前期熱帶太平洋次表層海溫異常與東亞夏季風(fēng)的可能聯(lián)系

郭勝利 李鋒 葛非

摘要 利用1979—2012年日本氣象廳次表層海溫資料和NCEP/NCAR再分析資料，分析了前期冬季熱帶太平洋次表層海溫與東亞夏季風(fēng)的關(guān)系，并討論了其可能機(jī)制。結(jié)果表明，前期冬季熱帶太平洋次表層海溫與后期東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱有顯著的相關(guān)關(guān)系。冬季次表層海溫呈現(xiàn)東正西負(fù)的類El Nio分布型時(shí)，夏季副熱帶高壓偏強(qiáng)，西北太平洋地區(qū)受反氣旋型環(huán)流控制，能將大量的水汽輸送到長(zhǎng)江和淮河流域，有利于水汽在該區(qū)域輻合，為夏季降水偏多創(chuàng)造了條件，此時(shí)東亞夏季風(fēng)活動(dòng)整體偏弱，反之亦然。但類El Nio分布型對(duì)東亞夏季氣候變化的影響較類La Nia分布型更顯著。此外，冬季熱帶太平洋次表層海溫可能通過(guò)其自身能夠持續(xù)性地影響東亞—太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流異常，次表層海溫隨季節(jié)變化有明顯的發(fā)展和移動(dòng)趨勢(shì)：冬季西太平洋暖池次表層冷（暖）海溫不斷堆積，沿溫躍層向東傳播使得中東太平洋次表層海溫逐漸變冷（暖），冷（暖）海溫上翻加強(qiáng)使得海表溫度異常，進(jìn)一步影響到西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度，并在東亞地區(qū)形成經(jīng)向遙相關(guān)波列，通過(guò)西北太平洋地區(qū)異常反氣旋（氣旋）環(huán)流的作用，影響東亞地區(qū)大氣環(huán)流以及氣候變化。

關(guān)鍵詞熱帶太平洋；次表層海溫異常；ENSO；西北太平洋異常反氣旋；東亞夏季風(fēng)

熱帶海洋系統(tǒng)的變化對(duì)大氣環(huán)流和氣候異常有著非常重要的影響，由海陸熱力差異引起的海氣相互作用，可以影響區(qū)域乃至全球大尺度環(huán)流系統(tǒng)，進(jìn)而造成災(zāi)害性天氣氣候事件的發(fā)生（張人禾和李強(qiáng)，2004）。研究表明，熱帶海洋熱狀況的變化與季風(fēng)活動(dòng)有著非常重要的聯(lián)系，他通過(guò)影響季風(fēng)環(huán)流，進(jìn)而影響到季風(fēng)區(qū)的降水，同時(shí)也對(duì)年際、年代際區(qū)域氣候變化造成影響（陳小婷等，2010；曾剛等，2013）。東亞季風(fēng)的異常對(duì)東亞地區(qū)各國(guó)天氣氣候具有顯著的影響。我國(guó)位于東亞季風(fēng)區(qū)，天氣氣候形勢(shì)復(fù)雜多變，尤其是在夏季汛期，中國(guó)大范圍的降水分布、降水帶移動(dòng)以及旱澇災(zāi)害在很大程度上受夏季風(fēng)控制（于淑秋等，2008）。由于海洋在調(diào)節(jié)大氣環(huán)流和氣候變化中起著非常重要的作用，因此各區(qū)域海溫異常對(duì)東亞夏季風(fēng)都有著不同程度的影響（楊曉苑等，2007；馮娟等，2010）。

暖池異常會(huì)對(duì)厄爾尼諾—南方濤動(dòng)（ENSO，El NioSouthern Oscillation）、東亞季風(fēng)產(chǎn)生重大影響，從而引起全球和區(qū)域氣候的異常。早在20世紀(jì)80年代，Nitta（1987）、黃榮輝和孫鳳英（1994）就指出熱帶西太平洋熱力和菲律賓周圍的對(duì)流活動(dòng)經(jīng)東亞/太平洋型（EAP，East Asia/Pacific Pattern）遙相關(guān)影響東亞季風(fēng)系統(tǒng)的年際變化。暖池異常在ENSO循環(huán)中起重要作用，ENSO又是海氣相互作用中影響東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)信號(hào)，ENSO循環(huán)的不同階段對(duì)東亞夏季風(fēng)和我國(guó)夏季降水有不同影響（陳文，2002）。近些年研究表明，ENSO循環(huán)又與次表層海溫異常（SOTA，Subsurface Ocean Temperature Anomalies）密不可分，赤道太平洋溫躍層上次表層海溫異常信號(hào)的傳播對(duì)ENSO循環(huán)有重要的影響（李崇銀，2002）。Zebiak（1989）、Zhang and Levitus（1997）的研究發(fā)現(xiàn)熱帶太平洋上層熱含量異常變化與ENSO循環(huán)密切相關(guān)。翁學(xué)傳等（1996）注意到熱帶西太平洋冬季暖池?zé)岷颗c我國(guó)東部夏季降水存在較好的相關(guān)關(guān)系，并具有超前副高的預(yù)測(cè)信息。李崇銀（2002）分析發(fā)現(xiàn)暖池次表層海溫正距平的出現(xiàn)，尤其是其向赤道中東太平洋的傳播對(duì)El Nio事件的爆發(fā)有直接關(guān)系，是導(dǎo)致El Nio事件的重要原因。黃榮輝等（2006）討論了熱帶西太平洋次表層海溫準(zhǔn)2 a周期變化特征及其對(duì)中國(guó)夏季降水準(zhǔn)2 a周期變化的影響。

