冬季東亞高空急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化及對(duì)我國(guó)東部降水的影響

張金柏 ，姚素香，黃乾

(1. 南京信息工程大學(xué)/氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044； 2. 朝陽(yáng)市氣象局，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

1 引 言

大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(ISO)是指時(shí)間尺度在7～10天以上，100 天以內(nèi)的大氣運(yùn)動(dòng)，自其1970 s 被發(fā)現(xiàn)[1-2]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)ISO特別是熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(MJO)進(jìn)行了廣泛的研究[3-7]。關(guān)于MJO 的結(jié)構(gòu)特征和基本活動(dòng)規(guī)律等己經(jīng)有了較清楚的認(rèn)識(shí)，但是目前熱帶外的中高緯大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的研究較少[8]，還有不少問(wèn)題有待進(jìn)一步分析。

有觀測(cè)表明，冬季北半球中緯度地區(qū)上空的急流存在南北兩支，由于其所在地理位置上的差異，南支急流稱(chēng)為副熱帶急流，北支急流稱(chēng)為溫帶急流(極鋒急流)。已有研究指出東亞副熱帶急流和溫帶急流在時(shí)間和空間上具有協(xié)同變化的特征，表現(xiàn)為一支急流的強(qiáng)度和位置變化時(shí)，另一支急流也同時(shí)或超前、滯后發(fā)生變化，其中強(qiáng)度上副熱帶急流強(qiáng)(弱)伴隨著溫帶急流弱(強(qiáng))，位置上副熱帶急流南(北)移伴隨著溫帶急流北(南)移為急流協(xié)同變化的主要模態(tài)[9-10]。Liao 等[9]分析指出高原副熱帶急流和溫帶急流的協(xié)同變化反映了持續(xù)性暴雪期間冷暖空氣的活動(dòng)情況。葉丹等[10]指出東亞高空急流協(xié)同變化影響我國(guó)冬季冷空氣強(qiáng)度及其侵入路徑。汪寧等[11]探討東亞高空急流協(xié)同變化對(duì)冬季歐亞遙相關(guān)型氣候效應(yīng)的影響，認(rèn)為歐亞遙相關(guān)型是通過(guò)東亞高空急流協(xié)同變化影響我國(guó)氣溫和降水的變化。況雪源等[12]研究表明東亞副熱帶急流與冬季風(fēng)呈正相關(guān)，高緯地區(qū)緯向風(fēng)與冬季風(fēng)呈負(fù)相關(guān)。

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)高空急流存在明顯的季節(jié)內(nèi)振蕩特征，楊雙艷等[13]分析了冬季歐亞中高緯大氣低頻振蕩的傳播特征，認(rèn)為冬季歐亞中高緯大氣低頻振蕩主要以10～30天周期為主。聶羽[14]指出在低頻時(shí)間尺度以及氣候變化背景下，溫帶急流會(huì)發(fā)生顯著變化。史玉光等[15]指出30～60天振蕩的顯著區(qū)主要分布在副熱帶西風(fēng)急流出口區(qū)南側(cè)。目前，有關(guān)溫帶急流或副熱帶急流季節(jié)內(nèi)變化特征認(rèn)識(shí)已經(jīng)取得進(jìn)展，但有關(guān)兩支急流協(xié)同變化季節(jié)尺度特征尚不完全清楚，已有的研究只針對(duì)特定事件中兩支急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化對(duì)我國(guó)天氣的影響。例如，Liao 等[9]通過(guò)分析2008 年初中國(guó)南方地區(qū)持續(xù)性暴雪期間副熱帶急流和溫帶急流的協(xié)同變化發(fā)現(xiàn)，兩支急流的協(xié)同變化存在顯著的低頻變化特征，并與冷暖空氣活動(dòng)密切相關(guān)。李艷等[16]也指出在2008年初中國(guó)南方低溫冰凍雨雪災(zāi)害中，高層環(huán)流系統(tǒng)具有明顯的季節(jié)內(nèi)振蕩特征。Kuang 等[17]對(duì)中國(guó)幾次典型破紀(jì)錄低溫過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域破紀(jì)錄低溫過(guò)程對(duì)應(yīng)的高空急流對(duì)渦動(dòng)動(dòng)能及瞬變擾動(dòng)的輸送差異明顯，說(shuō)明高空急流在次季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化與低溫事件密切相關(guān)。

