DOI 10.12006/j.issn.1673-1719.2018.135刘洁 , 王宁练 , 花婷 . 1960 2016 年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析 [J]. 气候变化研究进展 , 2019, 15 3 257-269Liu J, Wang N L, Hua T. Spatial and temporal variations in summer precipitation over the semi-arid region of northern China during 1960-2016 and their links with atmospheric circulation [J]. Climate Change Research, 2019, 15 3 257-26919602016年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析刘 洁1,2，王宁练1,2，花 婷31 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室 / 西北大学城市与环境学院，西安 710027；2 西北大学地表系统与灾害研究院，西安 710027；3 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室 / 中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州 730000气候变化研究进展第 15 卷 第 3 期 2019 年 5 月 CLIMATE CHANGE RESEARCHVol. 15 No. 3May 2019摘 要 基于气象台站降水观测资料，本文分析了 1960 2016 年半干旱区盛夏（ 7、 8 月）降水量时空变化特征，探讨了典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系。结果表明， 1960 2016 年半干旱区 7 月和 8 月降水量的主导空间模态均可归纳为“区域一致型”和“区内反向型”。“区域一致型”时间序列显示 1960 2016 年 7、 8 月降水量均呈减少趋势，但 8 月减少趋势更明显。这一时间序列与大气环流及水汽通量输送之间相关性分析显示，欧亚遥相关以及中纬度西风气流与 7 月降水量变化密切相关；而西太平洋副热带高压是影响半干旱区 8 月降水量变化的主要原因。相较而言，“区内反向型”年际变率较小但年代际变化明显，当北方半干旱区受反气旋性环流控制时，易形成北方半干旱区西部地区降水偏多而东部地区偏少的格局。关键词 半干旱区；降水；大气环流；水汽输送；时空变化收稿日期 2018-10-09； 修回日期 2019-01-12资助项目 国家重点研发计划项目（ 2017YFC0404302；国家自然科学基金项目（ 41501011）作者简介 刘洁，女，硕士研究生， 引 言IPCC 第五次评估报告指出， 1880 2012 年全球平均温度升高了 0.85 ℃ 0.65 ～ 1.06 ℃[1]。气候变暖将加快水分循环，改变降水的时空分布[2]，从而引起各地降水格局的变化。中国北方半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，也是东亚夏季风影响的北边缘区，其地表植被相对稀疏，生态环境脆弱，对气候变化尤其是夏季风的强弱、进退十分敏感[3-4]。近年来中国北方半干旱区降水发生了明显变化[5]，大量研究表明近 60 年来半干旱区夏气 候 系 统 变 化季降水量呈减少趋势[6-9]，然而区域极端降水事件的发生频率却持续增加，其带来的短时洪涝及水土流失等问题给区域生态环境及社会发展造成了很大的影响[10-11]。此外，已有研究表明半干旱区升温速率更快，其气候快速的暖干化将使其面临更大的潜在风险[12-13]。因此，在全球变暖背景下，无论从社会发展还是理论研究的角度，研究半干旱区夏季降水量的时空变化均具有重要的意义。在半干旱区，夏季降水 尤其是 7、 8 月降水 占全年降水的比例较高[14]，对区域植被生长及农业生产也至关重要。由于受东亚夏季风及中纬度气候变化研究进展 2019 年258气 候 系 统 变 化西风带等诸多大气环流形势的影响，夏季降水具有较大的年际变率[15]。尤其 21 世纪以来其变率有增强趋势，且极端降水事件频率的空间差异性更为明显[16-18]。一方面，半干旱区位于东亚夏季风影响的北部边缘区，其夏季降水与季风强度及雨带位置密切相关[19]当夏季风较强时，水汽输送西伸北抬，雨带位置偏北，区域降水量增多[20]；反之亦然。另一方面，西风系统也是控制半干旱区夏季降水变化的重要天气系统[21]，当北大西洋 − 北欧 − 东亚中纬度地区呈自西向东的波列时将伴随半干旱区降水量偏多，这一遥相关波列也是联系北大西洋涛动 NAO与半干旱区降水变化的纽带[22]。此外，北方半干旱区东部气候变化还与东北冷涡的活动密切相关[23]，这一在夏季更为活跃的天气系统对区域夏季降水也产生重要的影响[24]。目前围绕半干旱区降水变化成因已有诸多研究，有研究发现东亚和西亚西风急流对 100 E 以东干旱半干旱区降水都有显著影响，内蒙古地区夏季多雨年和旱年阻高次数和距平分布呈相反关系[25-26]。近年来，基于夏季风强度和夏季风影响过渡区降水的统计关系发现，在年际尺度上的一些年份夏季风强度强，其影响过渡区的降水量并不一定多[27-28]，这说明仅仅使用季风强度指数表征该区域的气候具有较大局限性。