趋势外，东部 地区大部分站点冬季 ＲH 的长期趋势皆为负值。对 315 个台站进行统计: 冬季 ＲH 变化趋势为减小的站 215个，占总站点数的 68〃 3% 。45N 以北的北 方地区 ＲH 下降趋势值普遍大于南方地区，其中东 北西部和东北北部 ＲH 下降趋势较为显著。东部地 区冬季降水量的研究表明 ［21］ ，近半个世纪以来，除 了渤海湾和黄土高原部分地区冬季降水呈微弱的下 降趋势外，东部其他地区冬季降水均呈增加趋势，这 3a给出的冬季 ＲH 的变化趋势相反。
分析夏季 ＲH 的长期趋势 3035N的江淮流域部分站点 ＲH 呈微弱的上升趋势 外，而在其南北两侧绝大多数的 ＲH 均表现为下降 趋势，且下降区域明显大于上升区域 共有307 站点ＲH 线性趋势值为 97〃5% 。其中东南部沿海和内蒙古中东部及东北西部 ＲH 的下降趋势最为显著( 通过了 检验)。夏季 ＲH 的变化趋势分布与夏季降水量变 化趋势分布不一致，夏季降水量变化趋势的零线位 35N附近，35N 以南为增加趋势，以北呈减少趋 ［21］，不过在图 3b 夏季 ＲH 显著下降的北方地区 对应的夏季降水量也呈减少趋势。 比较图 3a 3b可知，东部大部分地区冬季 和夏季 ＲH 均呈下降趋势，且夏季 ＲH 呈下降趋势的 范围( 站点数) 明显大于冬季的，同时在东南沿海和 内蒙古中东部夏季 ＲH 的下降趋势值大于冬季的。 19632012 年冬季( ＲH长期线性趋势分布 阴影区为长期线性趋势通过 /10a冬季 ＲH 与降水的 SVD 分解第 相对湿度与降水的空间耦合关系上述分析表明 ＲH 与降水的空间分布存在一定 的联系。Vicente ［10］证实了西班牙地区的 ＲH 降水在年际尺度上具有显著的正相关关系。
那么我国东部季风区的冬夏季 ＲH 与降水的关系又如何? 其关系是否随季节变化? 为此将东部地区近 50 的冬、夏季ＲH 进行SVD 分解。表 给出了冬、夏季ＲH 分别与降 SVD分解后前 个模态(SVD1、SVD2 可见，冬、夏季ＲH 与同期降水的 SVD 个模态累积方差贡献率都超过了58% 001(临界相关系数 44)，可见，SVD 分解得到的前 个模态可基本涵盖左右场耦合的主要特征。 冬、夏季ＲH 与降水场 SVD 分解前 个模态方差贡献率及左右场相关系数 冬季 夏季 高达 79〃 0% ，表明 SVD 分解的收敛速度很快，该模 基本上能够反映ＲH 与降水场耦合的主要特征。 4a、b)表明，冬季第 模态ＲH 和降水 性相关场主要呈现“准全区一致”型变化，显著耦合区 主要位于 40 ＲH和降水场的时间系数序列也呈一致的年 际变化( 4c、d)，两者的相关系数高达 82，这说明冬季 ＲH 降水在年际变化时间尺度上存在同位相变化关系: 区，其中在冬季相 对多雨的南方地区表现得尤为 明显。 与冬季相比，夏季 ＲH 与同期降水的 SVD 分解 收敛速度明显偏慢，反映出夏季 ＲH 和降水的局地 多变性。
图 5a 分别给出了夏季ＲH 与降水场 SVD 分解前 模态ＲH( 5a)和降水异性相关场( 5b)皆为“准南北差异” 型分布，显著耦合区位于 35 以北的北方地区。对应模态的时间系数序列也表现出一致的变化关系 模态 方差贡献 相关系数 方差贡献 相关系数 5c、d)，其相关系数达到了 滑动曲线表现为明显的年代际变化特征: 大致在 20 世纪 90 年代中后期由正转 SVD1 79 8242 87SVD2 6416 ［22］，ＲH 则表现出与降水空间分布型一致的同位 相变化，北方地区变化最显著，20 世纪 90 年代中后 期由高湿多雨变为低湿少雨。 19632012 年冬季中国东部 ＲH( SVD分解第 35的区域; 19632012 年夏季中国东部 ＲH( SVD分解前 模态左场和右场的异性相关系数场，浅阴影和 深阴影分别表示正和负异性相关系数绝对值 35的区域; 模态的夏季ＲH( 5e)和降水( 5f)异性 相关场表现为北方、江淮黄淮和华南地区的“ ”三极分布，降水的异性相关场分布体现出“经向三极子型”的降水主模态 ［22］ 。ＲH 与降水的显著耦 合区位于 35N 以南的南方地区，但在南方地区 ＲH 的变化具有空间不一致性，具体表现为江淮流域与 华南反相的空间配置。
