S2夏季副热带西风急流位置年际变化与东亚季风环流异常

1、夏季副热带西风急流位置年际变化与东亚季风环流异常刘敏锋1 滕代高2 李汀2 (1. 陕西省商洛市气象局，陕西 商洛 726000；2. 南京气象学院 气象灾害和环境变化重点实验室,江苏 南京 210044)摘要 利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料，分析了19482002年夏季副热带高空西风急流位置南北变动及其相应的东亚地区环流异常，结果表明：当急流偏南时，东亚地区主要环流系统（南亚高压，高空东风急流，江淮梅雨锋，东亚副热带季风，西太平洋副热带高压(副高，下同)，热带东风气流，南海季风槽(ITCZ)）位置相对变化不大，强度明显偏强；与之相对应的我国黄河流域和华南降水偏少，长江

2、流域降水偏多。关键词: 西风急流 年际变化 东亚季风环流1、引言东亚高空副热带西风急流是影响我国乃至整个亚太地区天气、气候异常的重要系统之一。东亚大气环流的季节转换、季风区雨季的开始和结束都与西风急流位置及其南北移动和强度变化有密切的联系1-4。 西风急流强度的年际变化与热带对流密切相关,东亚地区的西风急流强度变化与热带加热场的前期状况也密切相关,夏季东亚副热带西风急流强度与其前期冬季(12月)及春末夏初(56月)的热带对流活动显著相关,而在春季(34月),这种相关并不明显5。高空东、西风急流的位置和强度变化与江淮旱涝关系密切，旱年副热带西风急流位置异常偏北,而热带东风急流位置异常偏南,中心风

3、速值异常偏大6。对流层中层500西风指数与我国长江流域夏季降水量明显相关,长江流域6月降水与2035地区的西风指数呈正相关,而与4050的西风指数呈负相关7。在iang等9的研究中，东亚急流南移将使得68月(13月)江南(华南)降水偏多;相反,急流偏北将使华北地区夏季降水偏多,也使得冬季江淮流域降水偏多,同时还指出,急流的这种变异具有较强的持续性。近来有研究表明西风急流南北变动的影响主要集中在亚澳季风区和气候平均的北半球副热带西风急流轴的南北两侧,并呈西北-东南走向10。以上研究表明,东亚高空副热带急流对同期和后期东亚及我国东部地区降水影响很大,也必然影响东亚夏季风的强度及其年际变化。目前有关

4、副热带急流变异与东亚夏季风年际变化的联系的研究大多还限于个别年份或个别系统，有必要对北半球副热带西风急流年际变异与东亚夏季风环流整体异常作进一步的研究。2、资料简介本文所使用的资料主要为NCEP/NCAR(National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)的再分析资料和中国160站降水资料。,其中，海平面气压场(SLP)和水平风场为19482002年，500hPa高度场、垂直速度场和高云量(HCC)为19492001年；CMAP全球降水资料为19791995年；中国160站

5、降水资料为19512000年。3、西风急流位置指数的确定参照董敏等5、廖清海等 10对西风急流位置指数的定义，夏季西风急流位置指数定义为（3540N；25115E）与（4045N；25115E）两个区域平均的夏季200hPa纬向风之差，差值为正表示西风急流位置偏南，差值为负表示西风急流位置偏北。从北半球东部地区19482002年夏季（68月）气候平均的200hPa纬向风分布（图1）来看，该指数的选取正好是急流轴南北各5个纬距上的纬向风之差。图1 19482002年气候平均北半球东部夏季200hPa纬向风分布(单位：m/s)通过比较冬、夏季副热带西风急流强度指数和位置指数与中国夏季160站降水的

6、相关系数分布（图略），发现只有夏季西风急流位置指数与中国夏季降水有较好的相关关系。为了更好的研究夏季西风急流位置南北变动的年际变化特征，把西风急流位置指数分解为三部分：（1） 趋势项：对西风急流位置指数进行趋势拟合得到（图2a中虚线）；（2） 年代际变化项：用西风急流位置指数减去趋势项，然后进行低通滤波求得；（3） 年际变化位置指数(IAHIS：Australian high inter-annual variation strength index) （以下简称西风急流年际指数）：用西风急流位置指数减去趋势项和年代际变化项后所得的部分（图2b中实曲线）。趋势项表明西风急流位置从1948年到2

7、002年有南偏趋势。从图2b可以看到，在去除趋势项和年代际变化项影响之后所得的西风急流年际指数能更加清楚地反映出西风急流位置南北变动的年际变化特征。另外,以西风急流年际指数绝对值0.45为标准（图2b中虚线）, 作为划分西风急流位置南北年际变动强、弱年的依据（强年偏南，弱年偏北），强西风急流年际指数年有：1960，1965，1969，1974，1982，1987，1993和1998年，弱西风急流年际指数年有：1955，1961，1966，1971，1973，1978，1984和1990年。 (a) (b)图2 西风急流位置指数(实线)、趋势项(虚线)(a)和西风急流年际指数(虚线为划分强弱年的

8、标准)(b)的年际变化时间系列4、西风急流位置年际变化与东亚季风环流异常为了分析强、弱西风急流年际指数年对应的东亚季风环流之间的差异，根据以上强、弱西风年际指数年的划分，对东亚地区夏季高层（200hPa）和低层（925hPa）季风水平环流进行了合成分析（图3）（强年集减弱年集），结果表明：当西风急流偏南时，200hPa上东亚中纬度地区为明显的气旋性异常环流，副热带地区（1535N）为反气旋性异常环流，低纬度为气旋性异常环流，基本上东亚地区纬向为单波，经向为1.5个波分布，其中，南亚高压强度偏强，位置偏东（中心位置位于25N附近的高原东部），东风急流强度偏强，位置相对变化不大。925hPa上，1

