北美洲冬季冷空氣對(duì)南美洲夏季降水異常影響的研究

梁嘉俊，孫即霖，2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100；2.中國(guó)海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

引言

冬季半球的冷空氣對(duì)另一半球產(chǎn)生影響主要是通過(guò)越赤道氣流的質(zhì)量和動(dòng)量輸運(yùn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)針對(duì)越赤道氣流對(duì)東亞降水異常影響的研究取得了不少成果。有研究[1-3]指出冬半球越赤道氣流整體偏強(qiáng)的年份，國(guó)內(nèi)季風(fēng)區(qū)降水偏強(qiáng)，范圍偏大。韓慎友[4]則發(fā)現(xiàn)夏季索馬里越赤道氣流的強(qiáng)弱能影響我國(guó)雨帶的位置。石文靜和肖子牛[5]研究表明索馬里越赤道氣流輸送水汽的強(qiáng)度與黃淮流域及華北一帶的異常降水存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。何敏等[6]研究表明南半球澳大利亞冷高壓持續(xù)偏強(qiáng)，其強(qiáng)冷空氣對(duì)華南持續(xù)性降水起重要作用。趙玉春等[7]、范蕙君[8]的研究發(fā)現(xiàn)南半球冷空氣活動(dòng)是影響華南地區(qū)降水季節(jié)的一個(gè)重要因子：南半球冷空氣爆發(fā)后，會(huì)加強(qiáng)東半球中100°E以及60°～70°E這兩支具有氣候意義的越赤道氣流通道，加大暴雨區(qū)的水汽輸送，假如恰好遇上北半球中高緯地區(qū)的冷空氣南下影響，則會(huì)造成暴雨多發(fā)。

南美洲是全球重要的糧食生產(chǎn)地和輸出地，天氣和氣候?qū)r(nóng)作物的影響十分明顯，高溫多雨天氣有利于巴西、阿根廷大豆的增產(chǎn)，相反則會(huì)降低糧食產(chǎn)量[9]，但目前國(guó)內(nèi)研究對(duì)南美洲天氣氣候的關(guān)注程度相對(duì)較少。

冬季冷空氣的爆發(fā)往往與大氣環(huán)流形勢(shì)的調(diào)整有關(guān)。就像南半球冷空氣通過(guò)越赤道氣流影響熱帶西太平洋熱帶輻合帶(intertropical convergence zone, ITCZ)，北半球冷空氣也有可能經(jīng)越赤道氣流影響南美洲的天氣和氣候變化。冬季北美洲冷空氣活動(dòng)能否通過(guò)向南越赤道氣流，影響南美洲ITCZ的位置和強(qiáng)度，從而造成夏季南美洲熱帶地區(qū)降水異常？這個(gè)問(wèn)題值得深入研究。

為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化，實(shí)施國(guó)家頂層戰(zhàn)略“一帶一路”倡議的需要，關(guān)注南美洲天氣和氣候變化、探究冬季半球冷空氣對(duì)夏半球大氣環(huán)流異常的影響機(jī)理，將為全球性的氣候預(yù)測(cè)提供有應(yīng)用參考價(jià)值的理論支持。

本文從分析ITCZ的位置和強(qiáng)度出發(fā)，考察不同經(jīng)度ITCZ位置和強(qiáng)度的不同要素場(chǎng)特征，確定影響ITCZ強(qiáng)度和位置變化的因素，初步提出北美洲冬季高緯度冷空氣對(duì)南美洲夏季降水異常影響的物理機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 資料

研究使用資料時(shí)段為1979—2017年共39 a，主要包括美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCEP/NCAR)再分析資料中的850 hPa高度上的月平均風(fēng)場(chǎng)資料，分辨率為2.5°×2.5°；月平均降水資料，空間分辨率為2.5°×2.5°；500 hPa月平均位勢(shì)高度資料，空間分辨率為2.5°×2.5°；月平均海面溫度(SST)資料，空間分辨率為1°×1°。還用到歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)提供的月平均總云量(total cloudiness)資料，空間分辨率為1°×1°。

