ENSO與中國夏季降水的聯(lián)系：冬季QBO的調(diào)制作用

劉楚薇，饒建,2，吳志文，胡家暉，馬小涵，劉韻雯，王博

（1.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京210044;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.古浪縣氣象局，甘肅武威733100）

1 引 言

中國夏季降水表現(xiàn)出很強的年際變率，在諸多的影響因子中厄爾尼諾(El Ni?o)備受關(guān)注。例如，1998年和2016年夏季受超級El Ni?o的影響，我國長江流域發(fā)生了較嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害,多地發(fā)生特大暴雨[1-2]。厄爾尼諾-南方濤動(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)是熱帶太平洋地區(qū)海氣系統(tǒng)年際變率的主導(dǎo)信號，但它也可通過影響菲律賓附近的對流活動激發(fā)出亞洲-太平洋(East Asia-Pacific,EAP)波列，進一步調(diào)制我國夏季降水[3]。ENSO的不同階段對我國夏季降水也有截然不同的影響。例如，金祖輝等[4]、黃榮輝等[5]研究表明，當(dāng)El Ni?o事件處于發(fā)展(衰減)階段時，江淮流域夏季降水偏多(少)。Wang等[6-7]的研究表明，在El Ni?o成熟階段之后，熱帶西北太平洋上空激發(fā)出異常反氣旋，加強了夏季風(fēng)對水汽的輸送，我國東部鋒面降水增多。關(guān)于此異常反氣旋環(huán)流的形成，后續(xù)的研究也指出，印度洋的海洋表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)增暖導(dǎo)致Walker環(huán)流的改變，使得熱帶西太平洋降水減少，從而也可在冬季和春季西北太平洋激發(fā)出異常反氣旋[8-9]。最近研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)夏季熱帶印度洋處于異常偏暖(冷)時，南亞高壓增強(減弱)且中心南移(北移)[10-12]，而南亞高壓與我國夏季降水和環(huán)流的變化密切相關(guān)。但是由于其他強迫因子的協(xié)同作用、氣候態(tài)的年代際轉(zhuǎn)折以及ENSO的非對稱非線性特性[13-14]，ENSO與中國夏季降水的關(guān)系表現(xiàn)出不穩(wěn)定的特性[15-17]。例如，Karori等[18]的研究指出，暖ENSO(即El Ni?o)對長江流域的降水有正的影響，對華南降水有負(fù)的影響；而冷 ENSO(即La Ni?a)的影響卻不顯著。此外，ENSO與東亞季風(fēng)的關(guān)系表現(xiàn)出非常顯著的年代際變化，這主要與太平洋年代際振蕩的位相轉(zhuǎn)換有關(guān)[19-24]。此外，ENSO冷暖位相與熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-Julian Oscillation,MJO)有一定關(guān)聯(lián)。嚴(yán)欣等[25]的研究表明，當(dāng)夏季MJO在太平洋(印度洋)持續(xù)活躍時，易于激發(fā)暖(冷)ENSO事件。很有必要探究ENSO影響中國夏季降水異常關(guān)系不穩(wěn)定性的其他原因。

正如ENSO作為熱帶海洋-對流層耦合系統(tǒng)的主導(dǎo)變率，平流層準(zhǔn)兩年振蕩(Stratospheric Quasi-Biennial Oscillation,QBO)是熱帶平流層年際變化的主要模態(tài)。QBO現(xiàn)象雖然只發(fā)生在熱帶，但是它能通過多種途徑調(diào)制熱帶以外區(qū)域環(huán)流[26-28]，從而對全球天氣和氣候產(chǎn)生不可忽略的影響。事實上，已有研究指出我國夏季降水存在著準(zhǔn)兩年周期振蕩[29-31]。李崇銀等[32-33]研究指出，QBO可以影響我國區(qū)域降水，如QBO由東(西)風(fēng)向西(東)風(fēng)的轉(zhuǎn)換時，黃河中下游降水偏多(少)。廖荃蓀等[34]研究也指出QBO為西(東)風(fēng)位相時，7月雨帶位置偏北(南)。Zheng等[35]研究了QBO對南海季風(fēng)的影響，結(jié)果表明當(dāng)QBO處于西(東)風(fēng)位相時，南海季風(fēng)相對較弱(強)。