9、05E中纬度为强大的气旋性异常环流，1530N为反气气旋性异常环流，10N附近为气旋性环流，这表明，南海季风槽偏强（10N附近为气旋性异常环流），副高南侧热带东风气流强度偏强，位置偏南，副高强度偏强，位置偏西（脊线位于25N附近），东亚副热带季风强度偏强，位置偏南，江淮梅雨锋强度偏强，位置偏南（位于27N附近）。 (a) (b) 图3 强弱西风急流年际指数年东亚地区高低层水平环流合成分析(a、200hPa；b、925hPa)图4为强弱西风急流年际指数年东亚地区夏季500hPa垂直速度场合成分析结果。它有如下特征：下沉运动区主要在位于40N附近和20N附近的两个纬带上，纬最主要的上升运动区位于3

10、0N附近的纬带上，在我国主要表现为黄河流域和华南为下沉运动区，长江流域为上升运动区。+(a)(b)图4 强弱西风急流年际位置指数年东亚地区地区500hPa垂直速度合成分析(a、水平场；b、沿80160E平均；正值表示上升运动)(单位：Pa/s)副高是东亚夏季风系统中对我国天气气候影响最为重要的成员，它的强度和位置（西界，北界）直接关系到我国夏季雨带的强度和分布状况，因此，有必要对其作进一步的分析，对强弱西风急流年际指数年东亚西太平洋地区夏季500hPa高度场进行合成分析（图5），图中表明，东亚西太平洋中高纬为显著的高度负距平分布，中低纬为显著的高度正距平分布，正负距平分界线位于30N附近，说明

11、副高强度偏强，位置偏西，这样的结果在西风急流年际指数与改地区500hPa高度场同期相关图上有着非常一致的反映（图略）。图5 强弱西风急流年际位置指数年东亚地区地区500hPa高度场合成分析(阴影区为0.1置信水平的t检验)(单位：gmp)从以上分析结果可以看出，当西风急流偏南时，东亚夏季风环流系统位于北半球的各主要成员（高空南亚高压，东风急流，低层江淮梅雨锋，东亚副热带夏季风，副高，热带东风气流，南海季风槽）随之增强，位置相对变化不大。5、 西风急流位置年际变化对应的东亚地区天气气候特征为分析强弱西风急流年际指数年东亚地区的天气气候特征，先给出高云量的分布情况（图6a），可以看出，在100E以

12、东，我国黄河流域为高云量负距平区，长江流域为高云量正距平区，1025N纬带是大范围的高云量负距平距区，5N附近的南海南部为小范围的高云量的正距平区，高云 (a) (b)图6 强弱西风急流年际位置指数年东亚西太平洋地区高云量(a) (单位：百分比)和降水量(b)(单位：mm)合成分析(阴影区为正距平区)量的这种“、”的分布特征在水平异常环流(图3)和500hPa垂直速度异常(图4)有很好的对应关系。与之相对应的东亚地区降水异常(图6b)也表明主要的雨带分布在30附近从我国长江流域至日本南部一带。它表明当夏季西风急流偏南时，这一纬带上降水偏多。图7a是强弱西风急流年际指数年中国160站夏季降水合成

13、分析结果，可以看出，我国黄河流域中下游以及华南为降水负距平区，长江流域为显著降水正距平区，说明当西风急流偏南时，我国黄河中下游以及华南少雨，长江流域多雨。这样的结果在西风急流年际指数与中国160站夏季降水同期相关图上有更为明显的反映（图7b）。 (a) (b)图7 强弱西风急流年际位置指数年中国夏季降水(68月平均)合成分析(阴影区为通过0.1置信水平的t检验)(单位：mm)(a)以及西风急流年际指数与中国160站夏季降水同期相关系数分布(阴影区为0.1置信水平)(b)6、 结论本文通过定义了一个北半球夏季西风急流位置年际变化指数，探讨了夏季西风急流位置南北变动与东亚季风环流异常、东亚地区降水

14、异常以及我国夏季降水异常特征，得出如下结果：夏季西风急流位置变化后，东亚季风环流呈协调性响应，具体表现为：当西风急流位置偏南时，东亚地区高层南亚高压强度偏强，位置偏东，低纬东风急流强度偏强，低层南海季风槽强度偏强，位置偏东，副高南侧热带东风气流强度偏强，位置偏西偏南，副高强度偏强，位置偏西偏南，东亚副热带季风强度偏强，位置偏南，江淮梅雨锋位于长江流域的纬带上，强度明显偏强。与东亚季风环流异常相适应，夏季西风急流位置偏南时，东亚地区降水异常表现为从我国长江流域至日本南部一带多雨，我国黄河流域和华南少雨。当西风急流位置偏北时，情况相反。参考文献1 叶笃正,陶诗言,李麦村.在六月和十月大气环流的突变

15、现象J.气象学报,1958,29(4):249-263.2 Ramage C S.Monsonn meteorologyM.In:Boer E,Stokes C,eds.International Geophysics Series,Vol.15,New York:Academic Press,1971.3 陶诗言,赵煜佳,陈晓敏.东亚梅雨与亚洲上空大气环流季节变化的关系J.气象学报,1958,29(2):119-134.4 Tao Shiyan , Chen Longxun. A review of recent research on the East Asia summer monsoon in China. Monsoon Meteorology edited by T.N.Krishnamurti and C.P.changM. Oxford University Press ,1987, 60-92.5 董敏,余健锐,高守亭.东亚西风急流变化与热带对流加热关系的研究.大气科学,1999,23(1):6270.6 孙安健.江淮旱涝年份准定常行星波分布于平均纬向风速的差异J.应用气象学报,1994,5(1):68-76.7 董敏,朱文妹,魏凤英.欧亚地区50