東亞夏季PJ遙相關(guān)型的年際及年代際變化機(jī)理

陶麗　柯元惠　趙久偉

摘要利用夏季東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)和菲律賓附近的降水場(chǎng)進(jìn)行SVD分析，將東亞500 hPa高度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列定義為PJ指數(shù)，該指數(shù)不僅清楚地反映PJ型的年際變化，而且反應(yīng)出PJ型的年代際變化，即500 hPa高度場(chǎng)型態(tài)在20世紀(jì)70年代末由“氣旋、反氣旋、氣旋”型突變?yōu)椤胺礆庑?、氣旋、反氣旋”型。本文研究表明PJ指數(shù)的年際變化與ENSO事件有密切的聯(lián)系：El Nio事件通過(guò)電容器充電效應(yīng)使印度洋海溫增暖，而增暖的印度洋海溫在菲律賓海附近強(qiáng)迫出異常反氣旋，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型。而PJ型態(tài)的年代際變化與熱帶印度洋SST的持續(xù)增暖有關(guān)。雖然許多學(xué)者認(rèn)為是菲律賓附近海溫異常引起對(duì)流異常，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型，但我們認(rèn)為該區(qū)域的海溫變化并不是造成PJ型年際和年代際變化的原因，而是由于該區(qū)域有反氣旋（或者氣旋）異常，從而輻射增加（減少），蒸發(fā)減弱（增加），溫躍層下降（上升），SST變暖（變冷），該區(qū)域的海溫變暖意味著對(duì)流是減弱的。本文進(jìn)一步利用大氣環(huán)流模式ECHAM54進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)熱帶印度洋增暖時(shí)，在菲律賓海附近強(qiáng)迫出反氣旋，并沿東亞激發(fā)出“反氣旋、氣旋、反氣旋”PJ遙相關(guān)型。

關(guān)鍵詞PJ指數(shù)；年代際變化；年際變化；熱帶印度洋SST

夏季遙相關(guān)型的研究始于20世紀(jì)80年代后期。Nitta（1987）分析衛(wèi)星云量、海表溫度和位勢(shì)高度場(chǎng)的觀測(cè)資料，指出當(dāng)夏季熱帶西太平洋海溫和對(duì)流活動(dòng)異常時(shí)，菲律賓周圍和日本周圍的大氣環(huán)流存在著一種相反的南北振蕩，并定義此振蕩為太平洋/日本（PacificJapan，簡(jiǎn)稱PJ）遙相關(guān)型。與此同時(shí)，黃榮輝和李維京（1988）從觀測(cè)事實(shí)、理論分析和數(shù)值計(jì)算3個(gè)方面研究了北半球夏季大氣環(huán)流異常的遙相關(guān)和行星波列在北半球大氣的傳播特征，提出東亞/太平洋（East AsiaPacific，EAP）遙相關(guān)型。這兩種定義本質(zhì)上是一致的。PJ型與東亞夏季風(fēng)關(guān)系密切，以其為紐帶，連接著不同緯度不同變量之間的變化和異常，對(duì)東亞地區(qū)的天氣氣候有重要的影響（林建等，1999；李業(yè)進(jìn)和王黎娟，2016）。因此，PJ型已成為氣象工作者廣為關(guān)注的重點(diǎn)，并應(yīng)用于東亞夏季氣候分析和短期氣候預(yù)測(cè)。