對QBO與ENSO的協(xié)同作用這一科學(xué)問題，前人也已經(jīng)做了一定的探索性工作。Richter等[36]借助一個中層大氣環(huán)流模式，分析了QBO與ENSO對平流層爆發(fā)性增溫 (Stratospheric Sudden Warmings,SSW)的影響并指出QBO或ENSO單獨作用時SSW的發(fā)生頻率并無變化；但是當(dāng)同時去除QBO和ENSO兩個強迫時，SSW的發(fā)生頻率明顯減少。再如，Xue等[37]在研究ENSO與南亞高壓之間的聯(lián)系時指出，QBO東風(fēng)位相時，ENSO與南亞高壓之間的聯(lián)系更緊密，且ENSO的大氣橋效應(yīng)更顯著，印度洋夏季海盆一致增暖更強。這些研究結(jié)果都表明在研究ENSO的區(qū)域與全球氣候效應(yīng)時，都需要考察QBO的調(diào)制作用。觀測的ENSO事件和QBO事件在很多情況下會有位相重合[38]，然而仍有很多情況二者位相配置是不重合的。

將氣候系統(tǒng)中最為主導(dǎo)的兩個年際變率模態(tài)結(jié)合并探討我國夏季氣候響應(yīng)的研究仍不多見。本文試圖研究QBO與ENSO不同配置時我國夏季降水響應(yīng)情況，揭示中國夏季降水異常的可能原因。本文第2部分給出研究所用到的資料和方法；第3部分探究了ENSO與QBO不同配置與中國夏季降水之間的聯(lián)系；第4部分論述了ENSO和QBO不同配置下SST及風(fēng)場的演變；第5部分探究了ENSO和QBO不同配置下的環(huán)流響應(yīng)；最后一部分給出全文總結(jié)與討論。

2 資料和方法

2.1 資 料

本文用到的QBO指數(shù)數(shù)據(jù)來自于德國柏林自由大學(xué)(http://www.geo.fuberlin.de/en/met/ag/strat/produkte/qbo/qbo.dat)；所用的SST數(shù)據(jù)由英國氣象局哈德來中心(HadISST)[39]提供；ENSO指數(shù)(Ni?o3.4)由美國氣候預(yù)測中心(CPC)提供。為了診斷不同ENSO與QBO配置下大氣環(huán)流特征，本文還使用了由美國環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)和美國大氣研究中心(NCAR)聯(lián)合研發(fā)的第一套再分析資料，所用的氣象變量包括高度場、水平二維風(fēng)場和比濕等，時間跨度截取為1961—2016年，其分辨率均為2.5°×2.5°。其中高度場和風(fēng)場有17層(1 000～100 hPa)，比濕有 8 層(1 000～300 hPa)，更詳細(xì)的資料說明可以參考文獻[40]。

為了進一步探究ENSO與QBO不同配置時夏季降水特征，我們還使用了中國氣象局整編的臺站降水資料，時間跨度為1961—2014年，共54年，分辨率為0.5°×0.5°。為證實該資料的真實性和結(jié)論的可靠性，本文還使用了全球降水氣候中心(GPCC)提供的全球陸地月平均降水資料[41]，該資料的水平分辨率同樣為0.5°×0.5°。這兩套降水資料已被廣泛應(yīng)用于中國降水年際變化的研究[42-43]。

2.2 方 法

本文QBO指數(shù)取為30 hPa赤道地區(qū)(5°S～5°N)平均緯向風(fēng)，定義冬季平均的QBO指數(shù)大于5 m/s為西風(fēng)事件(WQBO)，小于-5 m/s為東風(fēng)事件(EQBO)。對于ENSO事件，定義冬季平均的Ni?o3.4(170～120 °W,5 °S～5 °N)指數(shù)大于 0.5倍標(biāo)準(zhǔn)差 (σ=0.84℃)的年份為El Ni?o年，小于-0.5倍標(biāo)準(zhǔn)差的年份為La Ni?a年?；诖藰?biāo)準(zhǔn)，本文分析了 1961—2014年期間 QBO指數(shù)與Ni?o3.4指數(shù)極端配置并列入表1，分為QBO西風(fēng) /El Ni?o(WQBO-El)、QBO 西 風(fēng) /La Ni?a(WQBO-La)、QBO 東 風(fēng) /El Ni ?o(EQBO-El)與QBO東風(fēng)/La Ni?a(EQBO-La)。本文進一步將所挑選的年份分為ENSO發(fā)展年和ENSO衰減年兩種情況(表1中斜線前數(shù)字為發(fā)展年，斜線后數(shù)字為衰減年)，對應(yīng)的夏季記為ENSO發(fā)展年夏季和ENSO衰減年夏季。