基于海表溫度對(duì)東亞季風(fēng)變化已有大量的研究，但由于早期次表層資料缺乏，考慮從次表層出發(fā)的研究相對(duì)較少。然而，與海表溫度相比，次表層海溫受海氣界面影響較小，年際變化更顯著，因而其對(duì)氣候持續(xù)發(fā)展的作用也就更大。趙永平等（2007）就指出實(shí)際上海表溫度僅是ENSO事件在海洋表面的表現(xiàn)形式，溫躍層變化更能充分表現(xiàn)海洋熱力異常的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。近年來(lái)，由于各種觀測(cè)、同化資料的豐富，有關(guān)次表層海溫變化的研究也逐漸增多：曾剛等（2006）討論了赤道太平洋次表層海溫與表面風(fēng)應(yīng)力之間的相互作用關(guān)系。陳永利等（2011）、Chen et al.（2012）以溫躍層海溫變化來(lái)研究熱帶太平洋次表層海溫異常的年際、年代際變率及其對(duì)中國(guó)氣候異常的影響，發(fā)現(xiàn)次表層海溫通過(guò)影響副熱帶高壓和中高緯槽脊系統(tǒng)，進(jìn)而影響東亞季風(fēng)的年代際變化。盧楚翰等（2014）從冬季暖池區(qū)熱含量出發(fā)，發(fā)現(xiàn)其與后期春、夏季西太副高及西北太平洋夏季風(fēng)變化密切相關(guān)。祁莉等（2014）在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了前期西太平洋暖池?zé)岷慨惓Ｅc后期夏季我國(guó)長(zhǎng)江流域降水的關(guān)系以及影響降水的可能途徑。Li et al.（2015）通過(guò)構(gòu)建一個(gè)三維立體次表層海溫場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)其與中國(guó)夏季降水具有超前相關(guān)性，對(duì)中國(guó)夏季降水預(yù)測(cè)有重要參考價(jià)值。

前人的工作主要是針對(duì)海表溫度異常、ENSO事件或暖池?zé)岷慨惓夂蛐?yīng)的研究，但直接關(guān)注次表層海溫異常與我國(guó)氣候變化關(guān)系的研究還不多，對(duì)于次表層海溫的結(jié)構(gòu)特征，特別是赤道太平洋次表層剖面結(jié)構(gòu)的變化及其對(duì)中國(guó)氣候的影響研究更是少見(jiàn)。為此，有必要將次表層海溫變化與ENSO循環(huán)以及東亞大氣環(huán)流聯(lián)系起來(lái)。本文利用最新的日本氣象廳次表層海溫資料，分析熱帶太平洋次表層海溫與后期東亞夏季風(fēng)之間的關(guān)系，及其對(duì)東亞地區(qū)氣候變化的影響，以揭示熱帶太平洋次表層海溫影響東亞夏季風(fēng)的可能途徑。

1 資料與方法

采用日本氣象廳提供的1979—2012年月平均歷史海溫資料，水平分辨率為1°×1°，垂直深度共24層。根據(jù)研究需要，本文僅選取了海水上部的13層（0、10、20、30、50、75、100、125、150、200、250、300、400 m）；大氣資料取自美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心/國(guó)家大氣環(huán)境中心（NCEP/NCAR）再分析數(shù)據(jù)集，所用變量為位勢(shì)高度、對(duì)外長(zhǎng)波輻射（OLR，Outgoing Longwave Radiation）、850 hPa風(fēng)場(chǎng)，水平分辨率為2.5°×2.5°；降水采用國(guó)家氣象信息中心提供的中國(guó)160站逐月降水資料。文中所用到的Nio3.4指數(shù)定義為Nio3.4區(qū)（170～120°W、5°S～5°N）的區(qū)域平均海溫距平，來(lái)自美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）氣候預(yù)測(cè)中心（CPC）；El Nio Modoki指數(shù)（EMI）是根據(jù)Ashok et al.（2007）的研究定義，所用數(shù)據(jù)來(lái)自日本海洋科學(xué)技術(shù)中心（JAMSTEC）。以上資料覆蓋時(shí)段均為1979年1月—2012年12月，春夏秋冬分別定義為3—5月、6—8月、9—11月、12月—次年2月。

為選取能表征東亞夏季風(fēng)的指數(shù)，首先對(duì)東亞季風(fēng)區(qū)850hPa風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行多變量EOF分析，因?yàn)閱我蛔兞縰（或v）風(fēng)場(chǎng)的EOF分析并不能完全體現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)的變化特征，而多變量EOF具有同時(shí)表現(xiàn)多個(gè)變量的空間分布特征的優(yōu)勢(shì)（Wang，1992）。根據(jù)850 hPa風(fēng)場(chǎng)時(shí)空變化特征，選取Li and Zeng（2003）定義的風(fēng)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化季節(jié)變率指數(shù)（EASMI，East Asian Summer Monsoon Index），對(duì)比發(fā)現(xiàn)其與850 hPa風(fēng)場(chǎng)第一模態(tài)系數(shù)有相同的變化趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.90，說(shuō)明該指數(shù)能很好的反映東亞季風(fēng)區(qū)850 hPa風(fēng)場(chǎng)的年際變化特征。李建平和曾慶存（2005）的研究指出該指數(shù)也能很好的反映長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季降水的年際變化，故選取Li and Zeng（2003）定義的東亞夏季風(fēng)指數(shù)來(lái)探討次表層海溫年際異常與東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱之間的關(guān)系。