眾多學(xué)者對(duì)PJ型的形成和維持機(jī)理進(jìn)行研究，提出了不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)是認(rèn)為是菲律賓附近海溫異常引起對(duì)流異常，激發(fā)向北傳的Rossby波，從而引起了北半球夏季波列行星尺度擾動(dòng)的異常，呈現(xiàn)出明顯的經(jīng)向遙相關(guān)型。Nitta（1987）認(rèn)為當(dāng)西太平洋海溫升高時(shí)，菲律賓以東的WNP地區(qū)對(duì)流加強(qiáng)，中緯和赤道地區(qū)對(duì)流減弱，即菲律賓和日本附近的對(duì)流狀況存在反相振蕩。黃榮輝和李維京（1988）、Huang and Lu（1989）也認(rèn)為當(dāng)西太平洋暖池增暖，菲律賓附近對(duì)流會(huì)加強(qiáng)，引起副熱帶高壓異常偏北，江淮地區(qū)偏旱。另外一種觀點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程的作用，認(rèn)為在沒(méi)有外強(qiáng)迫的作用下，通過(guò)大氣的自然變率，仍可出現(xiàn)PJ型。Lau（1992）研究表明此東亞北美型波列是大氣環(huán)流的內(nèi)在特性，是由于大氣的自然變率產(chǎn)生的，即在沒(méi)有外強(qiáng)迫的影響時(shí)，通過(guò)大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程——正壓不穩(wěn)定，仍可以出現(xiàn)類似的遙相關(guān)型。Kosaka and Nakamura（2006，2010）研究指出，除了熱力異常以外，該遙相關(guān)型也可以從基本氣流中獲得能量，從而得以維持。楊若文等（2009）指出大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程中，大尺度波—波和波—流相互作用是否顯著是造成初夏EAP遙相關(guān)波列年際變化的重要原因之一。最近，Xie et al.（2009）則研究表明熱帶印度洋 SST異常對(duì)西太平洋低緯反氣旋有重要的強(qiáng)迫作用。ENSO通過(guò)電容器充電效應(yīng)使印度洋海溫增暖，而增暖的印度洋海溫能激發(fā)出Kelvin波傳播到西北太平洋地區(qū)，在菲律賓海附近有異常反氣旋，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型。PJ遙相關(guān)型是菲律賓海溫強(qiáng)迫產(chǎn)生還是印度洋海溫強(qiáng)迫產(chǎn)生還需進(jìn)一步明確研究。

有一些學(xué)者還研究了PJ型的年代際變化，孫穎等（2014）研究表明PJ型位置在突變之后明顯向西向南偏移。黃榮輝等（2006）指出1970年代中后期熱帶中東太平洋發(fā)生了“類似于El Nio型”分布的年代際海溫異常，引起PJ型型態(tài)發(fā)生年代際翻轉(zhuǎn)。然而他文中的PJ型和通常意義上的PJ型并不相像，并且他也并沒(méi)有解釋“類似于El Nio型”是如何引起PJ型的型態(tài)反轉(zhuǎn)。本文將通過(guò)觀測(cè)資料分析和數(shù)值模擬探討PJ型發(fā)生年代際翻轉(zhuǎn)的機(jī)理，并討論P(yáng)J型發(fā)生年際變化的機(jī)理。

1資料和方法

11觀測(cè)資料

采用的數(shù)據(jù)資料主要包括：1958—2001年ECMWF全球大氣月平均再分析資料數(shù)據(jù)集（ERA40），水平分辨率為25°×25°；1948—2012年NCEP/NCAR 全球大氣的月平均再分析資料數(shù)據(jù)集，水平分辨率為25°×25°；1948—2012年NOAA重建全球陸地（PREC/L）的月平均降水?dāng)?shù)據(jù)集，水平分辨率為05°×05°；1948—2012年英國(guó)氣象局哈德萊中心的月平均海表溫度資料，水平分辨率為1°×1°。文中夏季指6、7、8三月平均。

12模式與試驗(yàn)方案

本文所用模式為ECHAM5（European Centre Hamburg Model5），是德國(guó)馬普氣象研究所（Max Planck Institute for Meteorology，MPI）發(fā)展的第5代全球大氣環(huán)流模式（Roeckner et al.，2006）。他是在ECMWF的天氣預(yù)報(bào)模式基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是當(dāng)前模擬性能較好的全球模式之一。本文數(shù)值試驗(yàn)采用ECHAM54版本，水平分辨率約為1875°×1875°，垂直方向?yàn)?9層。