另有研究试图从季风最北边缘位置摆动的角度来解释季风影响过渡区的降水变化，认为该区域降水与夏季风北边缘偏北的程度有关[29-30]。一般而言，大气环流形势及水汽输送条件是影响降水变化的主要原因[31-34]，其在不同时间尺度上的变化对区域降水的时空分布产生直接影响。例如伴随西太平洋副热带高压 以下简称西太副高 的季节性变动，其西北侧的雨带常在 7、 8 月达到最北界，因而半干旱区降水量集中在 7、 8 月份。此外，西太副高一般在 7 月底开始北抬，其西北侧的雨带主要在 8 月影响半干旱区，导致半干旱区降水量分布在 7、 8 月份仍存在差异。有研究指出影响一个地区的天气系统在盛夏不同月份有着较为明显的差异[35-36]，因此，虽然 7、 8 月均为该区域降水丰沛的时节，仍有必要区分并研究 7、 8 月降水量的时空分布特征。目前对半干旱区夏季降水已有部分研究，主要针对传统夏季[37-39]6 8 月，盛夏[40-42]78 月 以及暖季[19,43]5 9 月 降水量的时空分布特征、年际和年代际变化特征及其相对应的环流特征、水汽输送特征进行分析。而夏季风降水具有明显的阶段性，目前在逐月尺度上的研究仍较少。为此，本文基于中国北方半干旱区气象台站资料及美国国家环境预报中心和大气研究中心 NCEP/NCAR再分析资料，分析区域 7、 8 月降水量时空变化的异同性，研究 7、 8 月不同空间分布型的降水量异常与大气环流之间的关系，为预测全球变化背景下中国北方半干旱区降水量变化趋势及应对措施提供一定的理论依据。1 研究区概况中国北方半干旱区是季风湿润区与干旱区之间的过渡区。虽然目前对半干旱区的界定采用了不同的判定标准，如年降水量、干旱指数等[44-47]，但总体上半干旱区为东北 - 西南向的狭长地带。本文以多年平均降水量 1960 2016 年在 200 ～ 400 mm 之间的区域为中国北方半干旱区 图 1，主要图 1 中国北方半干旱区及气象台站分布Fig. 1 Location map of meteorological stations in semi-arid areas of northern China The color of the dots represents the proportion of July and August precipitation to annual rainfall, and the size of the dots for the annual rainfall120˚E 125˚E 130˚E115˚E105˚E 110˚E50˚N45˚N40˚N35˚N40 ～ 4545 ～ 5050 ～ 5555盛夏降水比例 /135˚E50˚N45˚N40˚N35˚N120˚E 125˚E115˚E105˚E 110˚E175 ～ 225225 ～ 275275 ～ 325325年降水量 /mm注圆点颜色深浅表示 7、 8 月总降水量占全年降水的比例，圆点大小表示年降水量。3 期 259刘洁，等 1960 2016 年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析包括甘肃中部 乌鞘岭以东 、宁夏大部 除南部六盘山以外 、内蒙古中东部，以及陕西、山西、河北北部的部分地区。该区域植被覆盖率较低，以草原、干草原为主[48]，历史上是农牧交错带的主体部分。除黄河河套平原外，研究区总体缺乏河流水资源供应，降水量的多寡在很大程度上决定了区域水分条件。由于年降水量较少且年际变率大，区域脆弱的生态环境对人类活动和气候变化十分敏感[49-50]。2 资料与方法2.1 降水数据及 EOF 分析采用研究区 1960 2016 年资料序列一致且完整的 41 个气象台站 7 月和 8 月降水资料 图 1①，在计算距平序列后分别进行 EOF（经验正交函数）分解[51-52]，提取主要的时空变化特征。此外，为检验 EOF 展开的典型场是否具有物理意义[53]，采用North 法则[54]验证特征值误差范围。2.2 水汽通量及大气环流水汽通量可由水汽含量与水平风速矢量乘积在整层大气的垂直积分表示[55]。由于水汽主要集中在对流层中低层，因此仅计算从地面到 300 hPa 高度之间水汽通量 Q 的累计。在 p 坐标系中，单位时间通过垂直于风向的底边为单位长度、高为整层大气柱的面积上的总水汽通量 Q 可表示为[56-57]式中 g 为重力加速度， q 为比湿， ps为地面气压， V 为水平风矢量。风场和比湿数据采用 NCEP/NCAR 提供的1960 2016 年 7、 8 月再分析资料[58]，其水平分辨率为 2.5 2.5， 在 300 hPa 等压面以下均有 8 层。此外， 500 hPa 位势高度以及可降水量数据也被用于水汽输送及大气环流分析。3 中国北方半干旱区7月和8月降水量的时空变化7 月和 8 月降水量线性趋势空间分布如图 2 所示， 7 月份降水量在内蒙古大部分地区、陕西以及河北部分地区呈微弱的减少趋势，宁夏大部分地区以及内蒙古部分地区呈微弱的增加趋势 图 2a；相较而言， 8 月份半干旱区绝大部分区域 图 2b降水量均呈明显的减少趋势，减少率约为 2.3～ 12.4 mm/10a，仅有个别站点降水量是增加的。