1. 引言
雪盖状况异常可以引起下垫面能量和水分的异常，改变地表与大气之间的热量和水汽交换。进而对后期大气环流产生显著影响。因此，雪盖成为气候系统中一个重要而活跃的组成部分并对全球范围内的气候变化产生巨大影响 [1] [2] [3]。欧亚积雪在北半球雪盖中占重要位置。欧亚积雪异常及其所产生的气候效应特别是对我国气候异常的影响历来备受关注 [4] [5] [6] [7] [8]。已有研究表明，冬春季欧亚雪盖异常通过改变陆地热力状况对随后的亚洲季风及降水产生影响。冬季欧亚雪盖与江淮降水表现为反相关 [9]，与华南、华北降水为正相关，与西部、华中、东北地区降水为负相关 [10]。欧亚春季雪盖与我国夏季降水的关系总体上很弱，但西西伯利亚的春季雪盖面积与华南较小范围的春季降水表现为正相关，而欧亚春季中高纬雪水当量与我国江南夏季降水表现为明显的反位相变化特征 [11] [12]。穆松宁和周广庆研究 [13] 对冬季欧亚大陆北部新增雪盖面积(TFSE)与我国夏季气候异常的关系进行分析发现，当冬季TFSE偏大时，内蒙古东部和东北西部易出现凉夏，江南地区在副高的控制下易干热；冬季TFSE偏小时的情况相反。指出冬季TFSE可能通过影响东亚副热带急流的变化，进而影响我国夏季气候异常。欧亚秋季雪盖异常与北半球冬季大气环流存在密切联系。
初夏5月是云贵高原区从干季向湿季过渡的关键时期，正是云贵高原大部分地区大春作物栽种的关键时期。高原地区山地居多，灌溉条件差，大春作物的播种及移栽对5月雨量的多少依赖性较强，5月雨量的多少决定着大春作物能否在最佳节令内播种和移栽。可见，云贵高原初夏5月降水多寡对当地人民生命财产及社会经济可持续发展起着至关重要的作用。因此，对中国云贵高原区初夏5月降水的研究一直是该研究领域的热点和难点。
长期以来，许多研究者对造成云贵高原初夏5月雨量异常的天气气候成因进行了详细分析，大量研究指出热带太平洋海表温度异常强迫对同期云贵高原初夏5月降水存在显著影响。
位于中高纬度的欧亚雪盖作为气候系统中一个重要的组成部分，对于全球和区域气候的形成及其异常的维持和发展起着非常重要的作用。然而，以往关于冬春季欧亚雪盖异常影响我国气候变化方面的研究主要集中在我国东部地区，欧亚雪盖异常与云贵高原初夏5月降水之间联系的研究相对较少，还未获得影响云贵高原初夏5月降水的欧亚雪盖关键区及其相应物理过程。因此，本文将对影响云贵高原初夏5月降水异常的欧亚雪盖关键区进行揭示，为提高云贵高原地区短期气候预测能力提供一定的科学依据。
2. 数据及方法
本文采用NOAA气候中心提供的1983~2019年逐周在极射投影地图上89 × 89网格的雪盖覆盖数据。当一个网格内的每周雪盖超过50%覆盖率时，则定义该格点降雪为1，否则记为0，将雪盖数据转化为2˚ × 2˚的格点数据，并处理成月平均雪盖面积数据；中国云贵高原区148站初夏5月降水数据，其中148测站的空间分布图见图1，主要包括云南省和四川、贵州、广西等部分地区。本文使用方法主要有：奇异值分解方法(SVD)。
Figure 1. The distribution of stations in Yunnan-Guizhou Plateau of China
图1. 中国云贵高原区测站分布
3. 春季欧亚雪盖与云贵高原初夏5月降水的关系
为获得春季欧亚雪盖异常影响云贵高原初夏5月降水的关键区域，将1983~2019年共37年春季平均(3~5月)欧亚雪盖距平场作为左场，同期云贵高原初夏5月降水距平场作为右场做SVD分析(表1)。
Table 1. The first to third covariance contribution of singular vectors