為了研究熱帶印度洋年代際增暖對(duì)PJ型年代際變化的影響，設(shè)計(jì)了熱帶印度洋增暖（變冷）試驗(yàn)：熱帶印度洋地區(qū)（50～100°E，10°S～23°N）SST月平均氣候值加上（減去）增暖的海溫，其他地區(qū)以月平均SST氣候值驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流模式。

其中：b為1958—2001期間的年海溫趨勢(shì)。1958—1978年為印度洋相對(duì)偏冷年，有21 a；1979—2001年為印度洋相對(duì)偏暖年，有23 a。圖1表現(xiàn)了熱帶印度洋地區(qū)SST增暖趨勢(shì)分布。1月和7月該區(qū)域海表溫度均有顯著增暖趨勢(shì)，但7月最為明顯，中心增暖強(qiáng)度為05 ℃·（23 a）-1。模式均積分40 a，取后30 a模擬結(jié)果，相當(dāng)于30個(gè)統(tǒng)計(jì)樣本的一個(gè)集合平均。

2PJ指數(shù)的定義及其年代際變化特征

為了定量表征PJ型的強(qiáng)弱，定義一個(gè)合適的PJ指數(shù)來(lái)探討其年際及年代際變化是非常有必要的。前人（黃剛和嚴(yán)中偉，1999；Huang，2004；Wakabayashi and Kawamura，2004）往往用PJ活動(dòng)中心上的位勢(shì)高度差值來(lái)定義PJ指數(shù)，但是若PJ中心位置發(fā)生變化則以此定義的PJ強(qiáng)度則不準(zhǔn)確。

Kosaka and Nakamura（2006，2010）和Kosaka et al.（2013）對(duì)經(jīng)過(guò)球諧函數(shù)濾波的850 hPa相對(duì)渦度場(chǎng)進(jìn)行EOF展開(kāi)，并定義第一特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列PC1為PJ指數(shù)，但進(jìn)行球諧濾波相對(duì)比較繁雜。眾所周知，PJ型最早由黃榮輝和李維京（1988）和Nitta（1987）同時(shí)提出，他們認(rèn)為菲律賓附近對(duì)流異常能激發(fā)出北傳的Rossby波，形成PJ型。降水能夠直接體現(xiàn)對(duì)流的強(qiáng)弱，因此，本文從黃榮輝等及Nitta對(duì)PJ型的物理解釋出發(fā)，利用1958—2001年P(guān)REC/L降水資料中夏季菲律賓附近的降水，同ERA40再分析資料夏季東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)進(jìn)行SVD分解，第1模態(tài)解釋高度場(chǎng)的方差百分比為3173%，解釋降水場(chǎng)的方差百分比為3547%。從圖2a中可以發(fā)現(xiàn)其左異類相關(guān)圖即高度場(chǎng)上具有明顯的正負(fù)相間的三極子環(huán)流分布特征，菲律賓周圍和日本周圍的大氣環(huán)流存在著一種相反的南北振蕩，是經(jīng)典的PJ遙相關(guān)型。菲律賓附近降水場(chǎng)（圖2b）基本為正值分布。圖2c中高度場(chǎng)和降水場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系高達(dá)070。值得注意的是高度場(chǎng)的時(shí)間序列（圖2c）除了有明顯的年際變化外，也有明顯的年代際變化，在20世紀(jì)70年代此時(shí)間序列由主要為正值轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕獮樨?fù)值。這也表明，PJ型的高度場(chǎng)由“-+-”經(jīng)向三極子型轉(zhuǎn)變?yōu)椤?-+”經(jīng)向三極子型，發(fā)生了年代際翻轉(zhuǎn)。本文將高度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列標(biāo)準(zhǔn)化，并定義其為PJ指數(shù)。又利用1958—2001年期間NCEP/NCAR再分析資料的高度場(chǎng)和GPCC、PREC/L降水場(chǎng)資料分別進(jìn)行SVD分析，結(jié)果十分一致，PJ型同樣在20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)年代際變化（圖略），而且不同資料的SVD分析結(jié)果中，高度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系高達(dá)099。

