太平洋年代際振蕩與南北半球際大氣質(zhì)量振蕩及東亞季風(fēng)的聯(lián)系

盧楚翰，管兆勇＊，李永華，白瑩瑩

1 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京信息工程大學(xué)，南京 210044

2 重慶市氣候中心，重慶 401147

3 重慶市氣象科學(xué)研究所，重慶 401147

1 引 言

太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation，簡(jiǎn)稱PDO）是太平洋上類似于ENSO 形態(tài)并具有顯著年代際振蕩周期的氣候變率模態(tài)（其最早由Mantua等在1997年提出［1］）．研究表明，熱帶太平洋的年代際變率對(duì)PDO 的20～30a周期變化有著直接作用［2－3］．PDO 被認(rèn)為是影 響 北 半球，尤其是 太平洋及其周邊區(qū)域氣候變化的重要模態(tài)，主要體現(xiàn)于它對(duì)年際變率尤其是基于ENSO 影響的年際變化具有重要的調(diào)制作用，例如它對(duì)冬季美國(guó)區(qū)域氣候的可預(yù)報(bào)性具有顯著調(diào)制影響［4－5］；其對(duì)我國(guó)氣候變率亦具有重要影響，且處于不同階段的ENSO 事件對(duì)中國(guó)冬夏季氣候異常的影響明顯受到PDO 的調(diào)制［6］．

區(qū)別于ENSO 相關(guān)的年際信號(hào)，太平洋年代際變率優(yōu)勢(shì)區(qū)主要位于北太平洋中緯度區(qū)域，并與PNA 型年代際變化密切相關(guān)［7］，因此對(duì)其下游北美區(qū)域的天氣氣候異常已引起廣泛關(guān)注［8］．此外，對(duì)北半球中緯度大氣環(huán)流與太平洋SST 進(jìn)行典型相關(guān)分析可得到類似于PDO 變化的主導(dǎo)模態(tài)，表明PDO 對(duì)中緯度大氣環(huán)流變化存在影響［9］．在年際以及年代際尺度上，PDO 很好地對(duì)應(yīng)著冬季阿留申低壓和蒙古高壓的同步“蹺蹺板”變化［10－11］．由此造成的緯向海陸氣壓差相應(yīng)變化，將PDO 與其上游東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度變化緊密聯(lián)系了起來［10－12］．PDO 還可通過在對(duì)流層低層的大氣強(qiáng)迫作用使東亞夏季風(fēng)降水發(fā)生年代際變化［13］．ENSO 與東亞夏季風(fēng)之間相關(guān)關(guān)系的穩(wěn)定性亦出現(xiàn)了類似的年代際變化［14］．

與之對(duì)應(yīng)，我國(guó)尤其是東部華北、江淮以及華南地區(qū)降水異常均經(jīng)歷了顯著的年代際變化［15］．例如，我國(guó)華北地區(qū)近50年來經(jīng)歷了一個(gè)由濕向干轉(zhuǎn)換的過程，這與PDO 在20世紀(jì)70年代中后期自冷位相向暖位相轉(zhuǎn)換有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系［16］．相反地，Zhou［17］指出我國(guó)南方地區(qū)冬季降水自1978—2002年較1960—1977年明顯增多，這與它跟太平洋SST 關(guān)系的年代際變化有關(guān)．李宏毅等分析1951—2005年我國(guó)華南地區(qū)3月份降水特征，發(fā)現(xiàn)其與PDO 有著顯著的相關(guān)［18］．利用我國(guó)東部夏季降水的重建資料（干濕指數(shù)），Shen等［19］很好地重建了公元1470年以來的PDO 指數(shù)時(shí)間序列．