我國(guó)冬季處于東亞急流影響范圍內(nèi)，冬季高空急流的異常會(huì)造成天氣的異常。冬季高空急流協(xié)同變化具有多尺度特征[18]，以往的研究更多是在年際尺度上關(guān)注東亞高空急流協(xié)同變化特征及其氣候效應(yīng)，而在季節(jié)內(nèi)尺度上國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)東亞急流變化的研究大多對(duì)溫帶急流或副熱帶急流進(jìn)行單一分析，或只集中特定位置及特定天氣中急流季節(jié)內(nèi)變化對(duì)天氣、氣候現(xiàn)象影響進(jìn)行研究，所以從這一角度出發(fā)，利用合成分析與統(tǒng)計(jì)診斷的方法，分析副熱帶急流與溫帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化的氣候態(tài)特征及其對(duì)我國(guó)冬季天氣的影響，對(duì)于我國(guó)冬季天氣、氣候變化的檢測(cè)和預(yù)測(cè)能力的提高很重要。

2 資料方法

2.1 資 料

本文使用資料包括：歐洲中心(ECMWF)提供的ERA-Interim 逐日再分析資料，時(shí)間為1979/1980年—2017/2018年冬季，共3 510天，文中冬季指當(dāng)年12 月—次年2 月；所選要素包括風(fēng)場(chǎng)、垂直速度場(chǎng)、降水場(chǎng)和比濕場(chǎng)，資料的水平分辨率為1 °×1 °，格點(diǎn)數(shù)為360×181，其中風(fēng)場(chǎng)、垂直速度場(chǎng)的垂直分辨率為1 000～300 hPa共16層。

2.2 方 法

本文分析時(shí)主要使用功率譜分析、Butterworth 帶通濾波、合成分析等方法。為確定東亞高空副熱帶急流和溫帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化的關(guān)鍵區(qū)域，計(jì)算了冬季300 hPa 急流發(fā)生頻數(shù)，在急流發(fā)生頻數(shù)高的區(qū)域確定為急流關(guān)鍵區(qū)。統(tǒng)計(jì)方法與張耀存等[19]類(lèi)似：在東亞-太平洋(60～160 °E，10～70 °N)范圍內(nèi)查找風(fēng)速大值中心，若該中心滿足：(1) 中心風(fēng)速值≥30 m/s；(2) 該中心周?chē)?個(gè)格點(diǎn)上的風(fēng)速值均小于該中心的風(fēng)速值，則定義該中心為一個(gè)急流核中心，記下該中心的經(jīng)緯度位置。對(duì)每年的冬季(12 月、1 月和2 月)的逐日資料重復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，最后得到39 個(gè)冬季每個(gè)格點(diǎn)上的急流核發(fā)生頻數(shù)。

3 冬季副熱帶急流與溫帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化特征

3.1 高空急流結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵區(qū)選擇

由于東亞高空急流位于對(duì)流層上層，且一般認(rèn)為，溫帶急流在300 hPa 高度最強(qiáng)，副熱帶急流在300 hPa 與200 hPa 高度上特征較一致，強(qiáng)度略有差異，所以本文選取300 hPa高度進(jìn)行分析。對(duì)冬季東亞地區(qū)300 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)分布、緯向風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)差分布以及急流核頻數(shù)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1所示。從急流核位置分布可清楚看到，副熱帶急流和溫帶急流分別位于青藏高原南北兩側(cè)。南側(cè)副熱帶急流主要位置在22～35 °N，向太平洋上空延伸。北側(cè)溫帶急流主要位置在45～60 °N，向東南方向延伸，與副熱帶急流匯合于西北太平洋上空。由于兩支急流匯合之后難以區(qū)分，所以選擇東亞大陸上空為研究區(qū)域。分析緯向風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)差發(fā)現(xiàn)，貝加爾湖西側(cè)標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到14 m/s，青藏高原南側(cè)緯向風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)差也達(dá)到了12 m/s。依據(jù)以上分析，選取70～100 °E，22～60 °N 為急流關(guān)鍵區(qū)。之后分析兩支急流協(xié)同變化都選擇該關(guān)鍵區(qū)為主要研究對(duì)象。

圖1 冬季300 hPa緯向風(fēng)分布(黃色等值線；單位：m/s)與緯向風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)差分布(藍(lán)色等值線；單位：m/s)以及急流核分布(填色；單位：個(gè)) 紅色實(shí)線為青藏高原所在大致區(qū)域。