本文所用方法主要包括多變量經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（MVEOF）、奇異值分解（SVD）、相關(guān)分析、合成分析、回歸分析以及T檢驗(yàn)等方法。

2 前期熱帶太平洋次表層海溫與東亞夏季風(fēng)關(guān)系

首先計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化東亞夏季風(fēng)指數(shù)與冬季熱帶太平洋次表層海溫120°E～80°W、5°S～5°N范圍內(nèi)400 m剖面場(chǎng)的相關(guān)。結(jié)果如圖1所示，東亞夏季風(fēng)指數(shù)與西太平洋次表層海溫有顯著的正相關(guān)，與東太平洋次表層海溫也存在顯著的負(fù)相關(guān)，在160～180°E的100～200 m深度存在明顯的正相關(guān)區(qū)域，中心相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.5以上。同時(shí)也計(jì)算了東亞夏季風(fēng)指數(shù)與春、夏季次表層海溫的相關(guān)（圖略），發(fā)現(xiàn)在當(dāng)年春季，此正相關(guān)區(qū)域逐漸向東移動(dòng)，負(fù)相關(guān)區(qū)域開(kāi)始縮小，一直到同期夏季，負(fù)相關(guān)區(qū)域減弱消失，中東太平洋次表層出現(xiàn)正相關(guān)區(qū)域。說(shuō)明次表層海溫與東亞夏季風(fēng)有很好的超前相關(guān)，當(dāng)前期西太平洋次表層海溫偏暖，東太平洋次表層海溫偏冷時(shí)（東負(fù)西正），次年?yáng)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)；反之，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱。正相關(guān)區(qū)域向東的移動(dòng)可能與次表層海溫沿溫躍層?xùn)|傳有關(guān)，后者是東亞夏季風(fēng)年際變化顯著的前兆信號(hào)。通過(guò)對(duì)比海表溫度與東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)性（圖略），發(fā)現(xiàn)次表層海溫相關(guān)系數(shù)更高，穩(wěn)定性更好，同時(shí)還具有顯著的超前相關(guān)，這也顯示了熱帶太平洋次表層海溫較海表溫度對(duì)夏季風(fēng)影響的優(yōu)越性。因此本文重點(diǎn)研究冬季次表層海溫異常對(duì)東亞夏季風(fēng)的影響。

為了證實(shí)前期冬季熱帶太平洋次表層海溫與當(dāng)年?yáng)|亞夏季風(fēng)相關(guān)關(guān)系的可靠性，對(duì)冬季熱帶太平洋次表層海溫與東亞地區(qū)夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行SVD分析，以1979—2011年120°E～80°W、5°S～5°N范圍內(nèi)400 m以上前期冬季太平洋次表層海溫標(biāo)準(zhǔn)化距平場(chǎng)為左場(chǎng)，1980—2012年?yáng)|亞地區(qū)夏季850 hPa的u、v風(fēng)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化距平場(chǎng)為右場(chǎng)。

圖2是次表層海溫場(chǎng)與東亞地區(qū)夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)SVD分解的第一模態(tài)時(shí)空分布及對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)，其解釋了協(xié)方差平方和的75.2%，其展開(kāi)時(shí)間系數(shù)序列之間的相關(guān)關(guān)系為0.75，通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。且左場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)與同期Nio3.4指數(shù)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.97，說(shuō)明次表層海溫場(chǎng)系數(shù)能較好地反映ENSO事件。右場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)序列與東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)關(guān)系達(dá)到-0.52，表明SVD第一模態(tài)與東亞夏季風(fēng)存在密切聯(lián)系。結(jié)合左右異類相關(guān)圖，對(duì)于時(shí)間系數(shù)正位相，熱帶東（西）太平洋次表層海溫偏暖（冷），與次表層海溫EOF特征向量分布圖類似（圖略），呈現(xiàn)類El Nio事件分布型。與之相聯(lián)系的850 hPa風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為熱帶印度洋到南海地區(qū)受東風(fēng)氣流控制，西北太平洋地區(qū)為異常反氣旋環(huán)流，異常西南氣流引導(dǎo)大量水汽向我國(guó)東部地區(qū)輸送。而在我國(guó)東北地區(qū)為異常的氣旋型環(huán)流，有利于高緯度冷空氣南下，長(zhǎng)江淮河流域處于西風(fēng)氣流的輻合區(qū)。

圖3是次表層海溫場(chǎng)與東亞地區(qū)夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)SVD分解的第二模態(tài)時(shí)空分布及對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)，其解釋了協(xié)方差平方和的11.2%，其展開(kāi)時(shí)間系數(shù)序列之間的相關(guān)關(guān)系為0.75，通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。從第二模態(tài)的左異類相關(guān)分布圖上可看出，次表層主要表現(xiàn)為“-+-”的分布型，中太平洋次表層100～200 m深度為正異常，而西太平洋和東太平洋為負(fù)異常，類似于中部型ENSO事件次表層海溫分布特征，其與EMI指數(shù)的相關(guān)性達(dá)到0.87，可很好地反映El Nio Modoki事件。右異類相關(guān)圖上850 hPa風(fēng)場(chǎng)最明顯的特征是菲律賓以東洋面為氣旋型環(huán)流，而東亞地區(qū)風(fēng)場(chǎng)變化特征不顯著，右場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)序列與東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)關(guān)系為0.1，并沒(méi)有通過(guò)置信度為95%的顯著性檢驗(yàn)，這反映了中部型ENSO事件對(duì)東亞夏季風(fēng)影響的復(fù)雜性。因此這里重點(diǎn)討論冬季次表層海溫與夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)的第一模態(tài)。