將ERA40資料夏季東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)進(jìn)行EOF分析（圖略），其第1模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為332%，時(shí)間系數(shù)與SVD分析高度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系為099。綜上所述，用不同的資料和方法進(jìn)行研究，均發(fā)現(xiàn)PJ指數(shù)在20世紀(jì)70年代末從正值向負(fù)值突變，即PJ型型態(tài)從“氣旋、反氣旋、氣旋”向“反氣旋、氣旋、反氣旋”轉(zhuǎn)變，說(shuō)明PJ型確實(shí)發(fā)生了年代際變化。

圖3將夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)與同期PJ指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。風(fēng)場(chǎng)上表現(xiàn)出明顯的正負(fù)相間的三極子環(huán)流分布特征，節(jié)點(diǎn)中心分別位于低緯菲律賓附近，中緯度日本附近和高緯度鄂霍次克海地區(qū)，表明新定義的PJ指數(shù)是合理的，能體現(xiàn)出PJ型的變化特征。

由1979—2001年期間與1958—1978年期間夏季500 hPa位勢(shì)高度差值分布（圖4a）可以看出，東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)上呈現(xiàn)出一個(gè)西南—東北向波列。其中，30°N以南低緯地區(qū)均為顯著正異常，日本附近為負(fù)距平區(qū)，鄂霍次克海附近為正距平區(qū)，這與PJ型型態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的年代際變化特征一致。從850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)差值分布（圖4b）可見(jiàn)，PJ型年代際變化后期，中國(guó)華南、臺(tái)灣及南海地區(qū)為異常反氣旋，日本附近為異常氣旋控制，鄂霍次克海為異常反氣旋。這樣在東亞地區(qū)從低緯到高緯形成了異常反氣旋、異常氣旋及異常反氣旋的PJ型分布，與500 hPa高度場(chǎng)差值分布相對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)PJ型確實(shí)發(fā)生了年代際變化。

3PJ型年際及年代際變化的機(jī)理

許多學(xué)者研究表明，PJ型的形成和維持與海溫的熱力強(qiáng)迫作用有很大的關(guān)系（Nitta，1987；黃榮輝和李維京，1988；Huang and Lu，1989；Xie et al.，2009）。圖5分別給出了夏季PJ指數(shù)與前期冬季和同期夏季全球海表溫度相關(guān)系數(shù)分布。前期冬季與PJ型相關(guān)最密切的海區(qū)有：熱帶印度洋、南海、赤道中東太平洋，最大相關(guān)系數(shù)都達(dá)到-05以上。赤道中東太平洋相關(guān)分布與ENSO時(shí)期海溫異常分布型類似。中緯度北太平洋為正相關(guān)。同期夏季與PJ型相關(guān)分布最顯著的區(qū)域?yàn)闊釒в《妊?、南海、菲律賓海附近。赤道中東太平洋的顯著相關(guān)區(qū)域已經(jīng)減弱?？偟膩?lái)說(shuō)，與PJ型相關(guān)的中東太平洋ENSO型海溫分布在前冬最強(qiáng)，向后逐漸衰減，夏季達(dá)到最弱。熱帶印度洋從前冬到夏季相關(guān)性均很好。而菲律賓海附近的海溫與PJ型相關(guān)從前冬的弱正相關(guān)到同期夏季轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)。圖6為夏季西太平洋區(qū)域平均SSTA序列（圖8d）與同期東亞降水的相關(guān)分布，可知，菲律賓附近降水與西太平洋SSTA為負(fù)相關(guān)。結(jié)合圖2和圖3，說(shuō)明當(dāng)夏季菲律賓附近SST偏冷時(shí)，其對(duì)應(yīng)的菲律賓附近降水是增加的，菲律賓附近500 hPa高度場(chǎng)為負(fù)異常。為什么當(dāng)夏季菲律賓附近海溫偏冷時(shí)，菲律賓附近降水是增加的，也就是說(shuō)對(duì)流是增強(qiáng)的？或者當(dāng)夏季菲律賓附近海溫偏暖時(shí)，菲律賓附近降水（或?qū)α鳎┦菧p少的？這和以往的Nitta（1987）、黃榮輝和李維京（1988）、Huang and Lu（1989）研究結(jié)果并不相同。我們認(rèn)為菲律賓附近的SST變暖并不能引起對(duì)流（降水）異常增加，而是由于熱帶印度洋SST變暖，引起異常上升運(yùn)動(dòng)，在低緯西太平洋地區(qū)引起異常下沉運(yùn)動(dòng)，形成低緯反氣旋，并激發(fā)出“反氣旋、氣旋、反氣旋”PJ型，菲律賓附近的對(duì)流反而是異常減少的。Xie et al.（2009）也曾指出熱帶印度洋SST異常對(duì)西太平洋低緯反氣旋有重要的強(qiáng)迫作用。ENSO通過(guò)電容器充電效應(yīng)使印度洋海溫增暖，而增暖的印度洋海溫能激發(fā)出Kelvin波傳播到西北太平洋地區(qū)，在菲律賓海附近有異常反氣旋，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型，這與我們的研究一致，這也是PJ年際變化為什么與ENSO事件有密切關(guān)系的原因。