根據(jù)選擇的關(guān)鍵區(qū)，對(duì)70～100 °E，20～60 °N 的緯向風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行EOF 分解，第一模態(tài)和第二模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率分別為24.6%和18.3%，其空間分布如圖2 所示。第一模態(tài)中兩個(gè)異常值中心位于27.5 °N和50.0 °N，分別對(duì)應(yīng)東亞副熱帶急流和溫帶急流所在區(qū)域。該模態(tài)表現(xiàn)出東亞副熱帶急流和溫帶急流的強(qiáng)度呈反位相變化，溫帶急流增強(qiáng)(減弱)，副熱帶急流減弱(增強(qiáng))(圖2a)。第二模態(tài)表現(xiàn)出兩支急流的南北位置變化，即副熱帶急流北移時(shí)，溫帶急流南移，兩支急流相距較近；反之，兩支急流則相距較遠(yuǎn)(圖2b)。從風(fēng)場(chǎng)的EOF 分析中可得出兩支急流在強(qiáng)度和位置均表現(xiàn)出協(xié)同變化，與前人研究結(jié)論一致。由于EOF 第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)率更大，因此之后關(guān)注EOF 第一模態(tài)表征出的強(qiáng)度特征。

圖2 冬季東亞高空關(guān)鍵區(qū)緯向風(fēng)的EOF第一模態(tài)(a)與EOF第二模態(tài)(b)

3.2 冬季副熱帶急流與溫帶急流季節(jié)內(nèi)振蕩特征

為揭示冬季東亞上空急流的變化周期，使用功率譜分析冬季東亞上空緯向風(fēng)的周期特征。圖3a 結(jié)果表明在季節(jié)內(nèi)尺度(10～90 天)中，10～30天周期占主導(dǎo)作用，并且通過(guò)95%的紅噪聲檢驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算方差，發(fā)現(xiàn)10～30 天尺度變量占季節(jié)內(nèi)尺度(10～90 天)變量的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到近60%。由此可見(jiàn)在季節(jié)內(nèi)尺度(10～90 天)中，東亞陸地上空副熱帶急流主要受到10～30天尺度控制。使用Butterworth帶通濾波器將數(shù)據(jù)資料進(jìn)行10～30天時(shí)間尺度濾波，突出10～30 天尺度的低頻振蕩特征。對(duì)關(guān)鍵區(qū)低頻緯向風(fēng)進(jìn)行EOF 分析，從圖3b、3c 可看出低頻緯向風(fēng)場(chǎng)EOF 前兩個(gè)模態(tài)空間分布與原始緯向風(fēng)的前兩個(gè)模態(tài)空間分布類(lèi)似，這也進(jìn)一步說(shuō)明冬季300 hPa 逐日緯向風(fēng)具有典型的10～30天振蕩特征。

圖3 冬季東亞高空關(guān)鍵區(qū)EOF第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)功率譜(a；實(shí)線：紅噪聲檢驗(yàn)；虛線：95%置信水平)與低頻緯向風(fēng)的EOF第一模態(tài)(b)和EOF第二模態(tài)(c)

為更好地展現(xiàn)出東亞大陸上空副熱帶急流和溫帶急流強(qiáng)度的10～30天協(xié)同變化的具體演變過(guò)程，從標(biāo)準(zhǔn)化的第一模態(tài)時(shí)間序列(PC1)中選取PC1＞1.5(溫帶急流強(qiáng)副熱帶急流弱)、PC1＜-1.5(溫帶急流弱副熱帶急流強(qiáng))的時(shí)間系數(shù)為正(負(fù))異常事件。1979—2018 年冬季正異常事件頻次為70次，負(fù)異常事件頻次為71次，以下分析以正異常為例。將正異常事件根據(jù)波峰時(shí)刻作為0時(shí)刻，進(jìn)行超前滯后1～15 天合成，得到圖4a。冬季高空急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化在一個(gè)波動(dòng)范圍內(nèi)成對(duì)稱(chēng)分布，超前波谷出現(xiàn)在-7 天，滯后波谷結(jié)束在+7 天，完整的波動(dòng)周期為15天。