SVD第一模態(tài)次表層海溫場(chǎng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)序列與Nio3.4指數(shù)有較高的相關(guān)性，意味著次表層海溫時(shí)間系數(shù)序列在年際變化上能很好地描述典型ENSO事件。Yu et al.（2011）指出次表層海溫能有效地區(qū)分兩類ENSO事件。Xu et al.（2012）利用SVD方法分析了次表層海溫與海表溫度的耦合模態(tài)，發(fā)現(xiàn)不同模態(tài)系數(shù)定義的東部型次表層指數(shù)和中部型次表層指數(shù)具有良好地描述和區(qū)別兩類ENSO事件的能力。因此本文用SVD冬季次表層海溫第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)序列來(lái)定義為冬季次表層海溫指數(shù)（SOTAI），選取標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)大于（小于）0.9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化單位的年份作為典型正（負(fù)）異常年，則次表層正異常年共有6個(gè)年份：1982、1986、1991、1994、1997、2009年；負(fù)異常年共有8個(gè)年份：1988、1998、1999、2000、2007、2008、2010、2011年。冬季次表層海溫指數(shù)與東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.52，略高于冬季Nio3.4與東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)0.49，再次說(shuō)明了次表層海溫較海表溫度對(duì)夏季風(fēng)影響的優(yōu)越性。

3 冬季次表層海溫與大氣環(huán)流異常

海溫是大氣環(huán)流異常重要的外強(qiáng)迫因子，根據(jù)挑選的6個(gè)冬季次表層海溫正異常年和8個(gè)負(fù)異常年，發(fā)現(xiàn)正異常年冬季西太平洋暖池次表層海溫異常偏冷，東太平洋次表層海溫異常偏暖，當(dāng)年冬季為El Nio事件，次年夏季均為夏季風(fēng)偏弱年；而對(duì)于負(fù)異常年份，冬季西太平洋暖池次表層海溫異常偏暖，東太平洋次表層海溫異常偏冷，當(dāng)年冬季為L(zhǎng)a Nia事件，但次年夏季并不完全對(duì)應(yīng)強(qiáng)夏季風(fēng)年，有4個(gè)年份對(duì)應(yīng)的是相對(duì)偏弱夏季風(fēng)年，表明次表層海溫正異常年對(duì)東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)的指示意義更顯著。

對(duì)正、負(fù)異常年夏季海平面氣壓場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)和500 hPa高度場(chǎng)進(jìn)行距平合成分析（圖4）。正異常年夏季，西太平洋暖池次表層海溫偏低，中南半島到西北太平洋地區(qū)海平面氣壓偏高，東亞大陸與西太平洋地區(qū)之間熱力差異加大，低層反氣旋環(huán)流相應(yīng)增強(qiáng)。850 hPa風(fēng)場(chǎng)上，熱帶低緯度地區(qū)為強(qiáng)勁的東風(fēng)氣流，西北太平洋地區(qū)受反氣旋型環(huán)流控制，對(duì)流活動(dòng)減弱。在500 hPa高度場(chǎng)上，呈現(xiàn)南正北負(fù)的異常分布，北部的負(fù)異常中心位于日本以北地區(qū)，低緯度地區(qū)為正異常中心，且西太副高588線位置較常年偏西，這種高度異常的分布特征意味著夏季副高偏強(qiáng)。高緯度地區(qū)為弱的氣旋型環(huán)流，有利于冷空氣南下，西北太平洋異常反氣旋環(huán)流能將大量的水汽輸送到長(zhǎng)江和淮河流域，有利于水汽在該區(qū)域輻合，為夏季降水偏多創(chuàng)造了條件，此時(shí)東亞夏季風(fēng)活動(dòng)整體偏弱。

負(fù)異常年夏季，西太平洋暖池次表層海溫偏高，海平面氣壓場(chǎng)偏低，日本以東洋面為正異常，海陸熱力差異明顯，為異常的反氣旋環(huán)流；我國(guó)南方地區(qū)受氣旋型環(huán)流控制，但并未通過(guò)置信度為95%的顯著性檢驗(yàn)。在500 hPa高度圖上，亞洲東部地區(qū)從低緯到高緯呈現(xiàn)明顯的“-+-”遙相關(guān)波列結(jié)構(gòu)分布。在日本以東洋面為正異常，中南半島到西北太平洋地區(qū)為負(fù)異常，副高588線較常年偏東，這一環(huán)流形勢(shì)意味著夏季西太平洋副高偏弱。西北太平洋地區(qū)受氣旋環(huán)流控制有利于局地對(duì)流增多，我國(guó)北方地區(qū)受異常的反氣旋環(huán)流控制，有利于夏季風(fēng)向北推進(jìn)，東亞夏季風(fēng)整體偏強(qiáng)。

由次表層海溫正、負(fù)異常年夏季降水距平合成分布（圖5）可看出，次表層海溫正異常年，我國(guó)東部夏季降水普遍偏多，降水正異常中心主要位于包括重慶、湖南、湖北以及江西等省份在內(nèi)的長(zhǎng)江中游地區(qū)。華南地區(qū)夏季降水普遍偏少；次表層海溫負(fù)異常年夏季，我國(guó)東部降水普遍偏少，但長(zhǎng)江下游地區(qū)（包括安徽、江蘇、江西、浙江等省份）降水異常偏多。