熱帶印度洋SST變化不僅影響PJ型的年際變化，而且影響其年代際變化。圖7給出了PJ型年代際變化前后前期冬季和同期夏季海溫差值分布，可以看出，顯著增暖區(qū)域位于印度洋、菲律賓海附近和熱帶中東太平洋的南北兩側(cè)，顯著變冷區(qū)域位于中緯度北太平洋地區(qū)，這兩個(gè)季節(jié)海溫差值分布形勢(shì)非常相近。

圖8給出了夏季PJ指數(shù)、前期冬季Nio34指數(shù)、夏季熱帶印度洋區(qū)域平均SSTA和夏季西太平洋區(qū)域平均SSTA隨時(shí)間的演變。圖8a中的PJ指數(shù)與圖7b Nio34指數(shù)有明顯的反相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)-030，通過(guò)95%的置信度檢驗(yàn)，但Nio 34指數(shù)并沒(méi)有明顯的年代際變化。而夏季熱帶印度洋區(qū)域的海溫在20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)明顯的年代際變化（圖8c），海溫從負(fù)距平變?yōu)檎嗥剑鋾r(shí)間序列和PJ指數(shù)的相關(guān)關(guān)系高達(dá)-072，通過(guò)99%的信度檢驗(yàn)。去掉趨勢(shì)后兩者相關(guān)達(dá)-051。同樣，夏季菲律賓附近的海溫也在持續(xù)增溫，與PJ指數(shù)的相關(guān)關(guān)系為-070，通過(guò)99%的置信度檢驗(yàn)，去掉趨勢(shì)后兩者相關(guān)達(dá)-055。由以上分析，認(rèn)為ENSO會(huì)通過(guò)電容器充電效應(yīng)使印度洋海溫變化，從而對(duì)PJ型的年際變化產(chǎn)生影響，但ENSO不是PJ型型態(tài)發(fā)生年代際變化的主要原因，而熱帶印度洋海溫年代際變暖，造成菲律賓附近有年代際的異常反氣旋維持，在日本附近有異常的氣旋維持，鄂霍次克海附近有異常反氣旋維持，造成了PJ型發(fā)生年代際變化。雖然菲律賓附近的海溫也在持續(xù)增暖，但由圖2可知，菲律賓附近的降水趨勢(shì)不明顯，且有減少的趨勢(shì)，即對(duì)流是減弱的。Wang et al.（2004，2005）分析觀測(cè)資料指出，亞洲—太平洋夏季風(fēng)區(qū)，特別是西北太平洋夏季風(fēng)區(qū)夏季降水異常與局地SST異常為負(fù)相關(guān)關(guān)系，并通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)分析表明，該地區(qū)大氣對(duì)SST的影響比SST對(duì)大氣的影響大，西北太平洋SST異常由大氣異常調(diào)節(jié)。因此我們認(rèn)為該區(qū)域SST的持續(xù)增暖是由于空氣下沉，輻射增加引起的，并不是造成PJ型型態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的原因。