表1. 奇异向量的第一对到第三对协方差贡献率
奇异值分解得到的第一模态解释协方差平方和为58.5%，基本上能够表征春季欧亚雪盖异常场与云贵高原初夏5月降水异常场的协同变化关系。可以通过分析第一模态的异类相关系数的空间分布来寻找它们之间存在的关系(图2)。
从图2(a)可以看出，云贵高原区初夏5月降水场与欧亚雪盖场之间的异类相关系数除西北部的小片区域为负相关外，其余均为一致的正相关。并且，除云贵高原东北和西南小部分区域未通过90%的信度检验外，云贵高原初夏5月降水场都具有显著的正相关，云贵高原西南部分区域的相关系数甚至达到0.8以上。从相应的欧亚雪盖场(图2(b))可以看出，欧亚雪盖显著相关区的从北至南大致呈现“+、−、+”的空间分布。其中，正相关区域主要集中在西西伯利亚地区以及青藏高原东南角小部分区域，负相关区域
(a) 
(b) 
(c)
Figure 2. The heterogeneous correlation coefficient of the first mode and its time coefficient. (a) Precipitation field over Yunnan-Guizhou Plateau in May; (b) Eurasian snow cover in spring; (c) Corresponding time coefficient, the solid line is precipitation over Yunnan-Guizhou Plateau in May, and the dotted line is time coefficient of Eurasian snow cover. The shaded area in (a) and (b) indicates that more than 90% reliability test has been passed.
图2. 第一模态的异类相关系数及其时间系数。(a) 云贵高原5月降水场；(b) 春季欧亚雪盖场；(c) 对应的时间系数，实线为初夏5月云贵高原降水，虚线为欧亚雪盖场时间系数。(a)、(b)中阴影表示通过90%以上信度检验的区域。
相比正相关区域范围更大，主要位于俄罗斯西南部至中亚地区，还有小部分显著负相关区域位于中东西伯利亚地区。由于第一模态左右奇异向量对应的时间系数间的相关系数到达0.71，表明云贵高原初夏5月降水场与春季欧亚雪盖场之间存在密切相关(图2(c))。总体来看，当春季欧亚雪盖在西西伯利亚地区、俄罗斯西南部至中亚地区和青藏高原东南角地区呈“+、−、+”的显著相关分布时，同期云贵高原地区初夏5月降水一致偏多；反之，当春季欧亚雪盖场异常空间分布与图2(b)所示的空间分布相反时，云贵高原初夏5月降水偏少。
SVD分析结果表明春季欧亚雪盖影响云贵高原初夏5月降水的关键区主要集中在俄罗斯北部、俄罗斯南部至中亚地区和青藏高原东南角地区三个区域，并依次定义为I、II和III区。根据欧亚雪盖与云贵高原初夏5月降水的异类相关系数的空间分布，分别对春季欧亚雪盖场中I、II和III区的雪盖面积进行计算，获得反映各关键区雪盖面积变化的指数(图3)。
Figure 3. The standardized time series of snow cover area in each region
图3. 标准化的各区域雪盖面积时间序列
4. 春季欧亚雪盖场、云贵高原初夏5月降水场与雪盖面积指数的相关系数分布