為進一步探究ENSO不同階段降水響應(yīng)特征，本文對于以上四種配置下ENSO發(fā)展年和衰減年夏季降水及其有關(guān)的環(huán)流異常進行合成分析。當(dāng)?shù)孛嬲舭l(fā)量和水汽擴散對水汽變化的貢獻較少時，整層水汽通量輻合(輻散)異常往往與降水偏多(偏少)有關(guān)，所以本文還計算了整層大氣的水汽通量散度以表明大氣環(huán)流對降水的影響，積分層次為1 000～300 hPa。此外，本文還采用了t檢驗等統(tǒng)計方法。

3 ENSO和QBO與中國夏季降水異常的聯(lián)系

3.1 ENSO與QBO指數(shù)的正交關(guān)系

圖 1為 1961—2016年冬季 N?o3.4指數(shù)和QBO指數(shù)時間序列。本文定義的12月—次年2月的冬季為12月所在年份的冬季。通過Ni?o3.4指數(shù)(圖1a)和QBO指數(shù)(圖1b)逐年對比發(fā)現(xiàn)，兩者并無顯著相關(guān)關(guān)系。QBO指數(shù)表現(xiàn)出明顯的準(zhǔn)兩年周期。在1961—2016年的55年中，平流層西風(fēng)位相24年，東風(fēng)位相22年。在西風(fēng)位相的24年中，有 6 年為 El Ni?o 年，有 8 年為 La Ni?a年。在東風(fēng)位相的22年中，有11年為El Ni?o年，有8 年為 La Ni?a年。其中，強 El Ni?o年中的1972/1973、1982/1983年為西風(fēng)位相，同為強El Ni?o 年的 1991/1992、1997/1998、2015/2016 年則為東風(fēng)位相 。 強 La Ni?a年 的 1970/1971、1975/1976、1998/1999、2007/2008 年均為西風(fēng)位相，同為強 La Ni?a 年的 1973/1974、1988/1989、1999/2000年則為東風(fēng)位相，而2010/2011年平流層風(fēng)向則為中性位相。

圖1 冬季 Ni?o3.4(170～120 °W,5 °S～5 °N)指數(shù)(a，單位:℃;參考線:0和±0.5倍標(biāo)準(zhǔn)差)與冬季QBO 指數(shù)(5 °S～5 °N,50 hPa)時間序列(b，單位:m/s;參考線:0和±5)

圖2 給出了冬季平均的 Ni?o3.4和QBO指數(shù)的散點圖，圖中的點在各個象限中大致均勻分布，在一般情況下，QBO與ENSO之間并不具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。經(jīng)計算，QBO與ENSO線性相關(guān)系數(shù)僅為-0.041，沒有通過顯著性檢驗，證明了QBO與ENSO并無明顯線性關(guān)系。根據(jù)ENSO和QBO的象限分布，挑選出它們的極端配置(表 1)。

圖2 冬季平均的 Ni?o3.4(縱坐標(biāo)，單位：℃)和冬季平均的QBO(橫坐標(biāo)，單位：m/s)指數(shù)散點圖

3.2 ENSO與QBO不同配置與中國夏季降水之間的聯(lián)系

圖3 給出了QBO與ENSO不同配置時，ENSO發(fā)展年夏季(圖3a1～圖3d1)與衰減年夏季(圖3a2～圖3d2)的臺站降水異常場。QBO西風(fēng)位相的El Ni?o發(fā)展年夏季(圖3a1)，沿江流域、青藏高原及其以東、東北大部和山東半島降水異常偏少，而華南沿海降水則異常偏多。從低層異常風(fēng)場來看，日本東南洋面有異常反氣旋環(huán)流，此異常反氣旋西南側(cè)的東南風(fēng)和陸地異常東北風(fēng)以及來自孟加拉灣的異常西南風(fēng)恰好在華南沿海相遇，形成有利于低層異常輻合的環(huán)流形勢，與華南降水正異常吻合。比較而言，在El Ni?o衰減年夏季(圖3a2)，長江中下游沿岸、華北、東北為降水偏多，而青藏高原、山東半島和東南沿海出現(xiàn)了顯著的降水負(fù)異常。受到菲律賓異常反氣旋西北側(cè)異常西南氣流的影響，江淮流域出現(xiàn)了降水正異常，正異常中心比發(fā)展年夏季(圖3a1)偏北。受到濕潤的異常偏東風(fēng)影響，東北和華北降水明顯偏多。