半干旱区所有站点平均 7、 8 月降水量显示 图2c， 1960 2016 年 7 月份半干旱区降水量变化以年代际变化为主， 20 世纪 60 年代 7 月份降水量整体较多，但呈现出减少的趋势； 70 年代降水量整体较 60 年代有所增加；从 80 年代到 1998 年间 7月份降水量呈现出明显的上升趋势，其降水量变化速率达到 25.4 mm/10a，表明该区域 7 月份有整体变湿的趋势； 2000 2010 年 7 月份呈现出持续 10余年的降水低值，是近 57 年来 7 月份降水量最少的时期，均低于 1960 2016 年的平均水平。对 8月份而言， 20 世纪 90 年代以前半干旱区 8 月份降水量呈现明显的年际变化特征，而从 1990 年开始半干旱区 8 月份降水量开始明显减少，其降水量变化速率达 - 11.2 mm/10a，表明该区域 8 月份有整体变干的趋势。从近 57 年的线性趋势来看，半干旱区 7 月降水量在年际尺度上无明显趋势性变化；而半干旱区 8 月降水量呈减少的趋势，速率为 5.4 mm/10a，该线性趋势达到了 99 的信度水平。4 中国北方半干旱区盛夏降水量的 EOF 分析对中国北方半干旱区 7 月和 8 月降水量进行距平处理后进行 EOF 分解，其分解结果显示前 4个模态均通过了 North 检验，但由于前两个主模态的累计方差贡献率分别达到 44.3 及 48.8，能够较好地体现中国北方半干旱区 7、 8 月降水量① http// ∫ V qdp。 1ps3001g�����气候变化研究进展 2019 年260气 候 系 统 变 化典型空间分布型，因此本文仅选取前两个主模态进行分析。这两个 EOF 主模态显示， 1960 2016年间中国北方半干旱区 7 月和 8 月降水量主要存在“区域一致型”及“区内反向型”两种空间变化模态。4.1 “区域一致型”变化中国北方半干旱区盛夏降水量 EOF 分解第一模态 7、 8 月的方差贡献率分别为 28.1 和31.4，从第一模态空间分布 图 3a、 3b 可看出所有站点的特征值均为正值，表明区域 7、 8 月降水量呈一致的变化趋势，即 7 月和 8 月全区降水量呈现出一致偏多或一致偏少的同位相降水分布特征。但 7、 8 月份各站点的载荷高值区存在区域差异， 7 月高值中心位于半干旱区东部 图 3a，而 8月高值中心向西南偏移至半干旱区西部 图 3b。这一结果表明区域大气环流形势在 7、 8 月之间可能存在差异，使得降水量极值区域从半干旱区东部向西部偏移。第一模态的时间系数序列 图 3c 显示，在年际尺度上，中国北方半干旱区整体在 7、 8 月降水量随时间的变化存在较大差异，且几乎不存在相关性 r-0.0004, p0.99。在年代际尺度上，半干旱区整体 7、 8 月降水量变化也不同。例如，7 月降水在 20 世纪 60 80 年代中期虽有波动但总体变化趋势较小，其后降水量呈明显增加趋势，直到 90 年代中期之后区域降水量呈明显下降趋势并持续至 2010 年。相较而言，近 57 年来半干旱区 8月降水量总体呈减少趋势，且自 90 年代中期以来减少幅度更为显著。因此，在年代际尺度上，半干旱区 7、 8 月降水量在 90 年代中期以来均呈明显的减少趋势，表明 90 年代以来半干旱区 7、 8 月干旱化趋势明显。线性趋势结果也显示近 57 年来中国北方半干旱区 7、 8 月降水量均呈现出减少的趋势，与前人的研究结果相一致[59-60]，但 8 月降水量的减少趋势更明显。图 2 1960 2016 年中国北方半干旱区 7 月 a 和 8 月 b 降水量变化趋势以及区域平均降水量变化 cFig. 2 Precipitation trends in July a and August b and variations in the regional mean precipitation c in semi-arid area of northern China during 1960-201650˚N45˚N40˚N35˚N50˚N45˚N40˚N35˚N120˚E 125˚E115˚E105˚E 110˚E50˚N45˚N40˚N35˚N50˚N45˚N40˚N35˚N120˚E 125˚E115˚E105˚E 110˚E120˚E125˚E115˚E105˚E110˚E 130˚E 135˚E 120˚E 125˚E115˚E105˚E110˚E 130˚E 135˚Ea bc196016012080401964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 年0 mm/a7 月降水量降水量/mm8 月降水量7 月降水量线性趋势7 月降水量 9 a 滑动平均 8 月降水量 9 a 滑动平均8 月降水量线性趋势3 期 261刘洁，等 1960 2016 年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析4.2 “区内反向型”变化中国北方半干旱区盛夏降水量 EOF 分解第二模态 7、 8 月的解释方差分别为 16.2 和 17.4，从其空间分布 图 4a、 4b 可看出， 7、 8 月半干旱区降水量均呈现出北方半干旱区东部及西部两个子区域反向变化的空间分布特征。结合时间系数序列 图4c，即可判断北方半干旱区东部及西部降水量的相对分布型当时间系数为正值时，北方半干旱区西部降水量相对偏多，而东部降水量偏少；反之亦然。7、 8 月第二模态的时间系数序列均显示，区域内降水量反向变化型的年际变率较小，但年代际变化明显。 