以上研究表明，PDO 與東亞冬、夏季風(fēng)以及我國(guó)東部降水的年代際變化有著密切聯(lián)系．但目前對(duì)于PDO 影響其上游尤其是東亞季風(fēng)及降水變化的具體物理過程和影響途徑研究還甚少涉及．近期研究表明，北太平洋海溫變化存在一個(gè)年代際通道IP，這個(gè)年代際通道與PDO 和東亞冬季風(fēng)有密切聯(lián)系，甚至也被視為聯(lián)系中緯度太平洋和熱帶太平洋海氣相互作用的橋梁［12，20］．本質(zhì)而言，季風(fēng)是兩半球相互作用的表征之一，受到行星熱對(duì)流和海陸熱力變化所驅(qū)動(dòng)［21］．南北半球相互作用低頻變化的活躍程度可由兩半球大氣質(zhì)量差所衡量，據(jù)此Guan和Yamagata［22］發(fā)現(xiàn)南北半球間存在大氣質(zhì)量濤動(dòng)現(xiàn)象（Interhemispheric Oscillation，以下簡(jiǎn)稱IHO）．盧楚翰等［23］研究發(fā)現(xiàn)IHO 對(duì)東半球季風(fēng)活躍區(qū)的大氣質(zhì)量年際異常具有顯著的方差貢獻(xiàn)，是與亞洲季風(fēng)密切聯(lián)系的強(qiáng)信號(hào)．據(jù)此，可推測(cè)年代際以上尺度的PDO 對(duì)亞洲季風(fēng)的影響可能不局限于亞洲—太平洋之間的遙相關(guān)強(qiáng)迫，它與南北半球間的大氣環(huán)流異常特別是半球際大氣質(zhì)量交換及重新分布可能存在聯(lián)系，從而對(duì)亞洲季風(fēng)活動(dòng)異常產(chǎn)生影響．因此，本文將探討PDO 與IHO 的年代際尺度相互關(guān)系，以及它們對(duì)亞洲季風(fēng)活動(dòng)乃至我國(guó)氣候異常的影響，所得結(jié)果將利于人們加深對(duì)東亞季風(fēng)氣候異常的認(rèn)識(shí)．

2 資料與方法

本文數(shù)據(jù)取自NCEP／NCAR 再分析數(shù)據(jù)集，所用主要變量包括地表氣壓、地表溫度、高空風(fēng)場(chǎng)，格點(diǎn)分辨率為2．5°×2．5°．按照冬季（12，1，2 月）、春季（3，4，5 月）、夏季（6、7、8 月）及秋季（9，10，11月）對(duì)相應(yīng)資料做季節(jié)平均．PDO 指數(shù)取自http：∥jisao．Washington．edu／pdo／PDO．latest，該指數(shù)由對(duì)20°N 以北的太平洋海表溫度異常EOF 分析的第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)序列的標(biāo)準(zhǔn)化所得．由于NCEP的地表氣壓及海平面氣壓在1968年以前可能存在編碼錯(cuò)誤，本文分析所用時(shí)段主要基于1969—2008年．另取由中國(guó)氣象局氣候中心發(fā)布的相同時(shí)段的160站月平均站點(diǎn)溫度與降水．參照Guan和Yamagata［22］，本文用扣除季節(jié)平均后的北半球面積權(quán)重平均的地表氣壓與相應(yīng)南半球面積權(quán)重地表氣壓之間的差值，構(gòu)造了IHO 指數(shù)，該指數(shù)反映了由南北半球大氣質(zhì)量不平衡所致半球際相互作用的活躍程度．參考施能和楊永勝［24］，利用110°E 與160°E 處海平面氣壓差值，構(gòu)造了東亞季風(fēng)指數(shù)（EAM）．為研究年代際變化，采用小波分析方法，提取了PDO、IHO 以及EAM 指數(shù)對(duì)應(yīng)11～38a周期的分量，分別用Pdec、Idec和Edec表示．

在計(jì)算各年代際指數(shù)與環(huán)流場(chǎng)及降水的關(guān)系時(shí)，本文使用了線性回歸以及線性相關(guān)系數(shù)方法．由于年代際分量指數(shù)（Pdec、Idec）的自由度降低，在對(duì)回歸以及相關(guān)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)時(shí)，采用了蒙特卡洛（Monte Carlo）模擬方法．具體地，將Pdec、Idec序列順序打亂1000次后，利用這些指數(shù)的隨機(jī)序列分別對(duì)要素場(chǎng)進(jìn)行回歸及相關(guān)分析，從而得到某個(gè)相應(yīng)格（站）點(diǎn)資料序列的F 統(tǒng)計(jì)量和相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值統(tǒng)計(jì)量（共1000個(gè)），并將這1000個(gè)值作降序排列，最終取其中的第51 個(gè)（第11 個(gè)）統(tǒng)計(jì)值作為信度為0．05（0．01）的統(tǒng)計(jì)臨界值．當(dāng)回歸的F 統(tǒng)計(jì)量或者相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于該臨界值時(shí)，可判斷該格點(diǎn)上的F統(tǒng)計(jì)量或相關(guān)系數(shù)通過0．05 信度的顯著性檢驗(yàn)．