QBO西風(fēng)位相的 La Ni?a發(fā)展年夏季(圖3b1)，高原東部和江淮流域出現(xiàn)了顯著的降水正異常，而華北、東北北部以及華南地區(qū)呈明顯的降水負(fù)異常。日本以南洋面有異常氣旋環(huán)流，其北側(cè)異常偏東氣流加強了水汽輸送，使得黃河以南和長江以北地區(qū)降水偏多。在La Ni?a衰減年夏季 (圖3b2)，青藏高原東部、長江流域都出現(xiàn)了較明顯的降水負(fù)異常，此時我國東南沿海及臨近海域上空有弱異常氣旋環(huán)流，東南沿海降水異常并不顯著。

QBO東風(fēng)位相的 El Ni?o發(fā)展年夏季(圖3c1)，長江以北較常年明顯偏旱，以南偏澇，較強的降水正異常也出現(xiàn)在東北地區(qū)。此時，日本以南海域上空有一異常反氣旋。在El Ni?o衰減年夏季(圖3c2)，菲律賓東北側(cè)海洋上有異常反氣旋，強度較圖3a2弱。長江與黃河之間區(qū)域為顯著的正降水異常響應(yīng)，與其北側(cè)的偏北風(fēng)異常以及其南側(cè)的偏南風(fēng)異常在該地輻合相對應(yīng)。相比之下，華南降水依然偏少。

QBO東風(fēng)位相的La Ni?a發(fā)展年夏季 (圖3d1)，長江以南地區(qū)及京津冀地區(qū)降水為顯著的正異常；我國西南、淮河流域和東北呈明顯的負(fù)異常，此時菲律賓以東洋面有較強異常反氣旋。在La Ni?a衰減年夏季(圖3d2)，華北地區(qū)出現(xiàn)了降水負(fù)異常，而南方沿海和東北地區(qū)也為降水負(fù)異常。菲律賓東北洋面上對應(yīng)著較強的氣旋式環(huán)流異常，中國東部地區(qū)整體上為北風(fēng)異常占據(jù)，因而整體偏旱。

El Ni?o發(fā)展年夏季，全國范圍內(nèi)雨量偏少區(qū)域整體超過雨量偏多區(qū)域；長江中下游區(qū)域雨量偏少，多雨帶位于江淮之間。而在El Ni?o衰減年夏季，降水分布則相反，長江及江南地區(qū)雨量偏多，其南北兩側(cè)雨量偏少。這與金祖輝等[4]得出的結(jié)論基本一致。相比而言，我國夏季降水異常與La Ni?a事件聯(lián)系就沒那么顯著，表現(xiàn)出非對稱性。Wang等[6]研究指出，西北太平洋異常氣旋(反氣旋)的形成，將ENSO事件對我國氣候的影響持續(xù)到衰減年春夏季。而QBO不同位相時該異常反氣旋(氣旋)位置和強度有顯著差異。QBO東風(fēng)位相時，El Ni?o(La Ni?a)發(fā)展年夏季，菲律賓異常氣旋(反氣旋)強度更強，位置更偏西偏北；而在衰減年夏季，菲律賓異常反氣旋(氣旋)強度更弱(強)，位置更偏東。

為了保證上述結(jié)論的可靠性，我們進一步給出全球氣候中心降水資料的合成結(jié)果(圖4)，兩套資料中降水異常值的空間分布大致相同。由此得出ENSO是影響我國夏季降水時空分布的重要因子，而QBO可能會影響ENSO冷暖位相時西北太平洋異常反氣旋(氣旋)的強度、范圍和位置，從而影響我國降水的時空分布。說明QBO與ENSO對我國夏季降水，特別是南方降水的協(xié)同調(diào)制作用確實存在，有必要研究二者不同配置時降水異常響應(yīng)特征和具體的物理過程。

圖3 ENSO發(fā)展年夏季(a1～d1)與衰減年夏季(a2～d2)臺站降水異常場(陰影，單位：mm/mon)以及850 hPa風(fēng)場(矢量,單位:m/s) a.WQBO-El;b.WQBO-La;c.EQBO-El;d.EQBO-La。黑線標(biāo)出了降水異常通過0.10顯著性檢驗。

圖4 同圖3，但降水?dāng)?shù)據(jù)源自全球降水氣候中心月降水合成數(shù)據(jù)