1.2 方法

1.2.1 熱帶輻合帶的位置和強(qiáng)度的表示方法

由于南美洲-大西洋區(qū)域的熱帶輻合帶為信風(fēng)輻合帶，因此利用經(jīng)向風(fēng)散度切變(?v/?y)的極小值所在緯度來(lái)表示南美洲信風(fēng)輻合帶位置，并且與季風(fēng)輻合帶的定義作比較，且輻合帶在對(duì)流層下層最為明顯[9-10]。論文中也利用總云量確定熱帶輻合帶位置，主要作為熱帶輻合帶位置的驗(yàn)證指標(biāo)。

考慮到南美洲熱帶輻合主要是南北側(cè)經(jīng)向風(fēng)分量的輻合，兩側(cè)經(jīng)向風(fēng)強(qiáng)度呈相反的變化趨勢(shì)，因此定義大西洋熱帶輻合帶強(qiáng)度指數(shù)：

(1)

1.2.2 合成分析

合成分析是指對(duì)同類天氣進(jìn)行平均處理，用于分析某類天氣過(guò)程。本文利用合成分析方法研究季節(jié)平均下北美洲的環(huán)流形勢(shì)背景場(chǎng)，用于解釋高緯度冷空氣引起越赤道氣流強(qiáng)度變化的過(guò)程。

2 2011年與2014年降水異常情況

12月—次年2月是每年北半球冷空氣活躍的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的南美洲正是夏季降雨頻繁的季節(jié)。2010年12月—2011年2月(以下簡(jiǎn)稱為“2011年夏季”)南美洲降水異常分布(圖1a)，熱帶東部降水異常偏多，西部異常偏少；南部偏少，北部偏多。2013年12月—2014年2月(以下簡(jiǎn)稱為“2014年夏季”)南美洲降水異常分布(圖1b)，熱帶東部降水異常偏少，西部異常偏多。

圖1 南美洲夏季降水異常分布(填色為降雨率，單位：mm·d-1；a. 2011年，b. 2014年)Fig.1 Distribution of summer precipitation anomaly over South America (shaded area for rate of precipitation, units: mm·d-1; a. 2011, b. 2014)

由此可見(jiàn)，2011年和2014年夏季南美洲存在明顯的降水差異，造成降水異常的成因有多種，其中熱帶輻合帶的位置和強(qiáng)度可能是影響熱帶地區(qū)降水的重要因素。因此下文將以這兩年為個(gè)例，探究熱帶輻合帶強(qiáng)度和位置的異常變化及影響其變化的因素，進(jìn)一步分析北美洲冬季冷空氣的變化是否對(duì)南美洲熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

3 月平均時(shí)間尺度熱帶輻合帶位置與強(qiáng)度分析

3.1 熱帶輻合帶位置與強(qiáng)度指數(shù)

熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度的變化對(duì)熱帶降水有重要影響[11-13]，因此首先要確定南美洲熱帶輻合帶的位置，計(jì)算90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)1981—2010年共30 a平均的1月經(jīng)向風(fēng)散度分布場(chǎng)(圖2a)，每2.5個(gè)經(jīng)度點(diǎn)取?v/?y極小值所在緯度的連線來(lái)表示ITCZ的位置，并與總云量最大值(圖2b)所確定的ITCZ位置作比較，并且給出了兩種方法的位置差異(圖3)。結(jié)果表示，在南美洲地區(qū)經(jīng)向風(fēng)散度極小值連線所表示的ITCZ與總云量最大值所表示的ITCZ位置較為符合，尤其是在美洲大陸東部的符合程度較好，并且兩種表示方法在90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的緯度差基本在2°以內(nèi)。由于經(jīng)向風(fēng)散度值的極小值與兩半球氣流的輻合密切聯(lián)系，兩半球天氣系統(tǒng)的變化可通過(guò)越赤道氣流影響到ITCZ。因此用?v/?y極小值連線標(biāo)示ITCZ位置有利于分析其南、北兩側(cè)天氣系統(tǒng)變化對(duì)ITCZ的影響。