3 結(jié) 果

3．1 太平洋年代際振蕩與南北半球際大氣質(zhì)量振蕩

為分析PDO 與IHO 的年代際變化特征，圖1分別給出了標(biāo)準(zhǔn)化的逐季PDO 以及IHO 指數(shù)的時(shí)間序列．其中，PDO 指數(shù)具有明顯的年代際周期變化，且在20、40和70年代有著明顯的突變特征，這與北半球冬季大氣活動(dòng)中心近百年來的三次突變出現(xiàn)年代是對(duì)應(yīng)的［25］，說明PDO 與半球際大氣質(zhì)量年代際異常分布可能存在聯(lián)系．值得注意的是2007年后PDO 的位相再次發(fā)生轉(zhuǎn)折，可能預(yù)示著PDO再一次的突變來臨．另一方面，IHO 指數(shù)的時(shí)間演變與PDO 的基本一致，兩者保持顯著的正相關(guān)，同期相關(guān)系數(shù)達(dá)0．364（通過0．01顯著性水平的蒙特卡洛隨機(jī)檢驗(yàn)）．進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，IHO 的年代際波動(dòng)與PDO 大致吻合，其在70年代的中后期出現(xiàn)由負(fù)位相向正位相的顯著轉(zhuǎn)折，這意味著北半球與南半球之間的大氣質(zhì)量不平衡性加大．由于半球平均水汽質(zhì)量年際變率貢獻(xiàn)較?。?6］，這種不平衡主要由干空氣質(zhì)量的南北半球際差異造成．

兩種濤動(dòng)指數(shù)均表現(xiàn)出一致的10年以上周期的年代際振蕩（圖1），其中PDO 振幅尤為明顯．據(jù)此，進(jìn)一步利用小波分析方法，分別提取了PDO 指數(shù)和IHO 指數(shù)中11～38a周期的年代際分量（以Pdec和Idec表示，圖2）．這兩個(gè)年代際分量分別占年際以上尺度擾動(dòng)總方差的32．9%和20．1%，說明年代際振蕩確實(shí)是PDO 和IHO 變化的重要分量．從圖2看出，Pdec在70年代和90年代后期處于負(fù)位相（冷期），而在80年代至90年代中后期處在正位相（暖期），其中在1985—1997年間還出現(xiàn)一次明顯的年代際振蕩．Idec分量的特征與Pdec基本吻合，只是80年代初的峰值位相有所落后，且1985—1997 年間的年代際振蕩偏弱．兩者的一致性說明，在年代際尺度上，當(dāng)PDO 顯著振蕩時(shí)，不但太平洋區(qū)域的海氣相互作用發(fā)生顯著調(diào)整，南北半球間大氣質(zhì)量的不平衡性亦隨之加大，因此將加強(qiáng)兩半球大氣的相互作用．特別地，當(dāng)PDO 處于正（暖）位相時(shí)，熱帶中東太平洋海表溫度年代際異常上升，黑潮及其續(xù)流區(qū)和北太平洋中部異常變冷，并且伴隨著大氣往北半球異常堆積，反之亦然．

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化的逐季PDO 指數(shù)（上部）以及IHO 指數(shù)（下部），其中細(xì)實(shí)線為原始指數(shù)，粗實(shí)線為5年滑動(dòng)平均處理后的相應(yīng)指數(shù)