4模式試驗(yàn)結(jié)果

上述分析表明，PJ型在20世紀(jì)70年代末發(fā)生了年代際變化，由“氣旋、反氣旋、氣旋”型態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺礆庑?、氣旋、反氣旋”型態(tài)。熱帶印度洋的年代際增暖很可能是造成PJ型年際及年代際變化的主要原因。下面本文將利用大氣環(huán)流模式ECHAM54進(jìn)行海溫強(qiáng)迫的冷暖試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證熱帶印度洋的年代際增暖對(duì)PJ型型態(tài)變化的影響，并探討其影響機(jī)理。下文試驗(yàn)結(jié)果差值圖均為暖試驗(yàn)減去冷試驗(yàn)結(jié)果。

圖9a將冷暖試驗(yàn)中東亞地區(qū)夏季500 hPa高度場(chǎng)進(jìn)行差值，可見(jiàn)，熱帶印度洋增暖后，在東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)上自低緯到高緯呈現(xiàn)出一個(gè)西南—東北向波列。其中，低緯大部分地區(qū)為正距平，中緯度日本附近為負(fù)距平，高緯度鄂霍次克海附近為正距平。從冷暖試驗(yàn)中夏季850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)差值分布（圖9b）可見(jiàn)，熱帶印度洋增暖后，中國(guó)華南、臺(tái)灣和菲律賓附近為異常反氣旋控制，日本附近為異常氣旋控制，鄂霍次克海附近為異常反氣旋控制。這樣在東亞地區(qū)從低緯到高緯形成了異常反氣旋、異常氣旋及異常反氣旋的PJ型分布，與500 hPa高度場(chǎng)差值分布（圖9a）相對(duì)應(yīng)。上述分析說(shuō)明模式能模擬出由于印度洋海溫變暖，在菲律賓海附近有異常反氣旋，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)，也就是說(shuō)印度洋海溫變化能引起PJ型的年代際變化或者年際變化的特征，進(jìn)一步表明夏季熱帶印度洋海溫的持續(xù)增暖是造成PJ型型態(tài)翻轉(zhuǎn)的主要原因。這組數(shù)值試驗(yàn)不僅說(shuō)明夏季熱帶印度洋海溫的持續(xù)增暖是造成PJ型型態(tài)翻轉(zhuǎn)的主要原因，也說(shuō)明了夏季熱帶印度洋海溫的年際變化也是造成PJ型年際變化的主要原因。

熱帶印度洋增暖影響PJ型年際及年代際變化的機(jī)制是什么呢？圖10反映了夏季降水對(duì)熱帶印度洋增暖的響應(yīng)。印度洋增暖引起局地降水顯著增多，孟加拉灣和西太平洋降水減少。增多（減少）的降水異常表征了正（負(fù)）熱源。圖11分別給出了冷暖試驗(yàn)中夏季850 hPa、200 hPa速度勢(shì)和輻散風(fēng)差值分布。對(duì)流層低層輻合輻散特征與降水異常中心一致。熱帶印度洋SST升高，為正熱源，其上空對(duì)流層低層輻合引起高層輻散，有異常上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)流加強(qiáng)。熱帶印度洋高層輻散通過(guò)質(zhì)量交換導(dǎo)致低緯西太平洋地區(qū)高層輻合低層輻散。西太平洋地區(qū)低層輻散為負(fù)熱源區(qū)，有異常下沉運(yùn)動(dòng)，對(duì)流減弱，有利于低緯反氣旋的形成和維持。圖12為冷暖試驗(yàn)中夏季850 hPa流函數(shù)和旋轉(zhuǎn)風(fēng)差值分布。由圖可見(jiàn)，菲律賓海附近對(duì)流減弱，850 hPa高度場(chǎng)中有異常反氣旋，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型。對(duì)于菲律賓附近的異常反氣旋的形成，Wu et al.（2010）研究認(rèn)為熱帶印度洋SST增暖能激發(fā)出Kelvin波東傳到西太平洋地區(qū)，熱帶西太平洋有異常東風(fēng)，其北側(cè)有反氣旋性切變，由于Ekman抽吸作用，產(chǎn)生異常下沉運(yùn)動(dòng)，邊界層內(nèi)則有輻散，抑制了西北太平洋的季風(fēng)對(duì)流，從而強(qiáng)迫出異常反氣旋，這和我們的模式結(jié)果一致。