圖2 經(jīng)向風(fēng)散度極小值(a；等值線為經(jīng)向風(fēng)散度，單位：s-1)和總云量最大值(b；等值線為總云量，單位：%)確定的月平均ITCZ位置(粗黑線)Fig.2 Monthly location of ITCZ (thick black line) derived by the minimum divergence of meridional wind (a; contour for divergence of meridional wind, units: s-1) and the maximum total cloud cover (b; contour for total cloud cover, units: %)

圖3 散度表示法確定的ITCZ緯度值減去總云量表示法確定的ITCZ緯度值的差(藍(lán)色實(shí)線為1月，紅色虛線為2月；單位：°)Fig.3 Difference between latitude value of ITCZ derived by divergence and that by total cloud cover (blue solid line for January, red dashed line for February; units: °)

3.2 南美洲夏季熱帶輻合帶位置與強(qiáng)度分析

根據(jù)上述定義方法計(jì)算2011年(圖4a)和2014年(圖4b)90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)南美洲夏季ITCZ的位置與多年平均的ITCZ位置比較，以及利用算式(1)計(jì)算兩年ITCZ強(qiáng)度異常隨經(jīng)度變化情況(圖5)。2011年和2014年南美洲夏季ITCZ的位置有明顯差異?？傮w上來(lái)看，2011年南美洲夏季90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的ITCZ位置異常偏南，而2014年南美洲夏季僅有70°～60°W經(jīng)度范圍內(nèi)的ITCZ位置異常偏南，但60°～30°W的位置異常偏北或接近于多年平均水平。由此可見(jiàn)，兩年輻合帶位置的差異可能是造成降水差異的重要因素，那么輻合帶強(qiáng)度是否也有相應(yīng)的變化？

圖5 南美洲夏季ITCZ強(qiáng)度隨經(jīng)度分布(藍(lán)色實(shí)線為2011年，紅色虛線為2014年；單位：m·s-1)Fig.5 Distribution of ITCZ intensity with longitude in South America in summer (blue solid line for 2011, red dashed line for 2014; units: m·s-1)

圖4 南美洲夏季熱帶輻合帶位置隨經(jīng)度分布(等值線為經(jīng)向風(fēng)散度，單位：s-1；紅色實(shí)線為季節(jié)平均，黑色點(diǎn)劃線為多年平均；a. 2011年；b. 2014年)Fig.4 Distribution of ITCZ location with longitude in South America in summer (contour for divergence of meridional wind, units: s-1; red solid line for seasonal mean, black dot-dash line for long-term mean; a. 2011, b. 2014)

通過(guò)ITCZ強(qiáng)度異常隨經(jīng)度分布發(fā)現(xiàn)2011年南美洲夏季90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)ITCZ的強(qiáng)度整體表現(xiàn)為正異常；2014年南美洲夏季90°～50°W經(jīng)度范圍內(nèi)的表現(xiàn)為負(fù)異常，而50°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)強(qiáng)度則為正異常。這就意味著2011年ITCZ的強(qiáng)度異常偏強(qiáng)，但2014年90°～50°W經(jīng)度范圍內(nèi)的強(qiáng)度異常偏弱。

綜上所述，南美洲夏季熱帶輻合帶的位置異常變化比強(qiáng)度異常變化更明顯。2011年夏季南美洲熱帶輻合帶的位置偏北、強(qiáng)度偏強(qiáng)是造成降水異常偏多的重要因素。2014年夏季南美洲熱帶輻合帶的位置偏北、強(qiáng)度偏弱是造成夏季熱帶降水偏少的原因之一。

南美洲熱帶輻合帶的位置為什么會(huì)有較大的差別？下文將分析北美洲冬季異常環(huán)流形勢(shì)的變化對(duì)向南越赤道氣流位置和強(qiáng)度異常的影響，進(jìn)一步討論這兩年南美洲ITCZ具有不同變化特征的原因。