圖4 東亞冬季關(guān)鍵區(qū)低頻緯向風(fēng)的EOF第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)的超前滯后合成(a)和冬季300 hPa低頻緯向風(fēng)場(chǎng)(填色；單位：m/s；打點(diǎn)區(qū)域表示通過(guò)95%信度檢驗(yàn))與原始緯向風(fēng)場(chǎng)(黑色細(xì)實(shí)線；單位：m/s)從-6天至6天的演變(b～h，間隔2天)原始緯向風(fēng)風(fēng)速等于30 m/s(黑色粗實(shí)線)；溫帶急流軸(綠色實(shí)線)。

為研究季節(jié)內(nèi)振蕩的具體演變過(guò)程，合成冬季300 hPa 低頻緯向風(fēng)場(chǎng)和原始緯向風(fēng)場(chǎng)-6 天至6 天演變，得到圖4b～4h。發(fā)現(xiàn)在-6 天，溫帶急流受低頻東風(fēng)影響強(qiáng)度較弱，副熱帶急流受低頻西風(fēng)影響強(qiáng)度較強(qiáng)，在里海附近與關(guān)鍵區(qū)北側(cè)有新的低頻中心正在形成(圖4b)。在-4 天里海附近低頻中心加強(qiáng)并東移，關(guān)鍵區(qū)北側(cè)低頻中心加強(qiáng)南移，南移的低頻西風(fēng)與東移的低頻西風(fēng)匯合，共同影響溫帶急流(圖4c)。至-2 天，溫帶急流受匯合的低頻西風(fēng)影響加強(qiáng)并出現(xiàn)閉合的30 m/s 風(fēng)速線，副熱帶急流受到東移的低頻東風(fēng)影響，原本連續(xù)的急流帶發(fā)生斷裂，急流強(qiáng)度減弱(圖4d)。到0天，溫帶急流達(dá)到最強(qiáng)，中心范圍最大，溫帶急流軸位于45 °N，副熱帶急流強(qiáng)度最弱(圖4e)。之后低頻中心開(kāi)始減弱東移，影響溫帶急流減弱東移，副熱帶急流增強(qiáng)，急流帶恢復(fù)連續(xù)，兩支急流開(kāi)始匯合于西太平洋上空。在+4 天，低頻西風(fēng)顯著減弱東移，溫帶急流軸向東南方向移動(dòng)最終移至42 °N 附近，溫帶急流與副熱帶急流在西北太平洋上空匯合(圖4g)。因此可見(jiàn)，急流強(qiáng)度和位置的顯著變化與季節(jié)內(nèi)尺度緯向風(fēng)的演變密切相關(guān)。

為進(jìn)一步揭示傳播特征，對(duì)冬季300 hPa低頻緯向風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間-經(jīng)度剖面圖和緯度-時(shí)間剖面圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)副熱帶急流和溫帶急流的低頻振蕩有向東傳播的特征，傳播范圍可達(dá)到160 °E 以東(圖5a、5b)。低頻風(fēng)場(chǎng)在中高緯有明顯的南傳特征，可向南傳播到40 °N，即溫帶急流附近；低頻風(fēng)場(chǎng)在中低緯并沒(méi)有明顯的經(jīng)向傳播特征(圖5c)。結(jié)合圖4可知，高緯低頻緯向風(fēng)先東傳再向東南傳播，傳播范圍可達(dá)到160 °E 以東，40 °N 附近。低緯低頻緯向風(fēng)向東傳播至160 °E 以東，南北傳播較弱，并且強(qiáng)度較高緯低頻系統(tǒng)也大大減弱。

圖5 冬季300 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)時(shí)間-經(jīng)度剖面圖(a，45～60 °N區(qū)域平均；b，22～35 °N區(qū)域平均)和緯度-時(shí)間剖面圖(c，70～100 °E區(qū)域平均)的超前滯后合成 單位：m/s；實(shí)線代表正值，虛線代表負(fù)值，陰影區(qū)域表示通過(guò)95%信度檢驗(yàn)。

