夏季長江淮河流域異常降水事件環(huán)流差異及機理研究

張慶云1, 2 郭恒1, 3

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夏季長江淮河流域異常降水事件環(huán)流差異及機理研究

張慶云郭恒

1中國科學(xué)院大氣物理研究所國際氣候與環(huán)境研究中心，北京100029;2中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國家重點實驗室，北京100029;3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049

長江、淮河同處東亞中緯度，天氣過程的大尺度環(huán)流背景相似，大量相關(guān)研究基本是把江淮流域天氣氣候事件作為一個整體研究，然而對長江、淮河流域夏季降水的時空變化進行分析發(fā)現(xiàn)，長江、淮河流域夏季異常降水事件有各自不同的年際、年代際變化特征，但環(huán)流差異及成因并不十分清楚。本文根據(jù)中國臺站降水資料及NCEP/NCAR再分析資料，利用物理量診斷和現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)等方法，重點分析長江、淮河流域梅雨期降水異常事件發(fā)生時南北半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異及成因。研究指出：長江（淮河）流域梅雨期降水異常偏多年500 hPa位勢高度場亞洲中高緯度環(huán)流呈現(xiàn)為南北向（東西向）的波列與東亞中高緯鄂霍茨克海阻塞頻次增多（減少）以及200 hPa高度場上東亞副熱帶高空西風(fēng)急流強度加強（減弱）、穩(wěn)定（移動）有關(guān)；長江（淮河）流域梅雨期降水異常偏多年主要水汽來源與南半球澳大利亞高壓、馬斯克林高壓位置偏東(西)造成西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）地區(qū)越赤道氣流加強有關(guān)。長江（淮河）流域梅雨期異常降水事件大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程最顯著的差異表現(xiàn)為：東亞副熱帶高空西風(fēng)急流加強（減弱）以及南半球澳大利亞高壓、馬斯克林高壓位置偏東（西）。

長江（淮河）流域降水 東亞高空西風(fēng)急流 南半球環(huán)流 越赤道氣流

1 引言

長江、淮河同處東亞中緯度，天氣過程的大尺度環(huán)流背景受東亞高低緯度環(huán)流系統(tǒng)的影響，夏季江淮流域異常降水事件頻發(fā)，江淮流域異常降水事件的成因機理一直受到我國氣象工作者的高度關(guān)注，并取得了一系列有應(yīng)用價值的研究成果（陶詩言和徐淑英，1962；陶詩言等，1962；Liang and Wang，1998；陶詩言和張慶云，1998a，1998b；陶詩言等，2001；張慶云等，2003b；范可，2006；楊蓮梅和張慶云，2007；杜銀等，2009；黃榮輝等，2011；徐志清和范可，2012；劉屹岷等，2013）。