1960 2016 年， 7、 8 月降水量时间系数序列在年际尺度 r0.129,p0.2 和年代际尺度上 r0.138,p0.2 的相关性均不高，似乎表明这一区域内降水量反向变化的分布型在 7、 8 月之间联系较少。然而，如果将研究时段以 1990 年为界分为前后两段，就发现其 7、 8 月降水量第二模态序列在年代际时间尺度上存在着不同的相关关系。 90 年代之前， 7、 8 月降水量第二模态的 9 a 滑动平均曲线之间存在一定的正相关关系r0.329,p0.20 7 月第一模态时间系数8 月第一模态7 月第一模态线性趋势7 月第一模态 9 a 滑动平均 8 月第一模态 9 a 滑动平均8 月第一模态线性趋势0.15， 0.20]-气候变化研究进展 2019 年262气 候 系 统 变 化水量变化存在明显的差异。为进一步分析中国北方半干旱区 7 月和 8 月降水量主导分布型与大气环流及水汽输送之间的关系，本文分析了“区域一致型”和“区内反向型”时间系数序列分别与 500 hPa 高度场、 850 hPa 风场、水汽通量及可降水量序列之间的线性相关性。5.1 “区域一致型”的大气环流及水汽输送特征从 500 hPa 高度场与第一主模态时间序列相关性分布可以看出，当中国北方半干旱区总体 7 月降水量偏多时，在欧洲西部存在异常低压、乌拉尔地区有异常高压、蒙古有异常低压、鄂霍茨克海有异常高压以及日本以东洋面存在异常低压 图 5a。这一自北大西洋至东亚沿岸的纬向遥相关波列类似于欧亚 EU 型遥相关[61-62]，与半干旱区总体 7 月的降水量年际变化密切相关。与高度场的异常分布相对应，低空风场相关性显示研究区受气旋性环流控制，在其东侧较强的东南气流利于半干旱区在 7 月图 4 1960 2016 年中国北方半干旱区 7 月 a 和 8 月 b 降水量的 EOF 第二模态及相应时间系数 cFig. 4 The second EOF modes of July a and August b precipitation in semi-arid area of northern China during 1960-2016 and their corresponding principal components c50˚N45˚N40˚N35˚N50˚N45˚N40˚N35˚N120˚E 125˚E115˚E105˚E 110˚E50˚N45˚N40˚N35˚N50˚N45˚N40˚N35˚N120˚E 125˚E115˚E105˚E 110˚E120˚E125˚E115˚E105˚E110˚E 130˚E 135˚E 120˚E 125˚E115˚E105˚E110˚E 130˚E 135˚Ea bc1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 年≤- 0.20 -0.20， -0.15] 0.15， 0.20] 0.207 月第二模态 8 月第二模态7 月第二模态线性趋势7 月第二模态 9 a 滑动平均 8 月第二模态 9 a 滑动平均8 月第二模态线性趋势4002000-200时间系数-400-0.15， -0.10] -0.10， 0] 0， 0.10] 0.10， 0.15]发生降水 图 6a。此外，气旋性环流南侧的中纬度西风气流以及源于中南半岛 / 南海西部的西南风也对 7 月降水变化有一定影响。水汽通量的相关性结果显示在 7 月份，蒙古低压与鄂霍茨克海高压之间的东南风将水汽输送至半干旱区 图 7a，而这些区域也是影响半干旱区 7 月份降水变化重要的水汽源地 图 8a。除此之外，蒙古异常低压南侧的中纬度西风带也是区域重要的水汽输送通道，其将中亚中高纬地区的水汽输送至中国北方半干旱区。由于影响半干旱区 7 月降水的大气环流以纬向型为主，因此该区域 7 月份降水变化的关键水汽源区主要位于中高纬地区。与 7 月份相比，影响半干旱区 8 月份降水的大气环流已发生了明显调整[63]。当中国北方半干旱区总体在 8 月降水偏多时，位于蒙古的异常低压依然存在且范围明显增大，同时在西北太平洋存在异常高压，表明西太副高与 8 月降水变化之间密切相关图 5b。然而相较而言，半干旱区 8 月降水与3 期 263刘洁，等 1960 2016 年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析图 5 第一及第二模态时间序列与 500 hPa 高度场之间相关系数分布Fig. 5 Pearson correlation between the first/second principal components and the geopotential height at the level of 500 hPa图 6 同图 5 但为 850 hPa 风场Fig. 6 Same as Fig. 5, but for the wind field on the level of 850 hPa注紫色框代表研究区大致范围，下同。