MJO 活動對廣西6月階段性降水的影響研究1

覃衛(wèi)堅(jiān)，李耀先，廖雪萍

（1廣西壯族自治區(qū)氣候中心，廣西南寧530022；2廣西壯族自治區(qū)氣象局，廣西南寧530022）

引言

熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）是大氣中最顯著的一種振蕩現(xiàn)象，為氣候變率的重要分量，也是從短期天氣變化到季節(jié)變化、年際變化、年代際變化整個(gè)大氣多尺度振蕩鏈條中的重要一環(huán)，它既是高頻天氣變化直接背景，又是月季氣候主要分量，它是“天氣-氣候界面”，是天氣與氣候聯(lián)系的直接紐帶,是引起中期天氣以及月尺度天氣過程主要因子之一，對應(yīng)的環(huán)流低頻系統(tǒng)變化反映了未來幾周內(nèi)大尺度天氣系統(tǒng)生消、維持和衰減的循環(huán)過程，對月季尺度氣候預(yù)測有很好的指示意義。近年來，國內(nèi)外一些學(xué)者對MJO在延伸期預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究相當(dāng)活躍，如Wheeler等[1]利用MJO所在8個(gè)位相的周期和強(qiáng)度變化來預(yù)報(bào)澳大利亞夏季降水的中長期預(yù)報(bào)；Jones等[2]根據(jù)熱帶季節(jié)內(nèi)對流的異常，設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型，推斷未來4-5候的低頻要素場的預(yù)報(bào)；丁一匯等[3]指出MJO是季節(jié)內(nèi)尺度變化，比高頻的天氣擾動具有更長的可預(yù)報(bào)性，是改進(jìn)東亞地區(qū)延伸預(yù)報(bào)的重要途徑。

廣西地處低緯度地區(qū)，南部瀕臨熱帶海洋，受熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）影響顯著，如廣西2009～2010年夏秋冬春持續(xù)干旱災(zāi)害的其中一個(gè)重要原因是印度洋MJO的活動影響減弱了孟加拉灣水汽向廣西輸送；王黎娟等[4]在研究2001年臺風(fēng)“榴蓮”降水過程中，指出低緯度夏季風(fēng)MJO處于極端活躍位相時(shí)，低緯低頻西風(fēng)偏北及低頻水汽向北輸送至廣西南部，有利于低層輻合并提供充足水汽，對“榴蓮”臺風(fēng)暴雨增幅起重要作用；陶詩言等[5]、琚建華等[6-7]研究指出來自赤道MJO引起南海地區(qū)西風(fēng)的加強(qiáng)，觸發(fā)中國南部大陸出現(xiàn)季風(fēng)涌，造成南方暴雨發(fā)生；鮑名[8]、Lina Zhang[9]研究華南持續(xù)性暴雨過程與熱帶低頻振蕩的關(guān)系。而廣西屬于華南地區(qū)，瀕臨海洋，常年受副熱帶高壓[10-15]、熱帶低壓[16-18]、南海夏季風(fēng)[19-22]等熱帶天氣系統(tǒng)影響，因此MJO在廣西天氣氣候演變中扮演著重要的角色，對廣西階段性、持續(xù)性、頻發(fā)性高影響天氣事件具有重要的影響作用。

1 資料

本文采用的降水資料來自于1961～2013年廣西80個(gè)地面氣象觀測站的日降水資料。表征MJO對流的向外長波輻射（Outgoing Long-wave Radiation，簡稱OLR）取自于NOAA的OLR日資料。MJO指數(shù)取自于NOAA氣候預(yù)測中心（Climate Prediction Center，CPC）逐候的MJO指數(shù)，該指數(shù)利用200 hPa速度勢函數(shù)，用EEOF計(jì)算得出，第一個(gè)EEOF特征函數(shù)（EEOF1）由10個(gè)時(shí)間滯后模組成，描述了約50天周期緯向1波的東傳振蕩，10個(gè)時(shí)間滯后模的200hPa速度勢異常中心分別位于10個(gè)不同的位置（分別位于80°E，100°E，120°E，140°E，160°E，120°W，40°W，10°W，20°E，70°E），代表了10個(gè)位相。當(dāng)MJO指數(shù)值為正時(shí)，表示200hPa速度勢異常為正值，將10個(gè)MJO空間模依次稱為位相1、位相2、…、位相10。