5總結(jié)與討論

本文基于黃榮輝和李維京（1988）、Nitta（1987）對(duì)PJ型的物理解釋，利用夏季東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)和菲律賓附近的降水場(chǎng)進(jìn)行SVD分析定義了PJ指數(shù)，該指數(shù)能夠清楚地反映PJ型的年際和年代際變化特征。用再分析資料分析表明PJ型型態(tài)確實(shí)在1970年代末發(fā)生翻轉(zhuǎn)，存在明顯的年代際變化。前期，PJ型為“氣旋、反氣旋、氣旋”型態(tài)，后期，PJ型為“反氣旋、氣旋、反氣旋”型態(tài)。

本文研究表明PJ指數(shù)與前期冬季ENSO指數(shù)有很好的年際相關(guān)，El Nio事件通過(guò)電容器充電效應(yīng)使印度洋海溫增暖，而增暖的印度洋海溫在菲律賓海附近強(qiáng)迫出異常反氣旋，并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型，這與Xie et al.（2009）、Wu et al.（2010）的研究一致。與Nitta（1987）、黃榮輝和李維京（1988）、Huang and Lu（1989）研究不同，我們認(rèn)為菲律賓附近的SST變暖并不能引起菲律賓附近對(duì)流（降水）異常增加，而是由于熱帶印度洋SST變暖，引起異常上升運(yùn)動(dòng)，在低緯西太平洋地區(qū)引起異常下沉運(yùn)動(dòng)，形成低緯反氣旋，并激發(fā)出“反氣旋、氣旋、反氣旋”PJ型，菲律賓附近的對(duì)流反而是異常減少的。

但ENSO不是PJ型型態(tài)發(fā)生年代際變化的主要原因，而熱帶印度洋菲律賓附近SST的年代際增暖與PJ型型態(tài)的年代際變化是一致的。熱帶印度洋海溫年代際變暖，造成菲律賓附近有年代際的異常反氣旋維持，在日本附近有異常的氣旋維持，鄂霍次克海附近有異常反氣旋維持，造成了PJ型發(fā)生年代際變化。

利用全球大氣環(huán)流模式ECHAM54模擬熱帶印度洋偏暖對(duì)PJ型年代際變化的影響，發(fā)現(xiàn)該模式能較逼真地模擬出PJ型型態(tài)的年代際變化特征，證實(shí)夏季熱帶印度洋海溫的年代際增暖確實(shí)是導(dǎo)致PJ型型態(tài)發(fā)生年代際翻轉(zhuǎn)的主要原因。當(dāng)熱帶印度洋增暖時(shí)，暖水區(qū)有異常上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)流加強(qiáng)，低緯西太平洋地區(qū)有異常下沉運(yùn)動(dòng)，對(duì)流減弱，有利于低緯反氣旋的形成和維持，進(jìn)而有利于激發(fā)出“反氣旋，氣旋，反氣旋”PJ型。