80˚E40˚E0˚a b0.001EQ80˚N60˚N40˚N20˚N160˚E120˚E 80˚E40˚E0˚ 160˚E120˚E80˚E40˚E0˚ 160˚E120˚E 80˚E40˚E0˚ 160˚E120˚EEQ80˚N60˚N40˚N20˚NEQ80˚N60˚N40˚N20˚NEQ80˚N60˚N40˚N20˚N0.005 0.01 0.05 0.0010.0050.010.057 月 8 月EOF1EOF2c d-0.428-0.370 -0.341-0.263 0.4280.3700.3410.263rpa b0.055˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N0.01 0.0010.0057 月 8 月80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚Nc dEOF1EOF20.680˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E 80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E0.372 0.482 气候变化研究进展 2019 年264气 候 系 统 变 化图 8 同图 5，但为可降水量Fig. 8 Same as Fig. 5, but for precipitable water图 7 同图 5，但为水汽通量Fig. 7 Same as Fig. 5, but for the vertical integral water vapor fluxa b0.055˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N0.01 0.0010.0057 月 8 月80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚Nc dEOF1EOF20.6 80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E 80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E0.372 0.482 0.6050.523rpa b0.055˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N0.010.001 0.0057 月 8 月80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚N80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E5˚N45˚N35˚N25˚N15˚N55˚Nc dEOF1EOF280˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E 80˚E60˚E 120˚E100˚E 160˚E140˚E0.05 0.01 0.0010.005-0.428-0.370-0.341-0.263 265刘洁，等 1960 2016 年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析3 期 欧亚遥相关之间的相关性较弱。与 500 hPa 高度场相对应，低层风场线性相关性结果显示蒙古异常低压南侧伴随的中纬度西风气流与西太副高西侧的偏南风汇合，是影响区域 8 月降水量变化的重要因素图 6b。水汽通量相关系数分布显示，西风气流以及西太副高西侧的暖湿气流 图 7b 是半干旱区8 月份降水的重要水汽通道，而偏南气流沿线的水汽含量是 8 月降水量变化的关键源区 图 8b。5.2 “区内反向型”的大气环流及水汽输送特征影响半干旱区 7、 8 月份降水“区内反向型”的大气环流配置较为类似，当在东亚沿岸形成一个南高北低的气压高度场配置时 图 5c、 5d，易发生半干旱区西部降水偏多而东部降水偏少的格局。具体而言，在东亚沿岸的高纬度存在异常低压，而中纬度以渤海湾为中心存在一个异常高压，二者之间为强烈的西风气流。低空风场相关性结果显示，半干旱区受反气旋性环流影响 图 6c、 6d，在其西部地区受偏南气流控制，而北方半干旱区东部主要受偏西气流控制 图 7c、 7d，因而产生西部降水偏多而东部偏少的降水空间分布。第二模态的时间系数序列与可降水量之间相关性显示 图 8c、8d，影响 7、 8 月份区内反向型的关键水汽源区存在差异 7 月份降水与中纬度半干旱区水汽变化呈显著正相关关系而与高纬部分区域呈显著负相关关系； 8 月份降水变化与低纬度水汽变化呈显著正相关，而与高纬度水汽变化呈负相关。6 结 论本文利用 1960 2016 年中国北方半干旱区 7、8 月气象台站降水资料以及 NCEP/NCAR 再分析资料，分析了半干旱区 7 月和 8 月降水量的时空变化，并探讨了 7、 8 月典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系，主要结论如下。1 1960 2016 年中国北方半干旱区 7 月和 8月降水量主要存在“区域一致型”和“区内反向型”两种空间变化模态。“区域一致型”指半干旱区整体在 7 月和 8 月降水量呈现一致偏多或一致偏少的同位相降水分布特征；“区内反向型”指北方半干旱区东部与西部降水量分布呈现出相反的变化趋势。2 在“区域一致型”模态下，降水量极值区域 7 月位于北方半干旱区东部，而 8 月向西部偏移。近 57 年来，中国北方半干旱区 7、 8 月降水量均呈现出下降的趋势，且 8 月份下降趋势更明显。在年代际尺度上， 20 世纪 90 年代以来的近 20 年是该区域 7、 8 月干旱化趋势最显著的时期。3 在“区内反向型”模态下，其年际变率相对较小，但年代际变化明显。虽然 7 月与 8 月的时间系数变化存在较大差异，但在 20 世纪 80 年代均以北方半干旱区东部相对湿润而西部相对干旱为主。