近年來大量相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，東亞—太平洋熱帶環(huán)流系統(tǒng)的異常對夏季江淮流域異常降水事件有重要影響（張慶云和陶詩言，1998b，1999；陶詩言等，2001；Fu et al., 2006；黃榮輝等，2011；王會軍和范可，2013），Huang and Li（1987）和 Nitta（1987）的研究指出，當(dāng)熱帶西太平洋暖池對流活動強烈時，會激發(fā)靜止Rossby波，出現(xiàn)東亞/太平洋（EAP）［或日本/太平洋（PJ）］遙相關(guān)型，西太平洋副高加強并向北伸展到日本和我國長江中下游，造成高溫酷暑天氣。黃榮輝和李維京（1988）以及Huang（1992）的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱帶西太平洋暖池增溫時，從菲律賓周圍經(jīng)南海到中印半島上空的對流活動將增強，西太平洋副高位置偏北，從東南亞經(jīng)東亞到北美西海岸上空大氣環(huán)流呈現(xiàn)異常的東亞太平洋遙相關(guān)型。張慶云和陶詩言（2003）以及張慶云等（2003a）研究了西太平洋副熱帶高壓與東亞夏季風(fēng)環(huán)流關(guān)系及其對長江流域降水的影響指出，夏季西太平洋副熱帶高壓偏西、偏南年，東亞夏季風(fēng)環(huán)流偏弱，梅雨鋒偏強，梅雨鋒區(qū)上升運動加強，長江流域汛期降水偏多；反之，夏季西太平洋副熱帶高壓偏東、偏北年，東亞夏季風(fēng)環(huán)流偏強，梅雨鋒偏弱，長江流域汛期降水偏少。許多研究還發(fā)現(xiàn)，江淮流域梅雨期降水強度、開始的早晚、持續(xù)時間的長短與東亞熱帶輻合帶ITCZ強度、位置變化密切相關(guān)，徐海明等（2001）的研究指出，副熱帶高壓的增強北跳西伸與熱帶ITCZ和孟加拉國灣北部對流的異?；钴S有關(guān)，數(shù)值模擬工作印證了熱帶ITCZ和孟加拉灣北部對流的異?；钴S可能對副熱帶高壓的增強北跳西伸產(chǎn)生影響。汪靖等（2006）研究指出，2005年江淮流域入梅偏晚的主要原因，與入梅前東亞大槽發(fā)展強盛，ITCZ偏弱以及東亞副熱帶高空西風(fēng)急流強勁少動導(dǎo)致西太平洋副熱帶高壓北抬偏晚有關(guān)。張瓊和吳國雄（2001）對南亞高壓與長江流域降水關(guān)系進行研究發(fā)現(xiàn)，南亞高壓強度指數(shù)與長江流域降水兩者間的年代際變化趨勢非常一致，20世紀(jì)70年代末南亞高壓由弱變強，長江流域降水由相對少雨干旱轉(zhuǎn)為相對多雨，多雨的洪澇年高低層副熱帶高壓偏南偏強，少雨的干旱年相反。

夏季江淮流域異常降水事件的發(fā)生發(fā)展除了受東亞—太平洋熱帶環(huán)流系統(tǒng)異常變化的影響外，還與亞洲中緯度西風(fēng)帶上Rossby波活動異常有關(guān)。Zhang and Guo（2005）、Lin and Lu（2005）、況雪源和張耀存（2006）、Kuang et al.（2007）利用診斷、數(shù)值模擬等方法揭示了夏季及季節(jié)內(nèi)東亞中緯度西風(fēng)帶高空急流位置的南北變化與南亞高壓、西太平洋副熱帶高壓和西太平洋對流的關(guān)系及其對中國東部降水的影響。陶詩言和衛(wèi)捷（2006）研究指出，夏季亞洲副熱帶高空急流上準(zhǔn)靜止的Rossby波在東亞沿海岸激發(fā)出長波脊時，有利青藏高壓和西太平洋副高都朝長波脊方向伸展，造成長江中下游高溫酷暑干旱；亞洲副熱帶高空急流上的準(zhǔn)靜止Rossby波在東亞沿海岸激發(fā)出長波槽時，有利青藏高壓西退、西太平洋副高東退、南撤，有利長江中下游地區(qū)降水；楊蓮梅和張慶云（2007）研究指出，夏季東亞西風(fēng)急流Rossby波擾動動能加強（減弱），有利東亞西風(fēng)急流位置偏南（北)、強度偏強（弱），東亞高、中、低層大氣環(huán)流對高層?xùn)|亞西風(fēng)急流Rossby波擾動動能強弱響應(yīng)由對流層上層散度場及垂直速度場變化完成。董敏等（1999）研究指出，東亞中緯度西風(fēng)帶高空急流變化受熱帶對流加熱影響。

張慶云和陶詩言（1998a）、張慶云等（2001）研究指出：夏季我國東部異常降水事件還受亞洲高緯環(huán)流系統(tǒng)制約與影響，鄂霍茨克高壓異常對東亞中緯度梅雨鋒區(qū)位勢高度場以及低緯度西太平洋副高的異常有重要影響，當(dāng)鄂霍茨克海出現(xiàn)阻塞高壓形勢，500 hPa位勢高度場上東亞高、中、低緯的相關(guān)系數(shù)場出現(xiàn)“＋－＋”的波列，這表明東亞中緯度梅雨鋒區(qū)位勢高度場偏低、西太平洋副熱帶高壓位置偏南，有利長江流域降水偏多。