2 MJO活動及其對廣西降水的影響

利用OLR資料通過濾波后得到各時(shí)期MJO對流在各區(qū)域的活動次數(shù)，結(jié)果表明：總的來看，各位相出現(xiàn)次數(shù)分布呈波動分布，最高值在大陸或群島附近地區(qū)，在海洋中部出現(xiàn)最少。其中MJO對流在非洲大陸區(qū)域活動最頻繁，占各位相總頻數(shù)的17.2%，其次為印度洋中西部地區(qū)，占總頻數(shù)的14.7%，向東減少，在印度洋中東部地區(qū)達(dá)到最少，僅占總數(shù)的3.4%，然后向東增加，在印度尼西亞東部群島地區(qū)達(dá)到另一個(gè)活動峰值，占各位相總頻數(shù)的11.8%，再向東逐漸減少，在東太平洋地區(qū)減到次低值，僅為5.4%。離廣西最近的100°E附近區(qū)域，MJO對流出現(xiàn)次數(shù)占總頻數(shù)的6.4%。

利用合成方法統(tǒng)計(jì)6月各候MJO對流所處位相同期廣西降水情況（圖1）：當(dāng)位于第10（印度洋中西部）、2（蘇門答臘島）位相時(shí)，廣西降水一致偏多；當(dāng)位于第1（印度洋中東部）、5（西太平洋）、6（東太平洋）、8（大西洋東部）位相時(shí)，廣西降水一致偏少；當(dāng)?shù)?（非洲大陸）、3（印度尼西亞東部群島）、4（幾內(nèi)亞島）、7（大西洋西部）位相時(shí)，廣西降水為一半多一半少。在第10-3位相之間存在著第10位相時(shí)偏多→第1位相時(shí)偏少→第2位相時(shí)偏多→第3位相時(shí)大部偏少的明顯波列變化特征。

圖1 MJO對流所處位相時(shí)廣西降水距平值（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

3 MJO對廣西降水的影響機(jī)理分析

3.1 MJO對大氣環(huán)流的影響

為了分析MJO對廣西降水的影響，統(tǒng)計(jì)分析了6月各候MJO對流所處各位相500hPa高度距平場，從圖2a中可以看出當(dāng)處于第10位相時(shí)，588西伸脊線位于北部灣，貝湖以東地區(qū)和阿留申群島的高度場為正距平，有利于在該地區(qū)形成高壓脊，貝湖以西地區(qū)為低壓槽，這樣形勢有利于冷空氣南下到較低緯度，副熱帶高壓西伸脊線位于北部灣有利南部水汽向廣西輸送，與北方冷空氣相交綏，為發(fā)生強(qiáng)降水提供了有利條件，因此MJO對流處于第10位相時(shí)廣西降水偏多。MJO對流處于第1位相時(shí)（圖2b），從圖中可以看出，歐亞大陸高度距平場為明顯的波列分布形式，烏拉爾山為正距平→貝湖地區(qū)為負(fù)距平→亞洲大槽為正距平→西北太平洋地區(qū)為負(fù)距平→阿留申群島為正距平，亞洲大槽偏弱，廣西多處高壓脊控制，副熱帶高壓較第10位相時(shí)位置東移、面積偏小，不利降水發(fā)生，因此第1位相時(shí)廣西降水偏少。MJO對流處于第2位相時(shí)（圖2c），從圖中可以看出，北緯70°N以北地區(qū)為負(fù)距平，蒙古及我國華北地區(qū)、阿留申群島為正距平，其中阿留申群島最強(qiáng)，這種形勢易在貝湖附近形成槽脊，引導(dǎo)冷空氣南下影響廣西，因此對流處于第2位相時(shí)廣西降水容易偏多。MJO對流處于第3位相時(shí)（如圖2d），副熱帶高壓有明顯的偏弱，588線有明顯東退，已不見蹤跡，烏拉爾山地區(qū)和上揚(yáng)斯克山脈附近地區(qū)為負(fù)距平，西伯利亞以北地區(qū)為正距平，這種形勢不利于冷空氣南下影響廣西，因此對流處于第3位相時(shí)不利于廣西發(fā)生強(qiáng)的降水。由此可見，MJO不僅影響著低緯度地區(qū)系統(tǒng)，即副熱帶高壓隨著MJO向東移動而減弱東移，而且影響著中高緯度地區(qū)的波列分布和轉(zhuǎn)播。當(dāng)MJO對流位于第10、2位相時(shí)，形成的槽脊位置有利冷空氣南下影響廣西。