為分析半球際大氣質(zhì)量不平衡對(duì)東亞季風(fēng)的影響，圖2 還給出了相應(yīng)的東亞季風(fēng)年代際分量（Edec），它對(duì)擾動(dòng)總方差的貢獻(xiàn)率高達(dá)38．4%．由Edec的時(shí)間演變可看出，其年代際波動(dòng)特征與Idec和Pdec尤其是后者能較好地吻合，說明PDO 和IHO 與東亞冬夏季風(fēng)活動(dòng)異?？赡苡忻芮新?lián)系，下文將對(duì)其聯(lián)系機(jī)制進(jìn)一步分析．

值得注意的是，Idec和Pdec在1977 年以前及1995年之后變化比較一致，而在1977—1994 年間兩者差異增大，這可能與全球溫度變化效應(yīng)有關(guān)．注意到PDO 指數(shù)的構(gòu)造過程中，為去除“全球增暖”影響，減去了全球平均的SST 平均值（http：∥jisao．Washington．edu／pdo／PDO．latest）．大氣質(zhì)量（氣柱密度）的變化同樣受到氣柱溫度影響，為去除全球氣溫變化對(duì)IHO 的影響，首先計(jì)算了全球平均的整層氣柱溫度的年代際分量（T），并將Idec減去原Idec對(duì)T 的回歸序列（IHO－T）．如圖2下部所示，去除全球平均氣柱溫度影響的IHO 年代際分量與PDO年代際分量（Pdec）位相變化的一致性明顯改善，據(jù)此可推斷全球平均氣柱溫度在70年代中期至90年代中期的雙峰型變化結(jié)構(gòu)，可能是造成原Idec和Pdec差異的主要因素．

圖2 各標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)的年代際分量．上部：Pdec（實(shí)線）、Idec指數(shù)（虛線）以及Edec（點(diǎn)虛線）．其中他們占年際以上尺度變化的方差貢獻(xiàn)率分別為32．9%，20．1%，38．4%．下部：Pdec（實(shí)線）、全球氣柱溫度（點(diǎn)虛線）以及去除全球氣柱溫度變化分量后的Idec指數(shù)年代際分量（虛線）

為進(jìn)一步揭示PDO 與IHO 年代際變化所對(duì)應(yīng)的環(huán)流模態(tài)，分別用地表溫度和地表氣壓異常對(duì)Pdec和Idec進(jìn)行回歸，可以看出兩種指數(shù)回歸得到的空間分布相似性較高（圖3）．其中，從地表氣溫的回歸系數(shù)看出，PDO 與IHO 對(duì)太平洋區(qū)域的表層溫度年代際變化具有顯著的影響，表現(xiàn)為熱帶中東太平洋的氣溫偏高與南北太平洋中緯度區(qū)域的氣溫異常偏低，這與PDO 引起的海表溫度（SST）異常的經(jīng)典空間形態(tài)是一致的［1］．氣溫異常的顯著區(qū)還包括印度洋區(qū)域、地中海、中東地區(qū)、西伯利亞中部、阿留申群島以及冰島區(qū)域（圖3（a，b））．這說明PDO 與IHO 引起的地表氣溫年代際異常是具有全球性的．

盡管與PDO 與IHO 相關(guān)的地表氣壓異常顯示出在南北太平洋中緯度區(qū)域出現(xiàn)一對(duì)顯著異常低值區(qū)，但更值得關(guān)注的是東半球30°S—50°N 處的廣闊的正異常區(qū)，以及南半球極區(qū)的負(fù)異常區(qū)（圖3（c、d））．這兩個(gè)廣大的反號(hào)異常區(qū)域體現(xiàn)了南北半球間大氣質(zhì)量振蕩關(guān)系．此結(jié)果進(jìn)一步說明了年代際尺度的PDO 與南北半球際大氣質(zhì)量振蕩（IHO）是緊密聯(lián)系的．由此造成的南北半球尤其是東半球部分的南北氣壓差將加強(qiáng)兩半球之間的相互作用，對(duì)季風(fēng)活動(dòng)異常產(chǎn)生影響．同時(shí)，亞歐大陸的正值中心位于冬季蒙古高壓所在區(qū)域，南北美大陸上也出現(xiàn)了顯著的高壓中心．太平洋與其沿岸的海陸氣壓梯度因此受到明顯改變，同樣會(huì)對(duì)東亞季風(fēng)造成影響．另外，大氣質(zhì)量重新分布的年代際變化也解釋了近百年來北半球冬季大氣活動(dòng)中心與PDO 對(duì)應(yīng)的年代際變化產(chǎn)生聯(lián)系［25］的成因．