夏季江淮流域異常降水事件除了與北半球高、中、低緯度環(huán)流系統(tǒng)異常變化密切相關(guān)外，南半球大氣環(huán)流系統(tǒng)中的澳大利亞高壓（簡稱澳高）、馬斯克林高壓的變化對我國東部夏季降水也有重要作用（施能和朱乾根，1995）。薛峰等（2003）和薛峰（2005）的研究指出，馬斯克林高壓和澳大利亞高壓的年際變化對東亞夏季風(fēng)降水年際變化有重要影響；楊修群和黃士松（1989）研究表明：馬斯克林高壓的頻散能量使澳大利亞高壓增強，馬斯克林高壓的增強加強了索馬里急流和北印度洋上赤道西風(fēng)，而澳高的增強加強了105°E附近越赤道氣流和那里的偏西氣流，兩股赤道西風(fēng)匯合東伸，西太平洋ITCZ活躍。

綜上所述，夏季江淮流域異常降水事件的年際變化不但與北半球高、中、低緯度環(huán)流系統(tǒng)異常有關(guān)，同時還受南半球馬斯克林高壓和澳大利亞高壓等環(huán)流系統(tǒng)內(nèi)部動力過程異常變化的影響。長江、淮河同處東亞中緯度，天氣過程的大尺度環(huán)流背景相似，因此大多數(shù)的相關(guān)研究基本上是把江淮流域天氣氣候事件作為一個整體進行分析，然而對近幾十年的降水觀測資料進行分析后發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)90年代夏季異常降水事件多出現(xiàn)在長江流域（如1993、1996、1998和1999年），21世紀(jì)的前10年，夏季異常降水事件多出現(xiàn)在淮河流域（如2000、2003、2005和2007年），這說明長江、淮河流域夏季的降水事件雖然受相同的大尺度環(huán)流背景制約與控制，但長江、淮河流域夏季降水事件卻有各自不同的年際、年代際變化特征，然而其環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異并不十分清楚，因此進一步探討夏季長江、淮河流域異常降水事件發(fā)生時大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異及成因，對提高短期氣候預(yù)測的準(zhǔn)確率以及防災(zāi)減災(zāi)，有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

本研究利用物理量診斷和現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)等方法，重點探討近30年長江、淮河流域梅雨期異常降水事件發(fā)生時大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異。文章第2節(jié)介紹資料、方法和定義；第3節(jié)分析夏季長江、淮河流域降水時空分布特征；第4節(jié)探討長江、淮河流域梅雨期降水偏多年北半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程差異及成因；第5節(jié)探討長江、淮河流域梅雨期降水偏多年南半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程差異及可能成因；第6節(jié)總結(jié)與討論。

2 資料與方法

1979～2009年NCAR/NCEP再分析月平均500 hPa位勢高度場、850 hPa和200 hPa風(fēng)場等資料的分辨率為2.5°×2.5°；中國160站月降水量觀測資料由國家氣候中心提供；淮河流域降水代表站：信陽、阜陽、蚌埠、清江、東臺、徐州、新浦。長江中下游區(qū)域代表站：南京、合肥、上海、杭州、安慶、屯溪、九江、漢口、鐘祥、岳陽、宜昌、常德、寧波、衢縣、貴溪、南昌、長沙。

為了定量分析北半球中高緯度阻塞型的特征，本文使用Tibaldi and Molteni（1990）提出的阻塞識別法（簡稱TM90），TM90阻塞識別方法使用逐日500 hPa高度場沿緯圈分別計算：

, （2）

3 長江、淮河流域夏季降水的時空特征

為清楚了解近30年長江、淮河流域夏季降水時空變化特征，圖1 給出1979～2009年夏季（6～8月平均）中國東部（111.25°E～121.25°E平均）降水量的標(biāo)準(zhǔn)化分布。從圖1可見，近幾十年來中國東部地區(qū)特別是位于中緯度的江淮流域夏季降水有顯著的年際、年代際變化，20世紀(jì)90年代夏季江淮流域雨帶主要位于長江流域（27°N～30°N），進入21世紀(jì)以來的前10年，夏季長江流域降水明顯減少，雨帶移到淮河流域（32°N～34°N）。