圖2 MJO各對流所處位相時(shí)500hPa高度場及距平圖（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

3.2 MJO對風(fēng)場及水汽輸送的影響分析

為了分析熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩對水汽輸送的影響，統(tǒng)計(jì)了6月各候MJO對流所處各位相的850hPa風(fēng)場和水汽場合成，如圖3a，當(dāng)MJO對流位于第10位相時(shí)，在阿拉伯海有強(qiáng)的水汽輸送中心，水汽輸送帶向東偏南到達(dá)孟加拉灣，之后向東偏北達(dá)到了廣西，從水汽輸送帶來看當(dāng)MJO對流位于第10位相時(shí)很有利于水汽向廣西輸送的；從風(fēng)場輻合帶來看，輻合帶位于長江流域的上游。如圖3b，當(dāng)MJO對流位于第1位相時(shí)，阿拉伯海強(qiáng)的水汽輸送中心面積有向東擴(kuò)大，輸送帶比第10位相輸送的緯度更高了，廣西上空南風(fēng)風(fēng)速比第10位相時(shí)大，水汽輸送也強(qiáng)，中國大陸的風(fēng)場輻合帶位置較第10位相時(shí)略偏北，在蒙古附近有一個(gè)明顯的低渦，因此MJO對流位于第1位相時(shí)廣西降水偏少的原因可能為南北風(fēng)輻合帶位置偏北，造成主雨帶偏北。如圖3c，當(dāng)MJO對流位于第2位相時(shí)，孟加拉灣水汽輸送帶向廣西輸送水汽較第10和第1位相有明顯減弱，輸送帶通過孟加拉灣后有明顯的向南向東發(fā)展，向北分量弱，廣西上空的水汽主要來源于南面的北部灣和華南沿海的海面；風(fēng)場輻合帶位于長江流域，廣西上空風(fēng)場風(fēng)速較第10、1位相稍弱，風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，中高緯度地區(qū)北風(fēng)風(fēng)速也比較弱。如圖3d，當(dāng)MJO對流位于第3位相時(shí)，孟加拉灣水汽帶向東輸送到南海，廣西上空水汽少，風(fēng)速弱，因此廣西降水少。由以上分析可見，在MJO對流所處位相向東移動過程中，當(dāng)位于印度洋西部時(shí)，孟加拉灣水汽輸送到達(dá)廣西最強(qiáng)，隨著逐漸向東減弱，當(dāng)位于第2位相以后，廣西上空水汽輸送來源轉(zhuǎn)為南海地區(qū)。

圖3 6月MJO各對流所處位相時(shí)850hPa風(fēng)場及水汽場（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