4 冬季副熱帶急流與溫帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化對(duì)降水的影響

4.1 冬季低頻降水隨急流演變特征

為分析冬季副熱帶急流與溫帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化對(duì)降水影響，對(duì)冬季低頻降水-6 天至6 天演變進(jìn)行合成。從圖6 中發(fā)現(xiàn)，在-6 天我國(guó)沒(méi)有明顯降水，我國(guó)低空受到來(lái)自高緯的強(qiáng)低頻偏北風(fēng)影響(圖6a)。之后我國(guó)東部出現(xiàn)低頻降水負(fù)異常，在-2天低頻降水最少(圖6b、6c)。在0天，低頻降水負(fù)異常減弱并向西太平洋移去，低頻風(fēng)場(chǎng)開(kāi)始減弱，方向也開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)槠巷L(fēng)(圖6d)。在+2天，我國(guó)低頻降水由負(fù)異常轉(zhuǎn)為正異常，而負(fù)異常已移至西北太平洋(圖6e)。之后低頻降水受增強(qiáng)的低頻西南風(fēng)影響逐漸增多，影響范圍增大(圖6f、6g)。降水對(duì)高空低頻風(fēng)場(chǎng)的響應(yīng)主要發(fā)生在我國(guó)東部(110～120 °E，25～35 °N)，低頻降水有明顯的向東傳播特征，最終傳播至西北太平洋上。

圖6 冬季低頻降水(填色；單位：mm/d；打點(diǎn)區(qū)域表示通過(guò)95%信度檢驗(yàn))與850 hPa低頻風(fēng)場(chǎng)(矢量；單位：m/s)從-6天至6天(a～g)的演變

4.2 冬季高空急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化對(duì)我國(guó)東部降水的影響過(guò)程

我們進(jìn)一步對(duì)溫帶急流區(qū)域(70～100 °E，45～60 °N)和東亞副熱帶急流區(qū)域(70～100 °E，22～35 °N)300 hPa 低頻緯向風(fēng)和我國(guó)東部(110～120 °E，25～35 °N)降水進(jìn)行合成。從圖7a 可看出，我國(guó)東部低頻降水在-2 天達(dá)到最小，在+5 天達(dá)到最強(qiáng)。之后分別選擇-3天至-1天、+4天至+6天進(jìn)行低頻降水的合成分析。根據(jù)給出低頻緯向風(fēng)的合成，發(fā)現(xiàn)在-3天至-1天，溫帶急流受低頻西風(fēng)影響，副熱帶急流受低頻東風(fēng)影響，我國(guó)東部出現(xiàn)低頻降水負(fù)異常(圖7b)。而在+4 天至+6 天，溫帶急流區(qū)為低頻東風(fēng)控制，溫帶急流偏弱，副熱帶急流區(qū)域?yàn)榈皖l西風(fēng)控制，副熱帶急流偏強(qiáng)，我國(guó)東部至西北太平洋的低頻降水達(dá)到最強(qiáng)，并且雨帶向日本延伸影響西北太平洋，整個(gè)雨帶略呈東北-西南走向(圖7c)。

圖7 我國(guó)東部區(qū)域平均降水和300 hPa低頻緯向風(fēng)速的超前滯后合成(a，黑色：降水平均值，單位：mm/d；藍(lán)色：溫帶急流區(qū)域，紅色：副熱帶急流區(qū)域，單位：m/s)與不同時(shí)期低頻降水合成(b，-3天至-1天；c，+4天至+6天；單位：mm/d；打點(diǎn)區(qū)域表示通過(guò)95%信度檢驗(yàn))

進(jìn)一步分析高空低頻緯向風(fēng)影響我國(guó)東部低頻降水的可能過(guò)程，從-3天至-1天與+4天至+6天兩個(gè)時(shí)間段300 hPa 低頻散度場(chǎng)和低頻海平面氣壓(圖8)可看到，在-3 天至-1 天，我國(guó)東部上空低頻輻合，地面出現(xiàn)低頻高壓(圖8a)，可能導(dǎo)致我國(guó)東部上空出現(xiàn)低頻下沉運(yùn)動(dòng)。在+4 天至+6 天，我國(guó)東部上層低頻散度大于0，產(chǎn)生輻散，地面受低頻低壓控制(圖8b)，有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。對(duì)低頻垂直速度(110～120 °E)和低頻緯向風(fēng)(70～100 °E)隨高度變化特征進(jìn)行合成(圖9)，發(fā)現(xiàn)與前面分析得到的低頻垂直速度變化情況相對(duì)應(yīng)，并且整層低頻風(fēng)場(chǎng)對(duì)急流的季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化有著明顯的低頻響應(yīng)。從低頻垂直速度(圖9a，9b)可看到，兩個(gè)時(shí)間段的低頻垂直速度變化主要發(fā)生在20～40 °N，40 °N 以北低頻垂直運(yùn)動(dòng)偏弱。在-3天至-1 天，青藏高原北側(cè)高層與低層一致低頻西風(fēng)，南側(cè)一致低頻東風(fēng)(圖9c)，導(dǎo)致我國(guó)東部產(chǎn)生整層低頻下沉運(yùn)動(dòng)，不利于降水。在+4 天至+6天，低頻風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度較-3天至-1天時(shí)減弱，溫帶急流受到整層一致的低頻東風(fēng)影響較弱，副熱帶急流受整層一致的低頻西風(fēng)影響較強(qiáng)(圖9d)。我國(guó)東部上空出現(xiàn)低頻上升運(yùn)動(dòng)，擾動(dòng)增強(qiáng)，旺盛的低頻對(duì)流運(yùn)動(dòng)為低頻降水提供了有利的條件。