圖1 1979～2009年夏季（6～8月平均）中國東部（111.25°E～121.25°E）平均的降水量的標(biāo)準(zhǔn)化分布

圖2a、b 分別是1951～2009年夏季長江、淮河流域降水距平百分率，圖中直方圖是年際變化、曲線是11年滑動平均（表示年代際變化趨勢）。圖2a是長江流域夏季平均降水變化，從圖可見，長江流域夏季降水除了有顯著的年際變化外還有顯著的年代際變化特征，20世紀(jì)50年代至60年代中期及2000年以來，其降水呈現(xiàn)為持續(xù)偏少的負(fù)異常階段，20世紀(jì)90年代降水呈現(xiàn)持續(xù)偏多的正異常階段； 1954、1969、1980、1983、1993、1996、1998和1999年夏季長江流域區(qū)域平均降水都超過多年平均雨量的35%以上。圖2b是淮河流域夏季平均降水變化，淮河流域夏季降水也存在顯著的年際、年代際變化，1966～1999年淮河流域夏季降水處于年代際偏少階段，2000年以后處于年代際偏多階段；1954、1956、1965、1991、2000、2003、2005、2007年夏季平均降水都超過多年區(qū)域平均降水量的35%以上。圖2清楚說明長江、淮河流域夏季降水有各自不同的年際、年代際變化趨勢。

為了清楚了解長江、淮河流域梅雨期降水異常年空間分布特征，圖3a、b分別是長江流域區(qū)域平均降水距平百分率大于35%的1980、1983、1993、1996、1998和1999年以及淮河流域區(qū)域平均降水距平百分率大于35%的1991、2000、2003、2005和2007年梅雨期（6～7月平均，下同）降水距平合成圖。圖3清楚表明：長江、淮河流域雖同處東亞中緯度，影響降水的大尺度環(huán)流背景相似，但長江、淮河流域梅雨期異常降水事件卻有各自不同的年際變化特征，即長江流域降水偏多、淮河流域降水卻偏少（見圖3a）；淮河流域降水偏多、長江流域降水偏少（見圖3b）。圖1～3清楚表明，長江流域、淮河流域夏季降水有各自不同的年代際、年際、季節(jié)內(nèi)變化特征，本文重點探討長江、淮河流域梅雨期降水異常年大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程差異。

圖3 6～7月降水距平百分率合成（單位：%）：（a）長江流域降水偏多年；（b）淮河流域降水偏多年

4 北半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異

陶詩言和徐淑英（1962）研究指出，持久性旱澇現(xiàn)象在中高緯度的高度場都表現(xiàn)為一定的流型，而且環(huán)流型具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。為了了解長江、淮 河流域梅雨期（6～7月，下同）異常降水事件發(fā)生時中高緯度環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異，圖4a、b分別給出長江、淮河流域1979～2008年梅雨期平 均降水與500 hPa位勢高度場相關(guān)。從圖4a、b可 見，長江、淮河流域梅雨期降水都與西太平洋副熱帶高壓（15°N～30°N，120°E～150°E有顯著正相關(guān)（這與前人工作結(jié)論一致），但進一步分析長江（淮河）流域梅雨期降水偏多年的850 hPa緯向風(fēng)距平變化,發(fā)現(xiàn)長江流域降水偏多年的850 hPa風(fēng)場上東亞最大西風(fēng)中心出現(xiàn)在30°N以南的（27°N～30°N）緯度范圍，而淮河流域降水偏多年最大西風(fēng)中心出現(xiàn)在30°N 以北的（30°N～33°N）緯度上（圖略），這說明850 hPa緯向風(fēng)場上的東亞副熱帶最大西風(fēng)帶不僅能清楚反映西太平洋副熱帶高壓位置的南、北變化，同時也與長江、淮河流域雨帶變化一致。從圖4a、b還清楚可見，500 hPa位勢高度場上亞洲中高緯地區(qū)（30°N～55°N，60°E～150°E）的環(huán)流有顯著差別，長江流域梅雨期降水偏多年亞洲中高緯位勢高度場上表現(xiàn)為南北向的“－、＋”相關(guān)波列（圖4a），淮河流域降水偏多年亞洲中高緯位勢高度場上呈現(xiàn)東西向的“－、＋、－”相關(guān)波列（圖4b），這說明長江（淮河）流域梅雨期降水偏多年大氣環(huán)流最顯著的差別是亞洲中高緯呈現(xiàn)南北向（東西向）的波列。