该模态的ＲH 与降水场时间 系数的 20世纪 80 年代初由负转正，本世纪 初又由正转负，表明江淮流域经历了高湿多雨 高湿多雨的转变。综上所述，冬夏两季 ＲH 与降水的空间耦合皆 表现为高( 雨的同位相配置关系，其中冬季主要表现为“准全区一致”型分布，显著耦 合区位于 40N 以南地区; 夏季 ＲH 与降水的空间关 系比冬季复杂，主要表现为“准南北差异”型分布， 显著耦合区位于 35N 以北地区，其次为“经向三极 子”型分布，显著耦合区位于 35 以南地区，具体表现为江淮黄淮流域与华南地区的空间反向配置。 本文基于中国东部地区315 个测站1963 2012 的地面观测资料，在分析了东部地区冬、夏季ＲH 空间分布特征的基础上，讨论了ＲH 与降水的空 东部地区多年帄均ＲH 分布具有明显的季 节差异和区域特征。东部地区冬季 ＲH 35N以南地区和东北北部，呈现出中部小、南北大 的空间分布特征; 夏季 ＲH 则表现出从东部沿海向 内陆地区递减的特征: 高湿区分布在华北以南和东 北北部，而低值区主要位于内蒙古中东部。 东部地区ＲH 相对变率的分布同样具有季 节差异和区域特征。冬夏季 ＲH 的稳定( 不稳定) 基本位于湿润(干旱) 值区，即冬季 ＲH 的相对变率 呈现出中部大、南北小的空间分布特征，夏季 ＲH 相对变率明显小于冬季，且不稳定区范围明显偏西，大致呈现出从东部沿海地区向内陆地区递增的带状 来，我国东部大部分地区冬夏两季ＲH 普遍表现为下降趋势。
冬季显著下降区主要位 于东北北部，夏季主要集中在东南沿海与内蒙古中 东部及东北西部。总体而言，夏季 ＲH 的下降区域 和下降幅度值均大于冬季。 东部地区冬夏两季ＲH 与降水的空间耦合 皆表现为高( 雨的同位相配置关系，其中冬季主要表现为“准全区一致”型分布，显 著耦合区位于 40N 以南地区; 夏季 ＲH 与降水的空 间关系较冬季复杂，主要表现为“准南北差异”型分 布，显著耦合区位于 35 以北地区，其次为“经向三极子”型分布，显著耦合区位于 35 以南地区，具体表现为江淮黄淮流域与华南地区的空间反向 626〃［2］盛裴轩，毛节泰，李建国，等〃 大气物理学［M］〃 北京: 北京大学出 版社，2003〃 ［3］Lu E，Takle Spatialvari abilities temperature，water vapo mericanＲegi onal Ｒeanalysis［J］〃 Journal GeophysicalＲes earch， 2010，115( D6) D06110〃［4］Trenberth E，DaiA，Ｒasmussen M，etal〃 changingchar- acter precipitation［J］〃 Bulletin American Meteo rolo gical Soci- ety ，2003，84( Y，KhalizovA，Wang L，et al〃 Nucleation rowth nanoparticles atmosphere［J］〃Chemical Ｒeviews，2011，112 2011〃［6］刘赫男，罗勇〃 2050 年前中国雾日变化趋势的预估［J］〃 气候变化 研究进展，2009，5( 50年我国雾和霾的长期变化特征及其与大 气湿度的关系［J］〃 中国科学: 地球科学，2014，44( 48〃［8］Alberdi C，DazJ，Montero C，etal〃 Daily mortality Madridcommunity 1986 1992:relationship meteorolo gical variabl es European Journal Epidemiolog y，1998，14( 578〃［9］Gaffen Climatolog USsurface humidity temperature［J］〃Journal 828〃［10］Vicent e-Serrano M，Azorn-Molina C，Snchez-Lorenzo A，et al〃 Temporal ev olution surfacehumidity Spain:recent trends possiblephysical mechanisms［J］〃 Climate Dynamics ，2014 ［11］杨静，唐建军〃乌鲁木齐地区相对湿度的气候分析及预报 新疆气象，2000，23( 西藏地区气温、降水及相对湿度的趋势分析［J］〃 气象，2007 ，33( 88〃［13］刘明春，杨晓玲，殷玉春，等〃 武威市相对湿度气候特征及预报 干旱区研究，2012，29( 659〃［14］靳英华，廉士欢，周道玮，等〃 全球气候变化下的半干旱区相对 湿度变化研究［J］〃 东北师大学报: 自然科学版，2009，41 133〃［16］虞俊，王遵娅，张强〃 长江三峡库区大雾的变化特征分析及原因 初探［J］〃 气候与环境研究，2010 ，15( 105〃［17］王遵娅，丁一汇，何金海，等〃 50年来中国气候变化特征的再 分析［J］〃 气象学报，2004，62( 236〃［18］So ng Y，Liu Y，Ding surface humidity changes chinaduring recent50 years［J］〃 Acta Meteorologi ca Sinica，2012，26 553〃［19］Wang Late-twentieth-century