将I、II和III区的雪盖面积指数与春季欧亚雪盖场及云贵高原初夏5月降水场分别进行相关分析，进一步揭示春季各关键区雪盖异常与云贵高原初夏5月降水的关系。其中，I区雪盖面积指数与春季欧亚雪盖相关系数从欧亚大陆高纬度地区至低纬度地区呈现“+、−、+”的空间分布，其分布特征与SVD获得的结果十分类似，但是通过显著性检验的正相关区域主要集中在西西伯利亚地区，这与I区雪盖面积指数对应的区域十分一致(图4(a))，此外青藏高原东南部也有显著正相关区存在，而俄罗斯西南部至中亚地区并不存在明显的负相关区域，表明I区与III区的雪盖变化有着密切联系，而I区与II区的雪盖变化无显著联系。II区雪盖面积指数与春季欧亚雪盖相关系数呈现欧亚大陆高纬度地区至低纬度地区−、+、−”的空间分布，其相关系数的空间分布也反映了欧亚大陆中纬度地区雪盖与高纬度和低纬度地区雪盖呈反向变化的特征。通过显著性检验的正相关区域与构造II区雪盖面积指数的区域一致对应，主要位于俄罗斯西南部至中亚地区以及中东西伯利亚地区；显著性负相关区域主要位于青藏高原东南角。同样地，I区与II区的雪盖变化不存在显著联系。需要注意的是II区的雪盖与中西西伯利亚地区的雪盖有明显的正相关关系，表明II区雪盖面积指数也能够很好的表示该地区雪盖的变化。此外，可以看到II区雪盖面积指数与中东西伯利亚地区的积雪存在显著的相关关系，表明II区的雪盖指数同样也可以反映远东地区积雪变化特征。(图4(b))。III区的雪盖面积指数与春季欧亚雪盖场相关系数空间分布与I区一致，只是显著正相关的大值区位于青藏高原东南部，其中心相关系数达到0.6以上(图4(c))。可见，I、II和III区的雪盖面积指数除了能够描述各自区域雪盖的变化特征以外，也可以很好的反映出SVD分析中欧亚春季雪盖场的空间分布特征。并且值得注意的是，I和II区(欧亚中、高纬地区)的雪盖面积变化是相互独立的，III区(青藏高原东南部)的雪盖面积变化分别与欧亚中、高纬地区的积雪变化有着密切的联系。
I、II和III区雪盖面积指数与云贵高原地区初夏5月降水均存在较好的相关(图4(d)~(f))，其中I和III雪盖面积指数与低纬高原大部分地区初夏5月降水都具有显著的正相关关系，负相关区域主要位于低纬高原西北、东北和东南部分区域。当I和III降雪增加，雪盖面积增加时，云贵高原初夏5月降水偏多。相比其它两个区域雪盖面积指数与降水的相关，II雪盖面积指数与云贵高原初夏5月降水的相关系数通过显著性检验的区域最大，二者相关关系最好，并且大部分区域都具有显著的负相关关系，正相关区域仅位于低纬高原西北、东北和东南部分区域。当II区降雪增加，雪盖增大时，云贵高原初夏5月降水偏少，这与SVD分析结果十分一致。总之，欧亚大陆中、高纬地区以及青藏高原东南部三个关键区域雪盖面积异常的协同作用使得西南地区的5月雨量发生异常变化。
5. 结论
本文通过分析影响中国云贵高原区初夏5月降水异常的欧亚春季雪盖关键区，发现云贵高原初夏5月降水和欧亚春季雪盖具有显著的相关性。其中，影响云贵高原初夏5月降水的雪盖关键区主要有3个：分别位于俄罗斯北部喀拉海附近区域的大陆(I区)、俄罗斯南部至中亚地区(II区)、青藏高原东南角小部分区域(III区)。当I区-III区雪盖呈“+、−、+”的异常三极模分布时，云贵高原初夏5月降水偏多；反之，云贵高原初夏5月降水将偏少。
将I、II和III区的雪盖面积指数与春季欧亚雪盖场及云贵高原初夏5月降水场分别进行相关分析。结果表明，I、II和III区的雪盖面积指数除了能够描述各自区域雪盖的变化特征以外，也可以很好的反映出SVD分析中欧亚春季雪盖场的空间分布特征。欧亚大陆中、高纬地区以及青藏高原东南部三个关键区域雪盖面积异常的协同作用使得西南地区的5月雨量发生异常变化。