3.3 MJO對哈德萊環(huán)流的影響分析

為了分析MJO對哈德萊環(huán)流的影響，制作從經(jīng)度107.5°E垂直風(fēng)速的緯度高度剖面圖，該路線剛好從廣西經(jīng)過，廣西所處緯度為21~26°N之間，圖4a為MJO對流處第10位相時(shí)風(fēng)垂直速度的合成圖，從圖中可見廣西上空分別在近地面層和200~600hPa高度有兩個(gè)強(qiáng)的上升氣流區(qū)，上升氣流達(dá)到了100hPa的高度，說明廣西地區(qū)對流強(qiáng)，利于強(qiáng)降水發(fā)生，在40~50°N區(qū)域有強(qiáng)的下沉氣流。MJO對流處第1位相時(shí)，廣西地區(qū)近地面層和400~500hPa高度存在著上升氣流，上升氣流高度明顯比第10位相低，僅達(dá)到300hPa，300hPa以上為下沉氣流，在40~50?N區(qū)域有強(qiáng)的下沉氣流，在赤道地區(qū)的高空存在著強(qiáng)的上升氣流。MJO對流處第2、3位相時(shí)，廣西地區(qū)近地面層和300~600hPa高度存在著上升氣流，這兩個(gè)位相哈德萊環(huán)流差不多，因?yàn)樗鼈兎謩e位于100°E和120°E，處于107.5°E的左右兩側(cè)。從不同位相來看，當(dāng)MJO對流處于和廣西距離稍遠(yuǎn)的位相時(shí)，位于廣西的哈德萊上升支的主要區(qū)別在上升氣流高度略有不同和高空的強(qiáng)上升氣流區(qū)分布范圍不同。當(dāng)MJO對流處于印度洋中西部時(shí)，上升氣流高度高，在近地面層和200~600hPa高度有兩個(gè)強(qiáng)的上升氣流區(qū)。當(dāng)MJO對流東移到印度洋中東部時(shí)，上升氣流高度明顯降低，同時(shí)兩個(gè)強(qiáng)的上升氣流區(qū)范圍變小。當(dāng)MJO對流處于和廣西距離近的位相時(shí)，哈德萊環(huán)流區(qū)別不大。

圖4 MJO各對流所處位相時(shí)風(fēng)垂直速度經(jīng)向剖面圖（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

4 結(jié)論和討論

通過分析研究得到以下結(jié)論：

（1）從統(tǒng)計(jì)分析來看，MJO在各位相出現(xiàn)次數(shù)分布呈波動分布，最多出現(xiàn)在大陸或群島附近地區(qū)，在海洋中部出現(xiàn)最少。廣西降水在第10~3位相之間存在著明顯波列變化特征，第10位相時(shí)偏多→第1位相時(shí)偏少→第2位相時(shí)偏多→第3位相時(shí)大部偏少的。

（2）副熱帶高壓隨著MJO向東移動而減弱東移，而且影響著中高緯度地區(qū)的波列分布和轉(zhuǎn)播，當(dāng)MJO對流位于第10、2位相時(shí)，形成的槽脊位置有利冷空氣南下影響廣西。

（3）在MJO對流所處位相向東移動過程中，當(dāng)位于印度洋西部時(shí)，孟加拉灣水汽輸送到達(dá)廣西最

強(qiáng)，隨著逐漸向東減弱，當(dāng)位于第2位相以后，廣西上空水汽輸送來源轉(zhuǎn)為南海地區(qū)。

（4）從不同位相來看，當(dāng)MJO對流處于和廣西距離稍遠(yuǎn)的位相時(shí)，位于廣西的哈德萊上升支的主要區(qū)別在上升氣流高度略有不同和高空的強(qiáng)上升氣流區(qū)分布范圍不同。當(dāng)MJO對流處于印度洋中西部時(shí)，上升氣流高度高，在近地面層和200-600hPa高度有兩個(gè)強(qiáng)的上升氣流區(qū)。當(dāng)MJO對流東移到印度洋中東部時(shí)，上升氣流高度明顯降低，同時(shí)兩個(gè)強(qiáng)的上升氣流區(qū)范圍變小。當(dāng)MJO對流處于和廣西距離近的位相時(shí)，哈德萊環(huán)流區(qū)別不大。

［1］Wheeler M C，Hendon H H.An all seas on real time mult ivariate MJO index：evelopment of an index for monitoring and prediction［J］.Mon Wea Rev，2004，132（8）：1917-1932.