鑒于整層積分的水汽通量散度與降水往往有很好的對應(yīng)關(guān)系[44]，圖5給出了整層積分水汽通量散度異常。為了說明方便，這里的水汽通量散度在積分前(▽·qV→)已經(jīng)作了逆號處理(-▽·qV→)。在El Ni?o 發(fā)展年夏季(圖 5a1、5c1)，異常水汽輻合主要集中在華南地區(qū)，有利于降水偏多；而長三角地區(qū)則表現(xiàn)為異常的水汽輻散，這與降水負(fù)異常對應(yīng)。在 El Ni?o 衰減年夏季(圖 5a2、5c2)，江淮流域有水汽通量輻合異常，與江淮流域降水正異常對應(yīng)。El Ni?o對中國夏季整層積分水汽通量散度的影響受到QBO的調(diào)制。具體而言，在El Ni?o發(fā)展年，QBO西風(fēng)位相時整層積分水汽通量異常輻合的區(qū)域呈明顯的緯向型分布(圖5a1)，而QBO東風(fēng)位相時呈經(jīng)向型(圖5c1)。在El Ni?o衰減年，QBO西風(fēng)位相時整層積分水汽通量散度異常輻合呈現(xiàn)出東北-西南走向，而在QBO東風(fēng)位相主要沿長江流域呈帶狀分布，這些差異可能與副熱帶高壓的形態(tài)有關(guān)。在La Ni?a發(fā)展年夏季，QBO不同位相下，長江以南水汽通量散度異常反號(圖5b1、5d1)。在La Ni?a衰減年，QBO不同位相下，異常水汽輻合區(qū)基本相同；相比之下，東風(fēng)位相時長江以南地區(qū)異常輻合區(qū)正異常范圍更大(圖5b2、5d2)。

圖5 同圖3，但為大氣整層積分(1 000～300 hPa)的水汽通量散度異常(單位：mm/mon)

4 ENSO和QBO不同配置下SST及環(huán)流異常響應(yīng)

4.1 ENSO和QBO不同配置SST異常演變

圖6給出了QBO與ENSO在不同配置時，ENSO發(fā)展年6月到衰減年8月，赤道SST異常和850 hPa風(fēng)場的緯向-時間演變圖。在El Ni?o(La Ni?a)事件發(fā)展階段，赤道中東太平洋異常西風(fēng)(東風(fēng))不斷加強，SST正(負(fù))異常不斷發(fā)展，覆蓋范圍有所擴大；伴隨異常西風(fēng)(東風(fēng))達到最強，El Ni?o(La Ni?a)事件也達到成熟階段。進入衰減階段，西風(fēng)(東風(fēng))異常減弱，El Ni?o(La Ni?a) 事件逐漸衰減，赤道中東太平洋正(負(fù))SST異常逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)(正)。

對于El Ni?o事件而言，QBO西風(fēng)位相(圖6a)時赤道中東太平洋西風(fēng)異常和SST正異常均比QBO東風(fēng)位相(圖6c)時更強，但SST正異常衰減更迅速。在赤道西太平洋，QBO西風(fēng)位相時SST在整個演變過程中主要呈現(xiàn)負(fù)異常，發(fā)展年受異常西南風(fēng)控制，而衰減年異常風(fēng)速較??；QBO東風(fēng)位相時在發(fā)展階段SST均呈負(fù)異常，西南風(fēng)異常主導(dǎo)，盛期過后SST異常出現(xiàn)逆號，盛行東北風(fēng)。El Ni?o發(fā)展階段，QBO西風(fēng)位相時熱帶印度洋SST異常為西正東負(fù)的偶極型，在El Ni?o成熟階段，東印度洋被較強東風(fēng)控制，海溫一致增暖；而QBO東風(fēng)位相時，赤道印度洋海溫在整個El Ni?o事件演變階段均為SST正異常，東印度洋為異常東風(fēng)主導(dǎo)。

對La Ni?a事件而言，QBO不同位相時赤道中東太平洋異常西風(fēng)差異較?。幌噍^QBO東風(fēng)位相(圖6d)，西風(fēng)位相時(圖6b)SST負(fù)異常衰減更慢。在La Ni?a發(fā)展階段，QBO西風(fēng)位相時赤道西太平洋受異常東風(fēng)控制，SST呈現(xiàn)正異常；La Ni?a盛期以后，異常西風(fēng)減弱并轉(zhuǎn)為異常東風(fēng)，SST正異常逐漸逆號；QBO東風(fēng)位相時西太平洋SST在整個La Ni?a事件的演變中均呈現(xiàn)正異常。QBO西風(fēng)位相時赤道印度洋SST基本為負(fù)異常；而東風(fēng)位相時赤道印度洋在La Ni?a發(fā)展年SST無明顯擾動，衰減年SST為較弱負(fù)異常。