4 月平均尺度ITCZ強(qiáng)度與越赤道氣流強(qiáng)度的關(guān)系

熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度的變化與越赤道氣流的強(qiáng)弱有密切聯(lián)系，但是南美洲上空ITCZ的位置和強(qiáng)度變化與什么經(jīng)度范圍內(nèi)的越赤道氣流強(qiáng)度有密切聯(lián)系？

取赤道上850 hPa，90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的越赤道氣流強(qiáng)度異常與同經(jīng)度點(diǎn)的熱帶輻合帶位置異常(圖6a)和強(qiáng)度異常(圖6b)作相關(guān)分析(等值線為正相關(guān)，所繪等值線通過(guò)95%信度檢驗(yàn))。月平均時(shí)間尺度下，80°～60°W經(jīng)度范圍內(nèi)越赤道氣流強(qiáng)度變化能夠引起90°～85°W和65°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的熱帶輻合帶位置變化，但相關(guān)系數(shù)分布并不連續(xù)。90°～70°W經(jīng)度范圍內(nèi)的越赤道氣流強(qiáng)度與80°～40°W經(jīng)度范圍內(nèi)的熱帶輻合帶強(qiáng)度異常也有顯著的正相關(guān)。60°～40°W的越赤道氣流強(qiáng)度與70°～60°W和55°～45°W經(jīng)度范圍內(nèi)的熱帶輻合帶強(qiáng)度也有明顯的相關(guān)，但系數(shù)分布并不連續(xù)。上述結(jié)果表明，90°～60°W經(jīng)度范圍內(nèi)(強(qiáng)氣流中心位于75°W附近)的向南越赤道氣流能夠?qū)δ厦乐薮箨憻釒л椇蠋У奈恢煤蛷?qiáng)度產(chǎn)生影響，因此需進(jìn)一步分析兩年南美洲夏季越赤道氣流強(qiáng)度是否存在異常情況。

圖6 90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)ITCZ強(qiáng)度異常和位置異常與同經(jīng)度點(diǎn)的越赤道氣流強(qiáng)度異常的正相關(guān)系數(shù)分布(a.越赤道氣流強(qiáng)度與ITCZ位置相關(guān)，b.越赤道氣流強(qiáng)度與ITCZ強(qiáng)度相關(guān))Fig.6 Positive correlation coefficients (a) between ITCZ intensity anomaly and cross-equatorial flow intensity anomaly at the same longitude point as well as those (b) between ITCZ location anomaly and cross-equatorial flow intensity anomaly at the same longitude point in the area of 90°-30°W

計(jì)算2011年和2014年夏季南美洲90°～30°W、2.5°S～2.5°N范圍內(nèi)的經(jīng)向風(fēng)異常值來(lái)表示越赤道氣流的強(qiáng)度(圖7)。其中點(diǎn)虛線為1981—2010年長(zhǎng)期平均的越赤道氣流強(qiáng)度，越赤道氣流強(qiáng)度的正負(fù)代表氣流方向，即80°～40°W經(jīng)度范圍內(nèi)的越赤道氣流為負(fù)值，說(shuō)明南美洲大陸的越赤道氣流是向南氣流。因此2011年和2014年的越赤道氣流異常值中正值代表向北氣流增強(qiáng)，負(fù)值代表向南氣流增強(qiáng)。結(jié)果表明，2011年80°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的越赤道氣流強(qiáng)度表現(xiàn)為負(fù)異常；2014年70°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的強(qiáng)度表現(xiàn)為正異常，80°～70°W經(jīng)度范圍內(nèi)的表現(xiàn)為正異常。結(jié)果表明，2011年南美洲向南越赤道氣流強(qiáng)度偏強(qiáng)，2014年的向南氣流強(qiáng)度稍偏弱。因此這兩年降水的差異可能是由于熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度的不同，而導(dǎo)致熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度異常不同變化的重要原因是向南越赤道氣流強(qiáng)度異常變化。

圖7 南美洲夏季越赤道氣流強(qiáng)度隨經(jīng)度變化(藍(lán)色實(shí)線為2011年強(qiáng)度異常，紅色虛線為2014年強(qiáng)度異常，黑色點(diǎn)劃線為1981—2010年長(zhǎng)期平均；單位：m·s-1)Fig.7 Change in cross-equatorial flow intensity with longitude in South America in summer (blue solid line for intensity anomaly in 2011, red dashed line for intensity anomaly in 2014, black dot-dash line for long-term mean from 1981 to 2010; units: m·s-1)