圖4 1979～2008年6～7月降水與500hPa位勢高度場相關(guān)系數(shù)分布：（a）長江流域降水；（b）淮河流域降水

長江、淮河流域梅雨期降水年際變化的東亞中高緯度環(huán)流有顯著不同，年代際變化環(huán)流有什么特征？圖5a、b分別是1993～1999年長江流域梅雨期降水偏多時段及2000～2007年淮河流域梅雨期降水偏多時段500 hPa位勢高度距平合成（氣候態(tài)1979～2009年）。長江流域梅雨期降水年代際偏多時段（1993～1999年）500 hPa位勢高度距平場亞洲中高緯環(huán)流表現(xiàn)為南北向的“－、＋”波列分布（圖5a）；淮河流域梅雨期降水年代際偏多時段（2000～2007年）500 hPa位勢高度距平場亞洲中高緯度環(huán)流呈東西向的“－、＋、－”波列分布（圖5b）。圖5顯示的亞洲中高緯大氣環(huán)流年代際變化的波列特征與圖4顯示的年際變化波列分布特征一致，這說明亞洲中高緯大氣環(huán)流型的變化是長江（淮河）流域梅雨期異常降水的最顯著的環(huán)流內(nèi)部動力過程。

為什么有些年亞洲中高緯環(huán)流呈現(xiàn)為南北向的“－、＋”波列、有的年為東西向的“－、＋、－”波列？張慶云和陶詩言（1998a）研究指出：500 hPa位勢高度場鄂霍茨克海位勢高度正異常（阻塞高壓）有利東亞高、中、低緯度地區(qū)出現(xiàn)南北向的“＋、－、＋”相關(guān)波列。為了客觀定量了解長江（淮河）流域梅雨期降水偏多年北半球500 hPa位勢高度場中高緯阻塞情況，我們根據(jù)北半球500 hPa位勢高度場逐日資料，利用TM90方法分別計算了長江（淮河）流域梅雨期降水偏多年北半球500 hPa位勢高度中高緯阻塞活動頻次（圖6，圖中實線為氣候平均）。圖6清楚顯示，北半球500 hPa高度上中高緯度阻塞型與阻塞日數(shù)差異最顯著的地區(qū)位于鄂霍茨克海附近，長江流域梅雨期降水偏多年，鄂霍茨克海阻塞日數(shù)平均達16天（圖6中長虛線），淮河流域梅雨期降水偏多年鄂霍茨克海阻塞日數(shù)平均為9天（圖6中短虛線），其他區(qū)域的阻塞日數(shù)沒有顯著差別，這說明長江流域降水偏多年東亞中高緯南北向的“－、＋”波列與鄂霍茨克海阻塞高壓持續(xù)日數(shù)偏多有關(guān)。宣守麗（2011）的研究還發(fā)現(xiàn)，夏季東亞低緯到高緯出現(xiàn)南北向的“＋、－、＋”波列與春季西太平洋熱帶海溫異常有關(guān)，亞洲中高緯出現(xiàn)東西向的“－、＋、－”波列與春季大西洋中緯度海溫異常有關(guān)。

圖5 6～7月平均500 hPa位勢高度距平（單位：gpm）合成（氣候態(tài)為1979～2009年）：（a）1993～1999年；（b）2000～2007年

圖6 1979～2008年6～7月北半球500 hPa高度場阻塞高壓頻數(shù)（單位：d）。長虛線：長江流域降水偏多年；短虛線：淮河流域降水偏多年；實線：氣候平均

北半球副熱帶高空西風(fēng)急流是位于對流層高層具有行星尺度的大氣環(huán)流系統(tǒng)，它的異常變化對中、低層大氣環(huán)流異常變化有重要影響；夏季東亞高空急流異常變化對江淮地區(qū)降水異常有直接影響，李崇銀等（2004）研究指出，江淮地區(qū)洪澇與東亞高空急流位置北跳有關(guān), 當(dāng)高空西風(fēng)急流在6月份有明顯北跳，江淮流域一般無洪澇發(fā)生；如果急流北跳不明顯，則江淮地區(qū)梅雨期易出現(xiàn)洪澇。Xuan et al.（2011），宣守麗等（2011，2013）研究發(fā)現(xiàn)，東亞副熱帶高空西風(fēng)急流（35°～50°N，90°～130°E）位置、強度等變化對夏季各月江淮流域降水異常有重要作用。為此我們進一步探討長江（淮河）流域梅雨期降水偏多年200 hPa東亞副熱帶高空西風(fēng)急流異常特征及其與中層大氣環(huán)流的關(guān)系。