climatolo gy surfacehumidity Cli-mate，2001 ，14( 13) 2845〃［20］王林，冯娟〃 我国冬季降水年际变化的主模态分析［J］〃 大气科 中国降水量变化的空间分布特征与东亚夏季风［J］〃 干旱区地理，2011，34( 我国东部夏季降水异常主模态的年代际变化及其与东亚水汽输送的关系［J］〃 大气科学，2011，35 ［23］魏凤英〃现代气候统计诊断与预测技 北京:气象出版 社，2007〃 ［24］张庆云，陈烈 30年来中国气候的干湿变 中国近50 积雪变化时空特征［J］〃干旱气象， 2013，31( 气象学报，2009，67( 89〃Change Characteristic ＲelativeHumidity Summerover East China Ma Yue ，ZhouShunwu ，DingFeng ，LiuYa’nan ，WangChuanhui CollaborativeInnovation Center Forecast Meteorologica Disaster s，NUIST相对湿度单位，Nanjing 210044 ，China; QingdaoMe teorologi cal Offic e，Qingdao 266003 ，China; AnhuiProvincial Me teorologic al Bureau，Hefei 230031 ，China) Abstract: Based monthlymean surface dataset surfacerelative humidity precip-itation from 315 stations during 19632012，climatic changes winterover Eastern China itsassociation alsoanalyzed〃 lowerＲH value mainlylocated YellowＲiver HuaiＲiver basin，the North southernpart Northeastwhile highervalue appears northernpart general，itpresents higherval- ue centralthan southsides over East China contrast，thevalues significantlyhigher than which lowvalues mainlylocated mideastern Inner Mongolia characterdecreasing from Southeast coast alsodiscussed〃 lowervalue inter-annualvariability generally occurs highvalue meanＲH whenever summer，whichmeans high(low) valueinclines relativelystable( unstable) inter-annualvariation〃 recent50 years，ＲH mostpart EastChina shows negative trends，among which westpart Northeastduring trendsalong southeastcoast，the mid eastern Inner Mon- golia Northeastduring mostsignificant〃 spatialcorresponding rela- tionship between annualchange precipitationover sameperiod high(low) ＲH value large(small) significantcorrela- tion zone 40Nduring compare，thespatial relationship tweenＲH morecomplex significantcorrelation zone firstlylocated EastChina，then YangtzeＲiver〃 However，the distribution precipitationover Yangtze-Huai region SouthChina spatialreverse〃 Key words: East China; relative humidity; precipitation; coupling relationship
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