5 2011年與2014年北美洲冬季環(huán)流形勢(shì)

2011年和2014年夏季南美洲ITCZ強(qiáng)度和位置的差異與向南越赤道氣流有密切聯(lián)系，那么向南越赤道氣流的強(qiáng)弱是否與北美洲冬季冷空氣有關(guān)？

分別計(jì)算2011年(圖8a)和2014年(圖8b)北美洲冬季(12月—次年2月)季節(jié)平均下高空500 hPa的多年平均位勢(shì)高度和異常位勢(shì)高度合成場(chǎng)。2011年冬季格陵蘭島及白令海上空位勢(shì)高度為異常正值，而北美洲大陸以及北大西洋30°N附近區(qū)域上空則是異常負(fù)值。由此可見(jiàn)，2011年冬季北美大槽的位置異常偏南，高緯度冷空氣由槽后氣流引導(dǎo)南下影響低緯度地區(qū)的天氣。

圖8 北美洲冬季500 hPa平均位勢(shì)高度(黑色等值線)及位勢(shì)高度異常(填色)分布(a. 2011年，b. 2014年；單位：gpm)Fig.8 Mean geopotential height (black contour) and its anomaly (shaded) at 500 hPa in North America in winter (a. 2011, b. 2014; units: gpm)

2014年冬季北美洲大陸中部和格陵蘭島的位勢(shì)高度異常負(fù)值，北大西洋和阿拉斯加灣表現(xiàn)為異常正值。由此可見(jiàn)2014年冬季北美大槽的位置偏西而且緯度偏高，北大西洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱“副高”)異常偏強(qiáng)，因此大槽槽后氣流引導(dǎo)冷空氣受到副高的阻擋，不能抵達(dá)低緯地區(qū)。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，2011年冬季北美大槽的位置偏南，冷空氣影響的地區(qū)更偏南；2014年冬季北美大槽的位置偏北，大槽受到異常高壓的阻擋。由兩年大氣環(huán)流異常來(lái)看，北半球副熱帶系統(tǒng)是調(diào)整北美洲冬季冷空氣活動(dòng)影響南美洲熱帶地區(qū)夏季降水的重要系統(tǒng)[14-18]。

為了進(jìn)一步分析高緯度冷空氣影響越赤道氣流強(qiáng)度的物理過(guò)程，繪制月平均時(shí)間尺度冬季北美洲的2011年(圖9a)和2014年(圖9b)850 hPa異常風(fēng)場(chǎng)和異常經(jīng)向風(fēng)分量。2011年北美洲冬季，北大西洋出現(xiàn)異常氣旋性環(huán)流，其活躍在40°N附近，這就說(shuō)明2011年的北大西洋副高強(qiáng)度偏弱，而且副高的位置偏南。2014年冬季北美洲北大西洋出現(xiàn)異常反氣旋式環(huán)流且中心位置偏北，這就意味著，2014年北大西洋副高的強(qiáng)度異常偏強(qiáng)且位置異常偏北，副高的西南氣流阻礙了高緯度冷空氣的南下過(guò)程。

圖9 北美洲冬季850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常(黑色風(fēng)矢)和經(jīng)向風(fēng)異常(填色)分布(a. 2011年，b. 2014年；單位：m·s-1)Fig.9 Wind anomaly (black wind barb) and meridional wind anomaly (shaded) at 850 hPa in North America in winter (a. 2011, b. 2014; units: m·s-1)

總體說(shuō)明2011年冬季北美洲北美大槽位置偏南，副高的強(qiáng)度偏弱且位置偏南，高緯度的冷空氣能夠順利南下加強(qiáng)低緯度東北氣流，使得向南越赤道氣流加強(qiáng)，進(jìn)一步影響南美洲夏季ITCZ的位置和強(qiáng)度。2014年冬季北美洲副熱帶強(qiáng)度偏強(qiáng)且位置偏北，高緯度冷空氣南下過(guò)程受阻，不能加強(qiáng)低緯東北氣流，導(dǎo)致向南越赤道氣流的強(qiáng)度稍弱。