由于Pdec和Idec對(duì)應(yīng)的空間模態(tài)高度相似（圖3），以下的年代際變化相應(yīng)的分析將基于Pdec．從前述可知，PDO 與南北半球際大氣質(zhì)量年代際振蕩有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種相互聯(lián)系是如何建立的？質(zhì)量遷移須經(jīng)風(fēng)場(chǎng)輸送完成，這里通過整層積分風(fēng)場(chǎng)計(jì)算Pdec對(duì)應(yīng)的異常速度勢(shì)函數(shù)和輻散風(fēng)場(chǎng)的回歸系數(shù)（圖4a）．可以看出，PDO 對(duì)應(yīng)的整層大氣質(zhì)量輸送主要表現(xiàn)為偶極型分布，在太平洋區(qū)域?qū)?yīng)著明顯的大氣質(zhì)量輻合，異常中心位于熱帶南太平洋，中心值約為8×108kg·s－1；相反，異常大氣質(zhì)量自東半球區(qū)域輸出，輻散中心處于孟加拉灣附近，中心值約為－14×108kg·s－1．由于東半球區(qū)域主要為陸地分布，這一異常的質(zhì)量分布首先體現(xiàn)了海陸間大氣質(zhì)量的遷移特征．當(dāng)PDO 為正位相時(shí)，以熱帶印度洋為中心，大氣質(zhì)量總體自亞非歐大陸向太平洋和大西洋輸出，其中緯向以海洋性大陸和西太平洋暖池的向東輸送尤為明顯；經(jīng)向方向上，東半球主要為自熱帶向中高緯輸出的質(zhì)量流，西半球反之．在此期間，將伴隨有顯著的熱帶與中高緯度區(qū)域的大氣質(zhì)量交換，導(dǎo)致了南北兩半球之間的大氣質(zhì)量差異增大，使得PDO 與IHO 之間年代際聯(lián)系得以建立．

PDO 與年代際大氣質(zhì)量遷移的聯(lián)系還體現(xiàn)出其對(duì)Walker環(huán)流異常的影響．由圖4b 看出，PDO對(duì)應(yīng)的200hPa速度勢(shì)年代際異常在熱帶東太平洋出現(xiàn)輻散大值區(qū)，而在澳大利亞以東的熱帶西太平洋形成輻合中心，形成與氣候態(tài)相反的反Walker環(huán)流異常；另一方面又對(duì)印度洋與非洲大陸區(qū)域的Walker環(huán)流起到加強(qiáng)作用．結(jié)合圖3（a，b）中的低層熱帶中東太平洋和熱帶印度洋的正異常溫度，低層增溫對(duì)應(yīng)著對(duì)流層高層的輻散中心，由此引起的異常垂直運(yùn)動(dòng)可能對(duì)季風(fēng)降水異常產(chǎn)生影響．Kumar等［27］也指出印度季風(fēng)降水與ENSO 之間聯(lián)系自70年代末以來顯著減弱，與Walker環(huán)流的上升支與下沉支位置的年代際移位有關(guān)．當(dāng)然，由于Walker環(huán)流自身屬于上下翻轉(zhuǎn)的對(duì)稱型結(jié)構(gòu)，其對(duì)0．427和0．374，均通過了信度為0．01的蒙特卡洛隨機(jī)檢驗(yàn)．這說明，當(dāng)通過赤道垂直面的向北大氣質(zhì)量輸送增大時(shí)，VQ 指數(shù)增大，對(duì)應(yīng)大氣質(zhì)量往北半球遷移，造成“北重南輕”的半球際大氣質(zhì)量不平衡；同時(shí)IHO 指數(shù)及PDO 指數(shù)也相應(yīng)增大．由于IHO指數(shù)由北半球減南半球的異常氣壓差表示［22］，因此VQ 指數(shù)與IHO 指數(shù)的線性增長(zhǎng)關(guān)系較好地從物理上證明了半球際大氣質(zhì)量遷移以及PDO 與風(fēng)場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系．