對(duì)比正、負(fù)異常年環(huán)流場(chǎng)的變化，發(fā)現(xiàn)西北太平洋地區(qū)異常的氣旋（Western North Pacific Cyclone，WNPC）或反氣旋（Western North Pacific Anticyclone，WNPAC）對(duì)我國(guó)東部地區(qū)夏季環(huán)流有重要影響。大量的研究表明（Wang et al.，2000；Wu et al.，2010），El Nio海溫分布型與夏季西太平洋地區(qū)WNPAC密切相關(guān)，前者在冬季達(dá)到峰值，并持續(xù)至次年夏季，從而對(duì)東亞地區(qū)夏季氣候變化產(chǎn)生滯后影響。由前文可知，冬季次表層海溫正異常年對(duì)應(yīng)El Nio型海表溫度分布，WNPAC較負(fù)異常年WNPC更明顯，因而正異常年對(duì)中國(guó)氣候的影響較負(fù)異常年更顯著。這是因?yàn)長(zhǎng)a Nia和El Nio事件具有非對(duì)稱特征所致，El Nio年的正降水異常比La Nia年的負(fù)降水異常更顯著（Wu et al.，2010）。晏紅明等（2013）也指出，在El Nio衰減年夏季有顯著的WNPAC出現(xiàn)，而WNPC與熱帶海溫變化的關(guān)系存在明顯的不對(duì)稱性。

4 次表層海溫影響東亞夏季風(fēng)年際變化的可能機(jī)制

由前文可知，冬季熱帶太平洋次表層海溫的變化與海表溫度的異常是密切聯(lián)系的，通過(guò)影響次年夏季的大氣環(huán)流系統(tǒng)，從而影響東亞夏季風(fēng)的年際變率。次表層海溫可能通過(guò)如下途徑影響到東亞大氣環(huán)流：一方面，當(dāng)次表層海溫出現(xiàn)異常，反映于海表是西太平洋暖池?zé)崃Ξ惓；駿NSO事件的發(fā)展，暖池?zé)崃Ξ惓Ｍㄟ^(guò)熱帶西太平洋異常對(duì)流活動(dòng)（EAP遙相關(guān)型）從菲律賓海經(jīng)過(guò)東亞到日本影響東亞氣候（Nitta，1987；黃榮輝和孫鳳英，1994），而ENSO事件通過(guò)菲律賓異常反氣旋的維持對(duì)東亞夏季風(fēng)產(chǎn)生滯后影響（PacificEast Asian teleconnection，PEA遙相關(guān)型）（Wang，2000）。另一方面，次表層海溫隨季節(jié)變化具有明顯的演變特征，當(dāng)前期冬季熱帶太平洋次表層海溫距平呈現(xiàn)東西反向異常分布時(shí)，西太平洋暖池次表層冷（暖）海溫不斷堆積，冷水沿溫躍層向東傳播使得中東太平洋次表層海溫逐漸變冷（暖），在通過(guò)加強(qiáng)的冷（暖）海溫上翻加強(qiáng)使得海表溫度異常，赤道地區(qū)上空對(duì)流活動(dòng)也發(fā)生變化（袁媛等，2012）。

根據(jù)冬季次表層海溫指數(shù)與后期次表層海溫的回歸場(chǎng)（圖略）可以看出，春季次表層海溫同樣表現(xiàn)為東西反向的異常中心結(jié)構(gòu)，到夏季負(fù)異常中心沿溫躍層向東移動(dòng)，迫使東太平洋的正異常中心減弱。暖池區(qū)次表層海溫正負(fù)異常中心沿溫躍層?xùn)|傳與ENSO循環(huán)存在密切聯(lián)系（李崇銀，2002），其通過(guò)影響熱帶東、西太平洋海表溫度異常，熱帶地區(qū)出現(xiàn)異常的環(huán)流圈，后期大氣環(huán)流場(chǎng)也發(fā)生調(diào)整。

為進(jìn)一步探討次表層海溫對(duì)東亞大氣環(huán)流的影響，圖6a給出了冬季次表層海溫指數(shù)與后期夏季OLR場(chǎng)的相關(guān)，可以看到西北太平洋地區(qū)為顯著正相關(guān)，赤道西太平洋地區(qū)和我國(guó)華中地區(qū)則為顯著負(fù)相關(guān)，這表明次表層的冷暖信號(hào)與后期東亞太平洋地區(qū)對(duì)流活動(dòng)關(guān)系密切。異常信號(hào)的東傳使海表溫度發(fā)生異常，從而造成熱帶地區(qū)Walker環(huán)流和東亞地區(qū)Hadley環(huán)流的異常。垂直環(huán)流異常將迫使低層風(fēng)產(chǎn)生響應(yīng)和調(diào)整。圖6b是冬季次表層海溫指數(shù)與后期夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)的相關(guān)，熱帶地區(qū)為異常東風(fēng)氣流，我國(guó)南方到西北太平洋地區(qū)受異常反氣旋的西風(fēng)控制，西北太平洋對(duì)流活動(dòng)偏弱有利于該異常反氣旋繼續(xù)維持。暖池次表層異常冷海溫的不斷向東移動(dòng)使得類El Nio事件開(kāi)始衰減，后者在西北太平洋產(chǎn)生異常反氣旋。該反氣旋通過(guò)西北太平洋局地“風(fēng)—蒸發(fā)—海表溫度”反饋得以維持到夏季（Wang et al.，2000；Wu et al.，2009），并通過(guò)影響水汽輸送，進(jìn)而加強(qiáng)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的梅雨。