上述結(jié)果發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流形勢(shì)的不同導(dǎo)致了2011年和2014年ITCZ的位置和強(qiáng)度差異。那么進(jìn)一步分析造成大氣環(huán)流形勢(shì)差異的原因，也為中長(zhǎng)期天氣和氣候預(yù)報(bào)提供參考。

2011年(圖10a)和2014年(圖10b)冬季北美洲的SST異常分布。2011年阿拉斯加灣和墨西哥灣的海面溫度異常偏冷，白令海和格陵蘭海的海面溫度異常偏暖。2014年則正好相反，阿拉斯加灣和墨西哥灣的海面溫度異常偏暖。由此說(shuō)明，2011年冬季北美洲附近海域維持異常偏低的海面溫度，導(dǎo)致北美洲大槽位置異常偏南和副高的異常偏弱，使冷空氣能夠順利南下。2014年冬季北美洲附近海域的SST異常偏高，異常高壓脊深入極地引導(dǎo)冷空氣南下，但北大西洋偏暖的海水加強(qiáng)了副高，阻礙了高緯度冷空氣的南下路徑，因此發(fā)現(xiàn)2014年冬季北美洲冷空氣的強(qiáng)度比2011年的強(qiáng)度更強(qiáng)，但對(duì)向南越赤道氣流的影響程度有差異。

圖10 北美洲冬季SST異常(填色區(qū)，單位：℃)分布(a. 2011年，b. 2014年)Fig.10 SST anomaly (shaded, units: ℃) in North America in winter (a. 2011, b. 2014)

6 月平均時(shí)間尺度北半球冷空氣與南美洲ITCZ的相關(guān)

上述分析中討論了2011年和2014年的降水差異的機(jī)理，北美洲大槽的位置是影響冷空氣能否南下的關(guān)鍵，冷空氣南下能對(duì)南美洲熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致降水異常。那么在長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)下，北美洲冬季冷空氣是否與南美洲夏季降水有關(guān)。

計(jì)算1979—2017年月時(shí)間尺度下，北美洲冬季冷空氣的強(qiáng)度異常與南美洲熱帶輻合帶位置(圖11a)和強(qiáng)度(圖11b)異常的相關(guān)系數(shù)，并繪成系數(shù)分布。月時(shí)間尺度下，利用500 hPa的異常位勢(shì)高度代表冷空氣強(qiáng)度異常。結(jié)果表明，熱帶輻合帶的位置異常與北美洲東部的位勢(shì)高度顯著的正相關(guān)，與阿拉斯加灣呈負(fù)相關(guān)，這就意味著，北美大槽異常偏強(qiáng)時(shí)與有利于推動(dòng)熱帶輻合帶的位置偏南，而阿拉斯加灣的高壓脊偏強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致熱帶輻合帶的位置偏北。熱帶輻合帶的強(qiáng)度與北美大陸的位勢(shì)高度異常有顯著正相關(guān)，與北大西洋的位勢(shì)高度也有明顯的相關(guān)，與白令海峽的位勢(shì)高度的負(fù)相關(guān)明顯。這就說(shuō)明了北美冷空氣異常偏強(qiáng)時(shí)同樣可以影響到熱帶輻合帶的強(qiáng)度發(fā)生變化。

圖11 月時(shí)間尺度下冷空氣強(qiáng)度異常與ITCZ位置和強(qiáng)度異常的相關(guān)系數(shù)分布(紅色實(shí)線為正相關(guān)，藍(lán)色虛線為負(fù)相關(guān)；a.冷空氣強(qiáng)度與ITCZ位置相關(guān)，b.冷空氣強(qiáng)度與ITCZ強(qiáng)度相關(guān))Fig.11 Correlation coefficients (a) between cold air intensity anomaly and ITCZ location anomaly as well as those (b) between cold air intensity anomaly and ITCZ intensity anomaly on the monthly time scale (red solid line for positive correlation, blue dashed line for negative correlation)