圖5 逐季標(biāo)準(zhǔn)化IHO 指數(shù)（a）及PDO 指數(shù)（b）與標(biāo)準(zhǔn)化向北輸送越赤道質(zhì)量流指數(shù)（VQ）的散點(diǎn)關(guān)系圖．直線為各散點(diǎn)之間的線性擬合．其中VQ指數(shù)與IHO指數(shù)和PDO指數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)分別為0．427和0．374，均通過了0．01信度的蒙特卡洛（Monte Carlo）隨機(jī)顯著性檢驗(yàn)

3．2 太平洋年代際振蕩與東亞季風(fēng)

前述分析表明，PDO 與南北半球際的大氣質(zhì)量重新分布聯(lián)系密切．PDO 引起了半球間氣壓梯度改變，加強(qiáng)了兩半球相互作用，同時(shí)又引起了地面大氣活動(dòng)中心氣壓異常和海陸氣壓梯度的變化，由此造成圖2中東亞季風(fēng)強(qiáng)度年代際變化特征與Pdec和Idec吻合較好．為進(jìn)一步分析PDO 對(duì)東亞冬、夏季風(fēng)的影響，提取了Pdec指數(shù)中的夏季與冬季分量，并將同期地表氣壓和850hPa風(fēng)場(chǎng)對(duì)他們分別作回歸（圖6（a，d））．在夏季，地表氣壓正異常大值帶集中在30°S—50°N 的東半球季風(fēng)活躍區(qū)以及南美洲南部，而南極極區(qū)則為負(fù)異常的大值區(qū)，體現(xiàn)了北高南低的半球際大氣質(zhì)量分布差異（圖6a）．850hPa風(fēng)場(chǎng)顯示出，在蒙古、西亞以及東印度洋區(qū)域形成顯著的異常反氣旋型環(huán)流．蒙古異常反氣旋東南部的異常北風(fēng)在我國(guó)東部地區(qū)明顯南伸直至東南亞和印度北部（圖6c），此異常分布型將阻礙東亞夏季風(fēng)的向北推進(jìn)和水汽輸入．盧楚翰等［23］研究了夏季IHO與東半球季風(fēng)活動(dòng)年際變率之間的聯(lián)系，也得到了與此類似的氣壓和風(fēng)場(chǎng)異常分布形態(tài)．因此，與PDO 和IHO 引起的半球際大氣質(zhì)量年代際振蕩對(duì)應(yīng)，東亞夏季風(fēng)的北邊緣及南北推進(jìn)亦出現(xiàn)了與之匹配的年代際變化［28－29］．

在冬季，地表氣壓異常的形態(tài)有所改變，在北半球主要表現(xiàn)為異常的蒙古高壓、阿留申低壓和北美西部高壓，南半球以中高緯的負(fù)異常為主（圖6b）．對(duì)應(yīng)的850hPa異常風(fēng)場(chǎng)中，以蒙古地區(qū)為中心出現(xiàn)了較夏季更顯著的異常反氣旋，同時(shí)伴隨阿留申區(qū)域氣旋的異常增強(qiáng)，以及里海附近出現(xiàn)的異常氣旋．我國(guó)東部繼續(xù)保持顯著的北風(fēng)異常，東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度因此得以增強(qiáng)，這與東亞冬季風(fēng)和ENSO 年代際變化的關(guān)系一致［12］．

圖6 冬（a，c）、夏（b，d）季地表氣壓與850hPa風(fēng)場(chǎng)異常對(duì)同期Pdec的回歸系數(shù)．其中，（a，b）對(duì)應(yīng)地表氣壓，（c，d）對(duì)應(yīng)850hPa風(fēng)場(chǎng)．單位：（a，b）hPa；（c，d）m·s－1．陰影和粗矢量均表示通過0．05信度的蒙特卡洛（Monte Carlo）隨機(jī)檢驗(yàn)