圖7是6～7月平均的200 hPa緯向風(fēng)距平合成。從圖7a長江流域降水偏多年東亞副熱帶高空西風(fēng)急流變化可見，（35°N～50°N，90°～130°E）區(qū)域（方框內(nèi)）緯向風(fēng)距平為顯著的正異常；圖7b是淮河流域降水偏多年的情況，圖中（35°N～50°N，90°～130°E）區(qū)域（方框內(nèi)）緯向風(fēng)距平為顯著的負(fù)異常；從圖7a、b還可見，西亞（60°E～80°E）副熱帶高空西風(fēng)急流強度無論在長江流域還是淮河流域降水異常偏多年都為正異常，這充分說明東亞副熱帶高空西風(fēng)急流加強（減弱）是長江（淮河）流域梅雨期降水異常偏多的重要環(huán)流特征。

為了了解東亞副熱帶高空西風(fēng)急流加強（減弱）年東亞大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程，圖8給出夏季逐日200 hPa東亞副熱帶高空西風(fēng)急流區(qū)（90°E～130°E平均）緯向風(fēng)距平時間—緯度剖面圖（陰影區(qū)代表緯向風(fēng)距平絕對值大于4 m/s的區(qū)域）。圖8a是長江流域降水偏多年東亞副熱帶高空西風(fēng)急流逐日變化，從圖可見，東亞中緯度地區(qū)（40°N附近）的緯向風(fēng)都呈現(xiàn)正距平，表明東亞大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程即東亞副熱帶高空西風(fēng)急流穩(wěn)定少動，這說明東亞副熱帶高空西風(fēng)急流強度偏強以及鄂霍茨克海阻塞頻次增多與東亞大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程東亞副熱帶高空西風(fēng)急流穩(wěn)定少動有關(guān)；圖8b是淮河流域降水偏多年東亞副熱帶高空西風(fēng)急流逐日變化，東亞中緯度地區(qū)（40°N附近）的緯向風(fēng)呈現(xiàn)顯著正、負(fù)距平交替，表現(xiàn)為從高緯向低緯方向移動，這說明東亞副熱帶高空西風(fēng)急流強度偏弱以及鄂霍茨克海阻塞頻次減少與東亞大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程東亞副熱帶高空西風(fēng)急流不穩(wěn)定有關(guān)。

圖7 6～7月平均的200 hPa緯向風(fēng)距平合成（單位：m/s）：（a）長江流域降水偏多年；（b）淮河流域降水偏多年

圖8 6～7月逐日200 hPa高度上東亞（90°E～130°E平均）緯向風(fēng)距平時間—緯度剖面（單位：m/s）：（a）長江流域降水偏多年；（b）淮河流域降水偏多年

5 南半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異

上節(jié)研究表明：長江（淮河）流域梅雨期降水偏多年北半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的主要差異表現(xiàn)為東亞副熱帶高空西風(fēng)急流穩(wěn)定（移動），有利霍茨克海阻塞頻次增多（減少），造成東亞中高緯環(huán)流呈現(xiàn)南北向“－、＋”波列（東西向“－、＋、－”波列）。陶詩言等（1962）研究指出，南半球澳大利亞環(huán)流的變化能引起東亞夏季緯向和經(jīng)向環(huán)流的交替變化，進而影響我國東部降水；范可（2006）研究了南半球環(huán)流異常對長江中下游夏季旱澇有影響；劉向等（2009）分析了澳洲北部強/弱越赤道氣流對應(yīng)的環(huán)流配置，江志紅等（2011）對2007年淮河流域強降水過程的水汽輸送特征進行研究，上述工作表明南半球環(huán)流對北半球環(huán)流型以及江淮流域夏季降水異常有重要作用。