可見 QBO 不同位相對 El Ni?o(La Ni?a)事件期間熱帶各海域SST異常和低層風(fēng)場有調(diào)制作用。相比較于QBO西風(fēng)位相，QBO東風(fēng)位相時整個 El Ni?o(La Ni?a)事件期間，中東太平洋 SST正(負(fù))異常更弱(強)，西太平洋 SST 負(fù)(正)異常持續(xù)時間更短(長)，印度洋SST正(負(fù))異常卻持續(xù)更久(短)。赤道太平洋和印度洋的SST異常通過影響垂直環(huán)流和對流加熱，激發(fā)出異常的波列，改變東亞的大氣環(huán)流，從而對東亞的氣候產(chǎn)生顯著影響。

圖6 赤道(5 °S～5 °N)SST(陰影，單位：℃)與 850 hPa風(fēng)場(矢量，單位：m/s)異常的經(jīng)度-時間演變

4.2 ENSO和QBO不同配置緯向環(huán)流響應(yīng)

圖7給出了QBO與ENSO在不同配置時，ENSO發(fā)展年夏季、成熟位相冬季及衰減年夏季赤道異常垂直速度。在El Ni?o(La Ni?a)事件發(fā)展年夏季(圖7a1～圖7d1)，西太平洋為異常下沉(上升)支；中東太平洋為異常上升(下沉)支；印度洋上空的緯向垂直環(huán)流不明顯。在El Ni?o(La Ni?a)事件成熟期冬季(圖 7a2～圖 7d2)，赤道印度洋和太平洋的緯向垂直環(huán)流圈反向，吳國雄等[44]將其稱為“齒輪耦合”，齒輪嚙合點在印度尼西亞群島附近。ENSO暖(冷)事件時嚙合點附近西太平洋異常下沉 (上升)，赤道印度洋和中東太平洋異常上升 (下沉)。在El Ni?o事件衰減年夏季 (圖7a3、7c3)，嚙合點東移，赤道印度洋和西太平洋異常上升受到QBO的調(diào)控而明顯不同；而在La Ni ?a事件衰減年夏季(圖7b3、7c3)西太平洋異常上升，印度洋和中東太平洋異常下沉。

El Ni?o事件發(fā)展年夏季和成熟年冬季，與QBO西風(fēng)位相相比 (圖7a1、7a2)，東風(fēng)位相 (圖7c1、7c2)時太平洋異常上升支位置更偏東，高層異常東風(fēng)偏東；印度洋低層異常東風(fēng)更強盛；在衰減年夏季，QBO東風(fēng)位相時(圖7c3)相比較于西風(fēng)位相(圖7a3)，赤道東印度洋的異常上升支更淺。在La Ni?a事件發(fā)展年夏季，QBO兩個位相差別不明顯(圖7b1、7d1)；在成熟年冬季和衰減年夏季，相比較而言，QBO東風(fēng)位相時西太平洋中低層異常東西風(fēng)輻合上升更強(圖 7b2、7d2、7b3、7d3)。

圖7 ENSO 發(fā)展年夏季(a1～d1)、成熟位相冬季(a2～d2)及衰減年夏季(a3～d3)赤道(5 °S～5 °N)垂直速度(ω)異常高度-經(jīng)度分布 a.WQBO-El;b.WQBO-La;c.EQBO-El;d.EQBO-La。陰影區(qū)標(biāo)出了異常通過0.10顯著性檢驗的區(qū)域。

赤道印度洋和太平洋的緯向垂直環(huán)流主要受ENSO影響，但QBO的調(diào)制作用明顯。El Ni?o(La Ni?a)事件發(fā)展年夏季，QBO 東(西)風(fēng)位相時，赤道東太平洋異常上升(下沉)支更深厚。El Ni?o事件衰減年夏季，海洋大陸的異常上升強度在QBO東風(fēng)位相時要比西風(fēng)位相淺；La Ni?a受QBO的調(diào)制仍不清晰。最新研究也表明，在QBO的東風(fēng)位相時熱帶深對流趨于增強，具體的物理機理還有待進一步的研究[46-48]。