基于PDO 與東亞冬、夏季風(fēng)的顯著聯(lián)系，這里進(jìn)一步給出了冬、夏兩季Pdec指數(shù)與同期我國(guó)東部站點(diǎn)氣溫與降水的相關(guān)分布（圖7）．考慮到年際與年代際尺度環(huán)流背景對(duì)東部氣候影響的可能差異［30］，本文對(duì)相應(yīng)站點(diǎn)要素進(jìn)行了5年滑動(dòng)平均處理，從而較大程度上濾除了年際分量．從圖7a看出，Pdec與我國(guó)夏季東部氣溫的年代際變化自南向北呈顯著的“＋－ ＋”分布，即Pdec增強(qiáng)時(shí)我國(guó)的華南、華北夏季易出現(xiàn)偏高氣溫，而長(zhǎng)江流域溫度偏低．Pdec與降水的相關(guān)分布和與氣溫的基本相反，體現(xiàn)了我國(guó)東部夏季的“干熱－濕涼”特征［31］．其中，當(dāng)PDO 在正位相時(shí)，長(zhǎng)江流域尤其是中上游地區(qū)降水顯著增多，而華北地區(qū)降水顯著偏少，另外東北地區(qū)降水也明顯增多．這與前人揭示的我國(guó)東部區(qū)域降水年代際變化趨勢(shì)是一致的［13，16，30］．

冬季Pdec與我國(guó)東部地區(qū)的氣溫總體呈南負(fù)北正的相關(guān)關(guān)系，但北方地區(qū)的正相關(guān)關(guān)系相對(duì)較弱（圖7c），可見PDO 引起的東亞冬季風(fēng)年代際變化對(duì)北方地區(qū)的影響較弱，季風(fēng)增強(qiáng)與北方降溫之間的聯(lián)系并不緊密．與之鮮明對(duì)比，冬季Pdec與我國(guó)東部地區(qū)的降水關(guān)系卻十分顯著（圖7d），其中華北和江淮地區(qū)均出現(xiàn)了顯著的負(fù)相關(guān)，突出了冬季風(fēng)增強(qiáng)對(duì)水汽輸送的阻礙作用對(duì)這些地區(qū)的降水（雪）形成的影響．同時(shí)，華南地區(qū)與四川地區(qū)出現(xiàn)顯著的正相關(guān)，表明降溫對(duì)降水增多所起作用明顯，它們的年代際變化同樣受到PDO 和IHO 的顯著影響，這對(duì)應(yīng)了我國(guó)南方地區(qū)冬季降水自70年代后期明顯增多的年代際變化［17］．

圖7 冬夏季我國(guó)東部站點(diǎn)氣溫（上）、降水（下）與同期Pdec指數(shù)的相關(guān)系數(shù)．其中（a、c）為夏季同期相關(guān)，（b、d）為冬季同期相關(guān)．站點(diǎn)要素已做5年滑動(dòng)平均處理．空心圈表示通過信度為0．05的蒙特卡洛（Monte Carlo）隨機(jī)檢驗(yàn)，實(shí)心點(diǎn)為未通過檢驗(yàn)的站點(diǎn)

4 結(jié) 論

本文分別分析了年代際尺度上的太平洋年代際振蕩（PDO）、南北半球際大氣質(zhì)量振蕩（IHO）以及東亞季風(fēng)的變化特征．發(fā)現(xiàn)PDO 與IHO 均對(duì)應(yīng)了一致的全球大范圍氣溫和氣壓異常，通過改變氣柱溫度和密度，引起氣柱拉伸和質(zhì)量遷移，對(duì)應(yīng)大尺度的風(fēng)場(chǎng)異常輻合（散）和相應(yīng)的越赤道大氣質(zhì)量半球際輸送．據(jù)此建立了三者之間的關(guān)系，并進(jìn)一步分析了它們對(duì)我國(guó)東部冬夏兩季氣候異常的可能影響，所得結(jié)果主要包括：

（1）PDO 與IHO 以及東亞季風(fēng)強(qiáng)度具有明顯的年代際波動(dòng)，三者之間存在較好的聯(lián)系，其中它們?cè)?0年代和90年代后期處于負(fù)位相，而在80年代至90年代中后期均處于正位相期．全球平均氣柱溫度年代際變化是導(dǎo)致PDO 與IHO 在70年代中期至90年代中期差異明顯的主要原因．PDO 和IHO均對(duì)全球大范圍的低層氣溫異常和大氣質(zhì)量遷移具有顯著且空間一致的影響，特別地當(dāng)Pdec和Idec指數(shù)增大時(shí)，將造成東半球30°S—50°N 區(qū)域即季風(fēng)活躍區(qū)的氣壓年代際一致性上升，且伴隨南半球中高緯度區(qū)域的氣壓異常下降．