為了了解南半球環(huán)流異常變化與長江（淮河）流域梅雨期異常降水的關(guān)系，圖9a（圖9b）給出長江（淮河）流域降水偏多年6～7月平均南北半球850 hPa距平風(fēng)場合成。從圖9a可見，長江流域降水偏多年澳大利亞高壓和馬斯克林高壓的異常中心分別位于澳大利亞大陸和馬達加斯加大陸東側(cè)，即澳大利亞反氣旋環(huán)流異常中心偏東位于（15°S，150°E）附近，造成150°E～180°越赤道氣流加強，馬斯克林反氣旋性環(huán)流異常中心偏東位于（15°S，75°E）附近，使得 60°E附近越赤道氣流減弱；從圖9b可見，淮河流域降水偏多年澳大利亞高壓和馬斯克林高壓異常中心分別位于澳大利亞大陸和馬達加斯加大陸西側(cè)，即澳大利亞反氣旋性環(huán)流異常中心偏西位于（15°S，115°E）附近，造成150°E～180°越赤道氣流減弱，馬斯克林反氣旋性環(huán)流異常中心偏西位于（10°S，40°E），使得阿拉伯海60°E附近的越赤道氣流加強（見圖9b）。圖9清楚說明，澳大利亞高壓及馬斯克林高壓異常中心偏東（偏西）有利西太平洋150°E～180°（阿拉伯海60°E附近）越赤道氣流加強。

圖9 6～7月平均850 hPa風(fēng)場矢量風(fēng)距平合成（氣候態(tài)為1979～2009年）（單位: m/s）：（a）長江流域降水偏多年；（b）淮河流域降水偏多年

西太平洋150°E～180°以及阿拉伯海60°E附近越赤道氣流強弱對長江、淮河流域梅雨期降水有什么影響？圖10a（圖10b）給出長江（淮河）流域降水偏多年南北半球經(jīng)向風(fēng)距平合成，圖中陰影區(qū)為大于0.2 m/s的南風(fēng)距平。從圖10a可見，長江流域降水偏多年，大于0.2 m/s的越赤道氣流（陰影區(qū)：南風(fēng)距平）出現(xiàn)在150°E附近，南風(fēng)越過赤道后直達北緯30°N長江流域，然而50°E～60°E的阿拉伯海地區(qū)越赤道氣流呈現(xiàn)為負(fù)異常（北風(fēng)距平），這說明長江流域降水異常偏多年主要水汽來源與150°E越赤道氣流加強有關(guān)，150°E附近越赤道氣流加強以及60°E附近的越赤道氣流減弱與南半球澳大利亞高壓、馬斯克林高壓異常中心位置偏東有關(guān)（見圖9a）。圖10b是淮河流域降水偏多年的情況，大于0.2 m/s的越赤道氣流（陰影區(qū)：南風(fēng)距平）出現(xiàn)在50°E～60°E阿拉伯海附近，南風(fēng)越過赤道后向東北方向移動并到達淮河流域，此時150°E附近的越赤道氣流呈現(xiàn)為負(fù)異常（北風(fēng)距平），這說明淮河流域降水異常偏多年主要水汽來源與60°E的越赤道氣流加強有關(guān)；60°E附近越赤道氣流加強以及150°E附近越赤道氣流減弱與南半球澳大利亞高壓、馬斯克林高壓異常中心位置偏西有關(guān)（見圖9b）。

綜上所述，西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）越赤道氣流加強是長江（淮河）流域降水異常年水汽主要來源；南半球澳大利亞高 壓、馬斯克林高壓中心位置相對偏東（西），有利于150°E～180°（50°E～60°E）的越赤道氣流加 強。澳大利亞高壓與馬斯克林高壓中心位置的異常是南半球最重要的大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程。

圖10 6～7月平均的850 hPa經(jīng)向風(fēng)距平合成（單位：m/s）：（a）長江流域降水異常偏多年；（b）淮河流域降水異常偏多年。陰影區(qū)為大于0.2m/s的v風(fēng)正距平區(qū)

6 總結(jié)與討論

本文利用物理量診斷及合成、統(tǒng)計相關(guān)等方法，探討了長江、淮河流域梅雨期異常降水事件亞洲中高緯環(huán)流以及南半球大氣環(huán)流內(nèi)部動力過程的差異。研究指出，長江（淮河）流域梅雨期降水異常偏多年500 hPa位勢高度場亞洲中高緯度環(huán)流出現(xiàn)南北向（東西向）的波列與東亞中高緯鄂霍茨克海阻塞頻次增多（減少）以及200 hPa高度場上東亞副熱帶高空西風(fēng)急流強度加強（減弱）、穩(wěn)定（移動）有關(guān)；長江（淮河）流域梅雨期降水異常偏多年主要水汽來源與南半球澳大利亞高壓、馬斯克林高壓位置偏東（西）以及西太平洋150°E～180°（阿拉伯海50°E～60°E）越赤道氣流加強有關(guān)。