4 “区域一致型”时间系数序列与大气环流及水汽输送变量之间 Pearson 相关分析显示，影响中国北方半干旱区 7、 8 月降水量变化的大气环流配置存在差异。虽然蒙古异常低压以及其南侧的西风带气流均与 7、 8 月降水变化密切相关，但蒙古异常低压与鄂霍茨克海异常高压之间的东南气流以及欧亚遥相关波列是影响 7 月降水量变化的重要因素；而西太平洋异常高压是影响半干旱区 8 月降水量变化的主要原因。5 “区内反向型”时间系数序列与大气环流及水汽输送变量之间 Pearson 相关分析显示，当在东亚沿岸形成一个南高北低的高度场配置时，北方半干旱区受反气旋性环流影响，利于其西部地区产生降水，而在东部地区降水量相对偏少。参考文献秦大河 , Stocker T, 259 名作者和 TSU（驻伯尔尼和北京 . IPCC第五次评估报告第一工作组报告的亮点结论 [J]. 气候变化研究进展 , 2014, 10 1 1-6. Qin D H, Stocker T, 259 authors and TSU Bern 2 Institute of Earth Surface System and Hazards, Northwest University, Xi’an 710027, China;3 Key Laboratory of Desert and Desertification, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, ChinaAbstract Based on precipitation observations from meteorological stations, the spatial and temporal variations of precipitation in the semi-arid region of northern China during 1960-2016 were analyzed by using EOF . The research showed that the dominant spatial modes of summer precipitation in semi-arid region of northern China from 1960 to 2016 could be summarized as the regional in-phase type and the sub-regional out-of-phase type. The time series of regional in-phase type showed that the summer precipitation in semi-arid region generally decreased from 1960 to 2016, but the decrease trend in August was more remarkable than that in July. The sub-regional out-of-phase type showed that the interannual variability of precipitation in July and August was relatively small, but the inter-decadal variability was larger. The correlation analysis between the regional in-phase type time coefficients and the atmospheric circulation as well as water vapor transport variables showed that the Eurasian teleconnection and the mid-latitudes westerlies are closely correlated with the precipitation variations in July, while the Western Pacific Subtropical High WPSH is the main factor affecting the interannual variations of August precipitation in the semi-arid region. The correlation analysis of sub-regional out-of-phase type time coefficients showed that when the anticyclonic circulation controls the semi-arid northern China, it is easy to a distribution pattern with more precipitation in the west and relatively lower precipitation in the east of the semi-arid area in northern China.Keywords Semi-arid region; Precipitation; Atmospheric circulation; Water vapor transport; Spatial and temporal variations