綜上所述，前期熱帶太平洋次表層海溫異常能較好地指示東亞夏季風(fēng)的變化，次表層海溫的季節(jié)演變將冬季儲(chǔ)存的異常信號(hào)在春夏季釋放出來(lái)，通過(guò)影響熱帶大氣環(huán)流圈進(jìn)而影響季風(fēng)區(qū)環(huán)流和降水?？梢?jiàn)，西北太平洋異常反氣旋（氣旋）起到了至關(guān)重要的作用，這也反映了熱帶洋面上的海氣相互作用對(duì)東亞夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的重要影響。

5 結(jié)論和討論

本文利用1979—2012年日本氣象廳次表層海溫資料和NCEP再分析資料，分析了前期熱帶太平洋次表層海溫與后期東亞夏季風(fēng)的聯(lián)系，隨后探討了次表層海溫影響東亞夏季風(fēng)環(huán)流場(chǎng)的可能機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：

1）冬季熱帶太平洋次表層海溫與后期夏季東亞夏季風(fēng)顯著相關(guān)，當(dāng)前期冬季西太平洋次表層海溫偏冷，東太平洋次表層海溫偏暖時(shí)（東正西負(fù)），次年?yáng)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱；反之，東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)。冬季次表層海溫的異常分布特征對(duì)東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱的預(yù)測(cè)有重要指示意義。

2）用SVD方法分析了冬季次表層海溫與東亞地區(qū)夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)不同模態(tài)海溫場(chǎng)的時(shí)間系數(shù)能有效區(qū)分兩類ENSO事件。第一模態(tài)850 hPa風(fēng)場(chǎng)最明顯的特征為西北太平洋出現(xiàn)異常反氣旋（氣旋）環(huán)流，我國(guó)東北地區(qū)被異常氣旋型（反氣旋）環(huán)流控制。而SVD第二模態(tài)海溫場(chǎng)與中部型ENSO事件相聯(lián)系，其對(duì)東亞夏季風(fēng)的影響并沒(méi)有第一模態(tài)的影響顯著。

3）冬季次表層海溫呈現(xiàn)東正西負(fù)的分布特征時(shí)，海表溫度表現(xiàn)為類El Nio事件分布型，東亞大陸與西太平洋地區(qū)之間的熱力差異加劇，西北太平洋受低層異常反氣旋控制，局地對(duì)流活動(dòng)減弱，同時(shí)其西北支將大量的水汽輸送到長(zhǎng)江和淮河流域，使中國(guó)東部降水偏多，東亞夏季風(fēng)偏弱；而對(duì)于次表層海溫距平呈現(xiàn)東負(fù)西正的分布特征，海表溫度表現(xiàn)為類La Nia事件分布型，東亞夏季風(fēng)整體偏強(qiáng)。但前者對(duì)東亞夏季氣候變化的影響更顯著。

4）冬季熱帶太平洋次表層海溫可能通過(guò)其自身能夠持續(xù)性地影響東亞—太平洋地區(qū)大氣環(huán)流異常。次表層海溫隨季節(jié)表現(xiàn)出明顯的發(fā)展和東移趨勢(shì)：冬季西太平洋暖池次表層冷（暖）海溫不斷堆積，沿溫躍層向東傳播使得中東太平洋次表層海溫逐漸變冷（暖），冷（暖）海溫上翻加強(qiáng)使得東太平洋海表溫度發(fā)生異常，影響到西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度，并在東亞地區(qū)形成經(jīng)向遙相關(guān)波列，通過(guò)西北太平洋異常反氣旋（氣旋）對(duì)東亞地區(qū)大氣環(huán)流以及氣候產(chǎn)生影響。

綜上，東亞夏季風(fēng)的年際異常與次表層海溫變化以及熱帶海氣相互作用關(guān)系密切，研究熱帶太平洋次表層海溫異常對(duì)東亞夏季風(fēng)以及東亞地區(qū)氣候變化的預(yù)測(cè)有重要參考價(jià)值。但是，本文僅著眼于熱帶海洋次表層海溫，研究熱帶海洋次表層與東亞夏季風(fēng)的聯(lián)系，需要選取更多的表征海洋特性的物理量（如熱容量、鹽度、混合層深度等指標(biāo)）進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

參考文獻(xiàn)（References）

Ashok K，Behera S K，Rao S A，et al.，2007.El Nio Modoki and its possible teleconnection[J].Journal of Geophysical Research：Oceans，112：C11007.

陳文，2002.El Nio 和 La Nia 事件對(duì)東亞冬，夏季風(fēng)循環(huán)的影響[J].大氣科學(xué)，26（5）：595610. Chen W，2002.Impacts of El Nio and La Nia on the cycle of East Asian winter and summer monsoon[J].Chin J Atmos Sci，26（5）：595610.（in Chinese）.

陳小婷，李雙林，李國(guó)平，2010.熱帶印度洋和太平洋增暖對(duì)東亞夏季風(fēng)趨勢(shì)的相反影響[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，33（5）：624633. Chen X T，Li S L，Li G P，2010.The opposite impact of Indian Ocean and Pacific Ocean warming on the East Asian summer monsoon[J].Trans Atoms Sci，33（5）：624633.（in Chinese）.