5 ENSO和QBO不同配置下東亞環(huán)流系統(tǒng)響應(yīng)

5.1 太平洋副熱帶高壓響應(yīng)特征

西北太平洋副熱帶高壓是影響我國夏季降水異常的關(guān)鍵系統(tǒng)，也是聯(lián)系東亞夏季降水對ENSO響應(yīng)的紐帶。為比較QBO不同位相下，ENSO對副高的影響差異，圖8首先給出了ENSO發(fā)展年和衰減年夏季低層環(huán)流異常場。El Ni?o發(fā)展年夏季(圖8a1、8c1),菲律賓以東洋面為負(fù)高度異常。QBO西風(fēng)位相時，負(fù)異常區(qū)域更大并向西北延伸至我國東南沿海，而東亞為正高度異常；QBO東風(fēng)位相時東亞環(huán)流異常分布類似，但菲律賓海移動洋面的高度負(fù)異常偏弱。El Ni?o衰減年夏季(圖8a2、8c2)，西北太平洋為顯著的高度正異常；QBO西風(fēng)位相時正異常更強。La Ni?a發(fā)展年夏季(圖8b1、8d1)，菲律賓以東洋面上空為弱正異常，且QBO東風(fēng)位相時正異常更顯著。在La Ni?a衰減年夏季(圖8b2、8d2)，菲律賓海上空為負(fù)高度異常，且QBO東風(fēng)位相時，負(fù)異常更強更顯著。因此，QBO對ENSO的調(diào)制在其衰減年夏季更為明顯；比較而言，QBO西(東)風(fēng)位相下的El Ni?o(La Ni?a)衰減年夏季的西北太平洋正 (負(fù))高度比QBO東(西)風(fēng)位相強。

圖8 ENSO發(fā)展年夏季(a1～d1)與ENSO衰減年夏季(a2～d2)850 hPa高度異常 等值線單位：gpm。a.WQBO-El;b.WQBO-La;c.EQBO-El;d.EQBO-La。灰色陰影為地形海拔高度超過1 500 m的區(qū)域，打點區(qū)的高度異常超過0.10的顯著性檢驗。

與此同時，我們還考察了夏季太平洋副熱帶高壓范圍的變化(圖9)，它給出了ENSO發(fā)展年與衰減年夏季850 hPa上1 520 gpm等高線的分布。在El Ni?o發(fā)展年夏季(圖9a)，QBO西風(fēng)位相時太平洋副熱帶高壓與氣候態(tài)接近一致，QBO東風(fēng)位相時副熱帶高壓西伸北抬。在La Ni?a發(fā)展年夏季 (圖9a)，QBO西風(fēng)位相時副熱帶高壓西伸至大陸，QBO東風(fēng)位相時副熱帶高壓的位置偏南但略微西伸。在El Ni?o衰減年夏季(圖9b)，QBO西風(fēng)位相時副熱帶高壓西伸至大陸，QBO東風(fēng)位相時副熱帶高壓向西伸展不明顯。在La Ni?a衰減年夏季 (圖9b)，QBO西風(fēng)位相時副熱帶高壓范圍顯著縮小，QBO東風(fēng)位相時副熱帶高壓略微東撤。

副熱帶高壓的空間分布與高度異常分布相吻合，即QBO的調(diào)制作用主要體現(xiàn)在ENSO衰減年夏季。El Ni?o(La Ni?a)衰減年夏季，QBO 東風(fēng)位相時副熱帶高壓海洋上覆蓋范圍較QBO西風(fēng)位相小(大)，位置更偏南(北)偏西(東)。

圖9 ENSO發(fā)展年(a)與衰減年(b)夏季850 hPa太平洋副熱帶高壓(1 520 gpm)的范圍與位置

5.2 南亞高壓響應(yīng)特征

南壓高壓輻散強度對我國夏季降水也有顯著影響，圖10給出了合成的ENSO發(fā)展年與衰減年夏季100 hPa南亞高壓的范圍與位置。在El Ni?o(La Ni?a)發(fā)展年夏季，南亞高壓的面積和活動范圍與氣候態(tài)十分接近 (偏小)，QBO的調(diào)制作用非常弱(圖10a)。然而，在ENSO衰減年夏季，南亞高壓范圍較多年氣候平均態(tài)明顯偏大(小)，同時受到QBO的顯著調(diào)控作用(圖10b)。具體而言，在El Ni?o衰減年夏季，QBO東風(fēng)位相時南亞高壓面積與QBO西風(fēng)位相接近，但前者更加偏西,而后者更偏東；在La Ni?a衰減年夏季，QBO東風(fēng)位相時南亞高壓面積與QBO西風(fēng)位相相比有明顯收縮。在氣候態(tài)上，南亞高壓北側(cè)是西風(fēng)急流所在位置，南亞高壓東側(cè)為偏南氣流，在南亞高壓東北側(cè)形成很強的輻散形勢?？梢姡珽l Ni?o發(fā)展年夏季，QBO西風(fēng)位相時高空輻散形勢更加偏東，有利于長江流域降水偏多；La Ni?a發(fā)展年夏季，QBO東風(fēng)位相時，南亞高壓范圍明顯偏小，不利于出現(xiàn)大范圍的降水正異常出現(xiàn)。本文結(jié)果與Xue等[36]研究結(jié)果略有不同，這可能與研究資料長度有關(guān)，Xue等[36]所用資料為1979—2013年，而本文為1961—2014年。