薛峰等（2003）、薛峰（2005）的研究指出馬高的年際變化主要取決于南極濤動，當(dāng)南半球高緯度繞極低壓加深時，馬高加強；澳高的年際變化則同時與南極濤動和ENSO（厄爾尼諾和南方濤動）有關(guān)，當(dāng)厄爾尼諾發(fā)生時，澳高加強。劉舸等（2008）研究指出，澳高的強弱受澳洲東側(cè)海溫SST高（低）異常影響。宣守麗（2011）研究發(fā)現(xiàn)，夏季東亞地區(qū)南北向的波列異常與印度洋、西太平洋熱帶海溫異常有關(guān)，東亞西風(fēng)帶波列的異常與北大西洋中緯度海溫異常密切相關(guān)；尹志聰和王亞非（2011）以及王會軍和范可（2013）的研究表明，大氣環(huán)流季節(jié)內(nèi)、年際、年代際的異常與黑潮、南海、赤道東太平洋海溫（ENSO）等存在顯著的相關(guān)，可見大氣環(huán)流的異常受不同區(qū)域海溫因子異常變化影響。長江（淮河）流域梅雨期降水異常偏多年東亞副熱帶高空西風(fēng)急流強弱及南半球澳大利亞高壓、馬斯克林高壓位置東西變化與南北半球關(guān)鍵區(qū)海溫因子異常變化的關(guān)系及響應(yīng)過程等將需要進一步通過數(shù)值試驗等方法進行更深入研究。

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Circulation Differences in Anomalous Rainfall over the Yangtze River and Huaihe River Valleys in Summer

ZHANG Qingyunand GUO Heng

1,,,100029;2,,,100029;3,100049

Both the Yangtze River and the Huaihe River lie in mid-latitudes in East Asia, and so the large-scale circulation and climatic background of weather events in the Yangtze River valley and the Huaihe River valley are similar. However, there are different interannual variations between anomalous rainfall events in the Yangtze River valley and in the Huaihe River valley in summer. This study focuses on differences in circulation in middle to high latitudes in Asia and middle to low latitudes in the southern hemisphere, and the associated mechanisms. Both physical and statistical methods were used in this study. We looked at the differences in Asian circulation for anomalous rainfall events in the Yangtze River basin and the Huaihe River valley in summer. East Asian subtropical westerly winds at 200 hPa strengthened (weakened) and a longitudinal (zonal) pattern with anomalous geopotential height at 500 hPa occurred in middle to high latitudes over East Asia. Meanwhile, the locations of both the Australian anticyclone and the Mascarene anticyclone shifted further east (west), respectively, than normal, the cross-equatorial flow strengthened in the areas 150°E to 180° and weakened in the areas 50°E to 60°E (weakened in the areas 150°E to 180° and strengthened in the areas 50°E to 60°E), and anomalous rainfall in summer occurred in the Yangtze River valley (the Huaihe River valley). Thus, the intensity of East Asian subtropical westerly winds as well as the locations of both the Australian anticyclone and the Mascarene anticyclone played an important role in the occurrence of anomalous rainfall events in the Yangtze River valley and the Huaihe River valley in summer.

Anomalous rainfall, Yangtze River, Huaihe River, East Asian subtropical westerly winds, Southern Hemisphere circulation, Cross-equatorial flow

1006?9895(2014)04?0656?14

P466

A

10.3878/j.issn.1006-9895.1402.13240

2013?08?08，2014?02?27收修定稿

國家自然科學(xué)基金項目41375055，全球變化研究國家重大科學(xué)研究計劃項目2012CB957803，國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目2013CB430201

張慶云，女，1950年出生，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事亞洲季風(fēng)和短期氣候預(yù)測理論與預(yù)測方法研究。E-mail: zqy@mail.iap.ac.cn