（2）當(dāng)PDO 為正位相時(shí)，對(duì)應(yīng)著偶極型的自東半球輸出向西半球太平洋區(qū)域輻合的年代際整層大氣質(zhì)量異常遷移，并伴隨著越赤道質(zhì)量流的向北異常輸送，由此造成了南負(fù)北正的半球際大氣質(zhì)量分布，反之亦然．期間，引起了北半球地面主要高、低壓活動(dòng)中心的異常和海陸間尤其是亞洲—太平洋的氣壓梯度變化．同時(shí)，也影響了Walker環(huán)流的位置以及相應(yīng)的垂直運(yùn)動(dòng)的年代際變化．由此，建立了PDO 與IHO 和東亞季風(fēng)之間的聯(lián)系．

（3）PDO 異常變化與冬夏季節(jié)蒙古地區(qū)地表氣壓變動(dòng)存在密切聯(lián)系，當(dāng)PDO 指數(shù)增強(qiáng)時(shí)，冬夏季850hPa均出現(xiàn)顯著反氣旋風(fēng)場(chǎng)，并在我國(guó)東部形成北風(fēng)異常，從而對(duì)東亞冬夏季風(fēng)均產(chǎn)生顯著影響．與之對(duì)應(yīng)，PDO 對(duì)我國(guó)東部大部分地區(qū)的站點(diǎn)氣溫、降水的年代際分量具有顯著影響．具體表現(xiàn)為，Pdec指數(shù)與我國(guó)華南、江淮與華北地區(qū)夏季降水呈“－＋－”的顯著相關(guān)，而其與夏季氣溫關(guān)系則為與降水相關(guān)接近相反的顯著相關(guān)分布．在冬季，Pdec指數(shù)的升高對(duì)應(yīng)我國(guó)東部北方大部分地區(qū)降水顯著減少的年代際變化趨勢(shì)，同時(shí)還造成華南與四川地區(qū)降水偏多；PDO 與冬季氣溫在我國(guó)南方地區(qū)顯著負(fù)相關(guān)．

本文所得結(jié)果中發(fā)現(xiàn)PDO 和IHO 與東半球季風(fēng)活躍區(qū)的氣壓變動(dòng)有著密切聯(lián)系，相應(yīng)地南北半球際大氣質(zhì)量差增加，增強(qiáng)了兩半球間大氣的相互作用，這也體現(xiàn)于夏季索馬里地區(qū)及澳大利亞北部的越赤道氣流的明顯增強(qiáng)（圖6c）．在不考慮水汽變化條件下，地表氣壓的局地變化正比于大氣質(zhì)量的輻散通量，由此產(chǎn)生的輻散環(huán)流可導(dǎo)致區(qū)域間季風(fēng)的協(xié)同變化［32］．例如，東亞夏季風(fēng)與北非夏季風(fēng)的年代際聯(lián)系［33］；夏季東亞季風(fēng)與印度季風(fēng)也可能通過北非與歐亞大陸高層經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)的遙相關(guān)產(chǎn)生聯(lián)系［34］．因此，PDO 年代際振蕩聯(lián)系的南北半球際大氣質(zhì)量振蕩還可能對(duì)其它區(qū)域的季風(fēng)異?；顒?dòng)產(chǎn)生聯(lián)系，PDO 與IHO 及全球季風(fēng)異常的聯(lián)系仍有待進(jìn)一步研究．

致 謝感謝本文的兩位匿名審稿專家為本文完善提出的寶貴意見．NCEP／NCAR 資料取自NOAACIRES Climate Diagnostics Center，網(wǎng) 址 為：http：∥www．cdc．noaa．gov／cdc／reanalysis／reanalysis．shtml；文中諸圖的繪制使用了繪圖軟件GrADS．

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