圖10 ENSO發(fā)展年(a)與衰減年(b)夏季100 hPa南亞高壓(16 800 gpm)的范圍與位置

6 總結(jié)與討論

本文研究了ENSO和QBO四種配置下對應(yīng)的ENSO發(fā)展年和衰減年夏季中國降水異常的分布特征，并根據(jù)海溫異常演變特征及大氣環(huán)流響應(yīng)情況探究不同配置影響中國夏季降水的機理。研究結(jié)果表明，1960—2016年期間ENSO和QBO在年際尺度上無明顯相關(guān)關(guān)系 (相關(guān)系數(shù)為-0.041。但不同ENSO與QBO配置下，我國夏季降水異常空間分布特征明顯不同。

QBO西風(fēng)位相時，El Ni?o發(fā)展年夏季我國整體偏旱，而華南偏澇；衰減年夏季，華南、華東偏旱，東北、長江中下游地區(qū)偏澇。QBO西風(fēng)位相時，La Ni?a發(fā)展年夏季我國東部降水異常呈負(fù)-正-負(fù)的分布；衰減年夏季，東南沿海偏澇。QBO東風(fēng)位相時，El Ni?o發(fā)展年夏季長江以北偏旱，以南偏澇；衰減年夏季，我國東部降水異常呈負(fù)-正-負(fù)分布。QBO東風(fēng)位相時，La Ni?a發(fā)展年夏季，長江中下游地區(qū)偏澇，江淮和華南南部偏旱；在衰減年夏季我國東部沿海偏澇。

ENSO是影響我國夏季降水年際變率的重要外部因子，而QBO通過影響菲律賓異常氣旋(反氣旋)的位置和強度調(diào)制ENSO與中國夏季降水異常的關(guān)系。相同QBO位相下，ENSO衰減年受到的調(diào)制作用明顯強于ENSO發(fā)展年受到的調(diào)制作用。QBO 西(東)風(fēng)位相時，El Ni?o(La Ni?a)衰減年菲律賓異常反氣旋(氣旋)強度更強，位置更偏東。QBO的這種微調(diào)作用主要與高層穩(wěn)定度的變化有關(guān)，在QBO東(西)風(fēng)位相，根據(jù)熱成風(fēng)原理赤道平流層溫度往往偏冷(暖)，層結(jié)不穩(wěn)定加強(降低)，有(不)利于對流向高層發(fā)展，因此 La Ni?a(El Ni?o)衰減年夏季西北太平洋對流愈發(fā)活躍(不活躍)，激發(fā)的低(高)壓響應(yīng)也更強。

此外，QBO對ENSO事件期間赤道SST異常和低層風(fēng)場演變有顯著影響。相比QBO西風(fēng)位相，QBO 東風(fēng)位相時 El Ni?o(La Ni?a)期間的中東太平洋SST正(負(fù))異常更弱(強)，西太平洋SST負(fù)(正)異常持續(xù)時間更短(長)，印度洋SST正(負(fù))異常持續(xù)時間更長(短)。

大氣環(huán)流響應(yīng)在不同的配置下也有明顯不同。相比之下，QBO對ENSO發(fā)展年夏季緯向垂直環(huán)流的調(diào)制較弱。El Ni?o(La Ni?a)衰減年夏季，QBO西(東)風(fēng)位相時，赤道西太平洋異常下沉(上升)運動相比QBO東(西)風(fēng)位相更強。QBO對西太平洋副熱帶高壓和南壓高壓的影響在ENSO衰減年夏季更為明顯。El Ni?o(La Ni?a)事件衰減年夏季，QBO西(東)風(fēng)位相時西北太平洋正(負(fù))高度異常相比QBO東(西)風(fēng)位相更強，使得副高范圍更大(小)；同時南亞高壓位置明顯偏東(西)，有利于長江流域降水偏多(少)。

需要說明的是，由于觀測資料時間長度有限，以上所得結(jié)論有待更加充分的論證。有必要借助數(shù)值模式長時間積分結(jié)果，進一步檢驗ENSO和QBO不同配置時中國降水響應(yīng)的變化特征和時空分布；同時，進一步探究兩者對中國夏季降水調(diào)控的機理。