陳永利，趙永平，王凡，等，2011.熱帶太平洋次表層海溫異常年代際變率及其對(duì)中國(guó)氣候異常的影響[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，27（6）：785796. Chen Y L，Zhao Y P，Wang F，et al.，2011.The decadal variability of tropic subsurface ocean temperature anomaly and its impact on climate of China[J].J Trop Meteor，27（6）：785796.（in Chinese）.

Chen Y L，Zhao Y P，F(xiàn)eng J Q，et al.，2012.ENSO cycle and climate anomaly in China[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology，30（6）：9851000.

黃榮輝，孫鳳英，1994.熱帶西太平洋暖池的熱狀態(tài)及其上空對(duì)流活動(dòng)對(duì)東亞夏季氣候異常的影響[J].大氣科學(xué)，18（2）：141151. Huang R H，Sun F Y，1994.Impacts of thermal state and the convective activities in the tropical western warm pool on the summer climate anomalies in East Asia[J].Scientia Atmospherica Sinica，18（2）：141151.（in Chinese）.

黃榮輝，陳際龍，黃剛，等，2006.中國(guó)東部夏季降水的準(zhǔn)兩年周期振蕩及其成因[J].大氣科學(xué)，30（4）：545560. Huang R H，Chen J L，Huang G，et al.，2006.The quasibiennial oscillation of summer monsoon rainfall in China and its cause[J].Chin J Atmos Sci，30（4）：545560.（in Chinese）.

馮娟，管兆勇，王黎娟，等，2010.夏季熱帶中太平洋SST異常型與中國(guó)東部夏季氣候異常的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，33（5）：547554. Feng J，Guan Z Y，Wang L J，et al.，2010.Impact of central equatorial Pacific SSTA pattern on precipitation and temperature in East China in summer[J].Trans Atmos Sci，33（5）：547554.（in Chinese）.

李崇銀，2002.關(guān)于ENSO本質(zhì)的進(jìn)一步研究[J].氣候與環(huán)境研究，7（2）：160174. Li C Y，2002.A further study of essence of the ENSO[J].Climatic Environ Res，7（2）：160174.（in Chinese）.

Li J P，Zeng Q C，2003.A new monsoon index and the geographical distribution of the global monsoons[J].Adv Atmos Sci，20（2）：299302.

李建平，曾慶存，2005.一個(gè)新的季風(fēng)指數(shù)及其年際變化和與雨量的關(guān)系[J].氣候與環(huán)境研究，10（3）：351365. Li J P，Zeng Q C，2005.A new monsoon index，its interannual variability and relation with monsoon precipitation[J].Climatic Environ Res，10（3）：351365.（in Chinese）.

Li L P，Wang C，F(xiàn)u X，et al.，2015.The possible influence of tropical Pacific subsurface temperature anomalies on summer precipitation in eastern China[J].International Journal of Climatology，35（9）：24412450.

盧楚翰，黃露，何金海，等，2014.西太平洋暖池?zé)岷磕觌H變化及其對(duì)東亞氣候異常的影響[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，30（1）：6472. Lu C H，Huang L，He J H，et al.，2014.Interannual variability of heat content in western Pacific warm pool and its impact on the eastern Asian climatic anomaly[J].J Trop Meteor，30（1）：6472.（in Chinese）.

Nitta T，1987.Convective activities in the tropical western Pacific and their impact on the Northern Hemisphere summer circulation[J].J Meteor Soc Japan，65（3）：373390.

祁莉，王曉芳，何金海，等，2014.前期西太平洋暖池?zé)岷慨惓Ｓ绊戦L(zhǎng)江中下游夏季降水的可能途經(jīng)[J].地球物理學(xué)報(bào)，37（8）：17691781. Qi L，Wang X F，He J H，et al.，2014.The approach of previous anomalous heat content in the western Pacific warm pool affecting the summer rainfall over the middle and lower reaches of the Yangtze River[J].Chinese Journal of Geophysics，37（8）：17691781.（in Chinese）.

Wang B，1992.The vertical structure and development of the ENSO anomaly mode during 1979—1989[J].J Atmos Sci，49（8）：698712.

Wang B，Wu R G，F(xiàn)u X H，2000.PacificEast Asian teleconnection：How does ENSO affect East Asian climate？[J].J Climate，13（9）：15171536.

翁學(xué)傳，張啟龍，顏廷壯，1996.熱帶西太平洋暖池域次表層水熱含量變化及其與我國(guó)東部汛期降水和副高的相關(guān)關(guān)系[J].海洋科學(xué)集刊，37：19. Weng X C，Zhang Q L，Yan T Z，1996.Variation of the subsurface water heat content in the tropical western Pacific warm pool area and its relation to precipitation in eastern China and to the western Pacific subtropical high[J].Studia Marina Sinica，37：19.（in Chinese）.

Wu B，Li T，Zhou T J，2010.Asymmetry of atmospheric circulation anomalies over the western North Pacific between El Nio and La Nia[J].J Climate，23（18）：48074822.

Wu B，Zhou T J，Li T，2009.Seasonally evolving dominant interannual variability modes of East Asian climate[J].J Climate，22（11）：29923005.

Xu K，Zhu C W，He J H，2012.Linkage between the dominant modes in Pacific subsurface ocean temperature and the two type ENSO events[J].Chin Sci Bull，57（26）：34913496.