根據(jù)上述結(jié)果，影響南美洲天氣過(guò)程的冷空氣源自于北美洲大陸東部，因此將120°～40°W，80°～60°N范圍內(nèi)的位勢(shì)高度距平作為冷空氣強(qiáng)度異常的指標(biāo)，位勢(shì)高度異常負(fù)值則說(shuō)明冷空氣異常偏強(qiáng)。計(jì)算了1979—2017年共39 a冷空氣強(qiáng)度異常與90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)同期和滯后一個(gè)月的熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度異常的相關(guān)(圖12)。結(jié)果顯示，北美冬季冷空氣的強(qiáng)度異常能夠影響到同期90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的熱帶輻合帶位置和強(qiáng)度異常。冷空氣強(qiáng)度異常與90°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的熱帶輻合帶位置通過(guò)95%置信度的顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.5；與70°～40°W經(jīng)度范圍內(nèi)的熱帶輻合帶強(qiáng)度有顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.4，這就意味著北美洲冬季冷空氣對(duì)南美洲夏季熱帶輻合帶的位置影響更大。高緯度冷空氣與落后一個(gè)月的50°～30°W經(jīng)度范圍內(nèi)的ITCZ位置有95%置信度相關(guān)，與ITCZ強(qiáng)度相關(guān)性不顯著。這就意味著冷空氣強(qiáng)度對(duì)與ITCZ位置和強(qiáng)度的影響逐漸向東縮小，最后集中在50°～30°W的ITCZ位置上。

圖12 冷空氣強(qiáng)度異常與ITCZ位置和強(qiáng)度異常相關(guān)(A線為冷空氣強(qiáng)度與同期ITCZ位置的相關(guān)，B線為冷空氣強(qiáng)度與同期ITCZ強(qiáng)度的相關(guān)，C線為冷空氣強(qiáng)度與落后一個(gè)月ITCZ位置的相關(guān)，D線為冷空氣強(qiáng)度與落后一個(gè)月ITCZ強(qiáng)度的相關(guān)，E線為95%置信檢驗(yàn)線)Fig.12 Correlation between cold air intensity anomaly and contemporaneous ITCZ location/intensity anomaly (line A/B), correlation between cold air intensity anomaly and ITCZ location/intensity anomaly lagging by one month (line C/D), and the significance test at 95% level (line E)

7 結(jié)論

1)北美洲冬季冷空氣間接影響了南美洲夏季的降水異常：冷空氣通過(guò)加強(qiáng)向南越赤道氣流，推動(dòng)ITCZ的位置變化，并且使ITCZ的強(qiáng)度發(fā)生改變，使其影響區(qū)域的降水發(fā)生異常。越赤道氣流的強(qiáng)弱對(duì)ITCZ的強(qiáng)度和位置均有影響。

2)2011年冬季，北美洲附近海域海面溫度異常偏低，副高偏弱，北美大槽位置偏南，強(qiáng)冷空氣受槽后氣流引導(dǎo)南下使向南越赤道氣流加強(qiáng)，導(dǎo)致南美洲夏季熱帶輻合帶位置偏南，降雨帶向南移動(dòng)，使南美洲熱帶地區(qū)降水增多。

3)2014年冬季，北美洲附近海域海面溫度偏高，北大西洋副高偏強(qiáng)，阻礙冷空氣南下。由于副高位置偏北，使東北氣流偏弱，導(dǎo)致向南越赤道氣流稍偏弱，進(jìn)一步導(dǎo)致南美洲夏季熱帶輻合帶位置偏北，熱帶地區(qū)降水偏少。

4)多年統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，北美洲東部冬季冷空氣強(qiáng)度異常與南美洲夏季ITCZ位置異常和強(qiáng)度異常均有明顯的相關(guān)，但這種相關(guān)性隨時(shí)間逐漸向東縮??；冷空氣強(qiáng)度異常對(duì)ITCZ位置異常的影響更大。