［2］Jones C，Carvalho M V，Higgins R W，et al.A statisti cal forecast model of tropical intraseasonal convective anomalies［J］.J.Climate，2004，17（11）：

［3］丁一匯，梁萍.基于MJO的延伸預(yù)報(bào)［J］.氣象，2010，36（7）：111-122.

［4］王黎娟，盧珊，管兆勇等.臺風(fēng)“榴蓮”陸上維持及暴雨增幅的大尺度環(huán)流特征［J］.氣候與環(huán)境研究，2010，15（4）：511-520.

［5］陶詩言，衛(wèi)捷.夏季中國南方流域性致洪暴雨與季風(fēng)涌的關(guān)系［J］.氣象，2007，33（3）：10-18.

［6］琚建華，趙而旭.東亞夏季風(fēng)區(qū)的低頻振蕩對長江中下游旱澇的影響［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2005，21（2）：163-171.

［7］琚建華，孫丹，呂俊梅.東亞季風(fēng)涌對我國東部大尺度降水過程的影響分析［J］.大氣科學(xué)，2007，31（6）：1 029-1 039.

［8］鮑名.兩次華南持續(xù)性暴雨過程中熱帶西太平洋對流異常作用的比較［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2008，24（1）：27-35.

［9］Lina Zhang，Bizheng Wang and Qingcun Zeng.Impact of the Madden-Julian Oscillationon Summer Rainfall in Southeast China［J］.J.Climate，2009，22：201-216.

［10］王遠(yuǎn)超，黎玲，胡恒，等.廣西東南部2008年6月持續(xù)強(qiáng)降水成因分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2009，30（S）：74-76.

［11］呂醒佳.1998年6月16-27日連續(xù)性強(qiáng)降水過程分析［J］.廣東氣象，1999，21（3）：28-30.

［12］覃麗，壽紹文，馮曉玲，等.一次“北渦南槽”型廣西強(qiáng)降水過程的數(shù)值模擬［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（S）：49-51.

［13］曾雪飛，鐘志成.一次連續(xù)性強(qiáng)降水過程形成的原因［J］.廣東氣象，2008，30（1）：59-60.

［14］蒙偉光.一次連續(xù)性暴雨天氣過程的分析［J］.廣東氣象，1999，21（2）：11-13.

［15］覃麗，伍文輝.廣西一次強(qiáng)降水天氣成因初探［J］.廣西氣象，2005，26（3）：12-15.

［16］程正泉，項(xiàng)頌翔，黃曉瑩，等.“凡亞比”登陸引發(fā)粵西大范圍強(qiáng)降水的對流降水分析［J］.廣東氣象，2013，35（1）：14-17.

［17］韋丹宜.試析“碧利斯”造成廣西大暴雨的原因［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（S）：141-142.

［18］高安寧，譚強(qiáng)敏.“碧利斯”引發(fā)廣西異常暴雨的成因分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（2）：7-10.

［19］劉曉梅，陳見，李向紅，等.一次廣西東部季風(fēng)爆發(fā)前夕短時(shí)強(qiáng)降水分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2014，35（2）：14-18.

［20］顏文勝，周偉隆.2002年7月中旬后期粵東地區(qū)連續(xù)強(qiáng)降水分析［J］.廣東氣象，2003，25（2）：18-20.

［21］胡婭敏，羅曉玲，陳新光.2009年廣東汛期降水空間分布不均的氣候成因［J］.廣東氣象，2010，32（2）：4-7.

［22］林華立，楊錦青，葉朗明.南海夏季風(fēng)與臺山汛期降水的關(guān)系［J］.廣東氣象，2007，29（S）：51-54.

［23］邱明宇，吳慧，王尚榮.ENSO事件對熱帶低緯大氣振蕩的調(diào)頻作用［J］.氣象研究與應(yīng)用，2013，34（2）：8-11.

［24］林開平，李凌.“94.12”廣西大范圍暴雨過程的物理量特征分析［J］.廣西氣象，1998，19（2）：11-13.

［25］黃治逢.一次廣西大范圍暴雨過程分析［J］.廣西氣象，2005，26（4）：68-69.