楊曉苑，王盤(pán)興，覃軍，等，2007.大洋間SST遙聯(lián)與亞太夏季風(fēng)異常的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，30（2）：194200. Yang X Y，Wang P X，Qin J，et al.，2007.Teleconnection of sea surface temperatures and its relation with AsianPacific summer monsoon anomaly[J].Trans Atmos Sci，30（2）：194200.（in Chinese）.

晏紅明，李清泉，袁媛，等，2013.夏季西北太平洋大氣環(huán)流異常及其與熱帶印度洋—太平洋海溫變化的關(guān)系[J].地球物理學(xué)報(bào)，56（8）：25422557. Yan H M，Li Q C，Yuan Y，et al.，2013.Circulation variation over western North Pacific and its association with tropical SSTA over Indian Ocean and the Pacific[J].Chinese Journal of Geophysics，56（8）：25422557.（in Chinese）.

Yu J Y，Kao H Y，Lee T，et al.，2011.Subsurface ocean temperature indices for CentralPacific and EasternPacific types of El Nio and La Nia events[J].Theor Appl Climatol，103（3/4）：337344.

于淑秋，林學(xué)椿，施曉暉，2008.東亞夏季風(fēng)的年際變化及其與環(huán)流和降水的關(guān)系[J].地理學(xué)報(bào)，63（7）：751760. Yu S Q，Lin X C，Shi X H，2008.Interannual variation of East Asian summer monsoon and the relationship with atmospheric circulation and rainfall[J].Acta Geographica Sinica，63（7）：751760.（in Chinese）.

袁媛，楊輝，李崇銀，2012.不同分布型厄爾尼諾事件及對(duì)中國(guó)次年夏季降水的可能影響[J].氣象學(xué)報(bào)，70（3）：467478. Yuan Y，Yang H，Li C Y，2012.Study of El Nio events of different types and their potential impact on the following summer precipitation in China[J].Acta Meteorologica Sinica，70（3）：467478.（in Chinese）.

Zebiak S E，1989.Oceanic heat content variability and El Nio cycles[J].J Phys Oceanogr，19（4）：475486.

曾剛，孫照渤，倪東鴻，等，2006.赤道太平洋次表層要素變化特征及其與表面風(fēng)應(yīng)力關(guān)系[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，29（2）：145150. Zeng G，Sun Z B，Ni D H，et al.，2006.Variability of tropical Pacific subsurface physical quantity fields and their correlations with zonal wind stress[J].J Nanjing Inst Meteor，29（2）：145150.（in Chinese）.

曾剛，伯忠凱，孫照渤，等，2013.海表溫度異常影響東亞夏季風(fēng)年代際變化的數(shù)值模擬[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，36（3）：286296. Zeng G，Bo Z K，Sun Z B，et al.，2013.Numerical simulation of SSTA effect on interdecadal variation of East Asian summer monsoon[J].Trans Atmos Sci，36（3）：286296.（in Chinese）.

Zhang R H，Levitus S，1997.Interannual variability of the coupled tropical Pacific oceanatmosphere system associated with the El NioSouthern Oscillation[J].J Climate，10（6）：13121330.

張人禾，李強(qiáng)，2004.熱帶海洋變異對(duì)東亞季風(fēng)的影響[J].氣象，30（12）：2226. Zhang R H，Li Q，2004.Impact of temperature variability of tropical oceans on East Asian monsoon[J].Meteor Mon，30（12）：2226.（in Chinese）.

趙永平，陳永利，王凡，等，2007.熱帶太平洋海洋混合層水體振蕩與ENSO循環(huán)[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，37（8）：11201133. Zhao Y P，Chen Y L，Wang F，et al.，2007.Tropical Pacific Ocean mixed layer water oscillation and ENSO cycle[J].Science China：Earth Sciences，37（8）：11201133.（in Chinese）.

In this study，based on the output of historical ocean temperature analysis program conducted by Japan Meteorological Agency and NCEP/NCAR reanalysis project，a relationship between tropical Pacific Subsurface Ocean Temperature Anomalies（SOTA） and East Asian Summer Monsoon（EASM） is proposed and investigated.The results indicated that there is a strong correlation between SOTA during winter and EASM.Among the three leading modes in the tropical Pacific subsurface temperature，the first mode has a dipole pattern，with warming in the eastern Pacific and cooling in the western Pacific，which is closely related to traditional El Nio，the western Pacific subtropical high（WPSH） is enhanced.An anomalous anticyclone with its southwesterly winds dominating over the western North Pacific，carrying abundant moisture to Yangtze River and Huaihe River Basin as well.Subsequently，it favors a positive precipitation anomaly along with a poor EASM，which in comparison with traditional El Nio，demonstrating that the impact of traditional El Nio is more significant than the EASM.The persistence of SOTA during winter could lead to form sustainable effects，affecting the general circulations over East Asian Pacific.When a continuous negative（positive） SOTA in the warm pool moves eastwards，the Sea Surface Temperature（SST） of East Pacific becomes cold（warm），while the strengthening of overturning due to the temperature of cold（warm） sea causes anomalies in the SST.Consequently，a meridional wave train appears over East Asia in the summer.Under the impact of an anomalous Western North Pacific anticyclone，it highly affects the atmospheric circulation and climate as well.

tropical Pacific Ocean；subsurface ocean temperature anomalies；ENSO；western North Pacific anticyclone；East Asian summer monsoon

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20150310004

（責(zé)任編輯：孫寧）