雖然菲律賓附近海溫也在持續(xù)增暖，但他主要是由于受到菲律賓附近的反氣旋環(huán)流的影響而產(chǎn)生的。Wang et al.（2004，2005）指出低緯的反氣旋環(huán)流會(huì)首先會(huì)引起降水和云量的減少，從而增加菲律賓附近向下太陽(yáng)輻射，使海洋混合層的海溫增暖；其次，這個(gè)反氣旋環(huán)流南部可以使西風(fēng)季風(fēng)減弱，由此可減少海表面蒸發(fā)冷卻，維持海洋混合層的增暖；此外，反氣旋環(huán)流通常有負(fù)渦度或風(fēng)應(yīng)力旋度，會(huì)減少Ekman抽吸作用使海洋中的溫躍層降低，而溫躍層的降低和上升流的減弱都有利于SST的增加。這里我們進(jìn)一步將夏季東亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)與同期菲律賓附近SST進(jìn)行SVD分析（圖13），高度場(chǎng)上呈PJ型三極子環(huán)流分布特征，菲律賓附近高度場(chǎng)有負(fù)異常（圖13a），菲律賓海溫也為負(fù)異常（圖13b）。結(jié)合圖2、圖6，當(dāng)菲律賓附近海溫偏冷時(shí)，降水反而是是增多的，其上空有氣旋性異常。說(shuō)明并不是菲律賓附近的海溫引起其上空的對(duì)流異常及環(huán)流異常。

此外，為了進(jìn)一步說(shuō)明印度洋海溫對(duì)PJ遙相關(guān)型的強(qiáng)迫作用，還利用ECHAM54模式設(shè)計(jì)了西太平洋（100～140°E，10°S～23°N）SST變化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與熱帶印度洋SST類似，僅西太平洋SST變暖或冷卻，其它地區(qū)以SST氣候值驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流模式。圖14為西太平洋冷暖試驗(yàn)中夏季500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)差值分布。模式模擬的500 hPa高度場(chǎng)上，自低緯到高緯也有一個(gè)西南—東北向的波列，但高緯正距平區(qū)偏東偏北，位于鄂霍次克海東北部。模擬的850 hPa風(fēng)場(chǎng)差值分布中，低緯的異常反氣旋位于西北太平洋167°E附近，位置遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏東，這并不像經(jīng)典的PJ遙相關(guān)型，也說(shuō)明只考慮西太平洋增暖是無(wú)法模擬出PJ型的。圖15為西太平洋冷暖試驗(yàn)中夏季降水場(chǎng)差值分布。西太平洋增暖使孟加拉灣、西太平洋地區(qū)降水顯著增多，即當(dāng)西太平洋SST升高時(shí)，局地降水是增多的，為正相關(guān)關(guān)系，這與觀測(cè)事實(shí)相反。由圖6可知，觀測(cè)中西太平洋SST與菲律賓附近的降水為負(fù)相關(guān)。這與Wang et al.（2004，2005）的研究一致。他指出，這個(gè)問(wèn)題主要是由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原因。試驗(yàn)設(shè)計(jì)中大氣總是被動(dòng)地對(duì)SST強(qiáng)迫進(jìn)行響應(yīng)，然而實(shí)際上，西北太平洋SST的變化是由于大氣強(qiáng)迫產(chǎn)生的。他還通過(guò)觀測(cè)和數(shù)值試驗(yàn)研究表明，亞洲—太平洋夏季風(fēng)區(qū)，特別是西北太平洋夏季風(fēng)區(qū)大氣對(duì)SST的影響比SST對(duì)大氣的影響大，西北太平洋SST異常由大氣異常調(diào)節(jié)。由此可知，西太平洋SST的增暖是由于空氣下沉，輻射增加引起的，并不能造成PJ型的變化。

綜上所述，我們認(rèn)為夏季熱帶印度洋海溫偏暖（偏冷），在菲律賓海附近強(qiáng)迫出反氣旋（氣旋），并沿東亞沿岸激發(fā)出PJ遙相關(guān)型，而菲律賓附近海溫異常并不能激發(fā)出PJ遙相關(guān)型。夏季熱帶印度洋海溫的年際和年代際變化造成PJ型年際變化和年代際變化。

致謝：感謝美國(guó)夏威夷大學(xué)國(guó)際太平洋研究中心李天明教授為本文提出了許多寶貴建議。

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