圖8 冬季不同時(shí)期300 hPa低頻散度(填色；單位：10-6 s-1；打點(diǎn)區(qū)域表示通過(guò)95%信度檢驗(yàn))與低頻海平面氣壓合成(等值線；單位：hPa；紅色實(shí)線表示低頻海平面氣壓大于0，藍(lán)色虛線表示低頻海平面氣壓小于0) a. -3天至-1天；b. +4天至+6天。

圖9 冬季不同時(shí)期110～120 °E低頻垂直速度(a、b；單位：Pa/s；實(shí)線表示低頻垂直速度大于等于0，虛線表示低頻垂直速度小于0)和70～100 °E低頻緯向風(fēng)(c、d；單位：m/s；等值線表示緯向風(fēng)場(chǎng)大于等于30 m/s；黑色陰影為青藏高原區(qū)域)對(duì)低頻降水事件高度-經(jīng)度剖面圖合成(其中a、c為-3天至-1天；b、d為+4天至+6天)

降水的產(chǎn)生不僅需要適當(dāng)?shù)拇怪边\(yùn)動(dòng)，也需要足夠的水汽。從冬季850 hPa 低頻水汽通量散度與低頻水汽通量合成圖(圖10)可看出，在-3 天至-1 天，溫帶急流較強(qiáng)，副熱帶急流較弱，低緯為東風(fēng)水汽輸送，影響我國(guó)東部低層為偏北風(fēng)水汽輸送，低層低頻水汽輻散(圖10a)。我國(guó)東部上空低頻下沉運(yùn)動(dòng)、水汽供應(yīng)減少，造成我國(guó)東部出現(xiàn)低頻降水負(fù)異常。在+4 天至+6 天，溫帶急流受低頻東風(fēng)影響減弱，副熱帶急流受低頻西風(fēng)影響增強(qiáng)，低緯受低頻西風(fēng)水汽輸送，使得我國(guó)東部水汽輸送轉(zhuǎn)為西南風(fēng)水汽輸送，將孟加拉灣與南海的水汽輸送至我國(guó)東部，低頻水汽通量散度值為負(fù)，水汽輻合(圖10b)。我國(guó)東部上空為低頻上升運(yùn)動(dòng)，擾動(dòng)加強(qiáng)，水汽供應(yīng)增加，為低頻降水提供有利條件，使我國(guó)東部出現(xiàn)低頻降水正異常。

圖10 冬季不同時(shí)期850 hPa低頻水汽通量(矢量；單位：kg/(m·s·hPa))與低頻水汽通量散度(填色；單位：10-6 kg/(m2·s·hPa))合成 a. -3天至-1天；b. +4天至+6天。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)分析冬季東亞上空副熱帶急流與溫帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化特征及其對(duì)我國(guó)降水影響，得到以下結(jié)論。

(1) 功率譜分析表明，在季節(jié)內(nèi)時(shí)間尺度(10～90 天)中，東亞地區(qū)冬季300 hPa 逐日緯向風(fēng)主要被準(zhǔn)雙周振蕩(10～30 天)控制。對(duì)緯向風(fēng)進(jìn)行10～30天帶通濾波后，通過(guò)EOF分析發(fā)現(xiàn)，溫帶急流與副熱帶急流季節(jié)內(nèi)強(qiáng)度上呈反位相變化。而季節(jié)內(nèi)位置變化上，當(dāng)副熱帶急流北移時(shí)，溫帶急流南移，兩支急流相距很近；反之，兩支急流相距較遠(yuǎn)。低頻緯向風(fēng)場(chǎng)EOF前兩個(gè)模態(tài)空間分布與原始緯向風(fēng)的兩個(gè)模態(tài)空間分布類(lèi)似，這也說(shuō)明溫帶急流與副熱帶急流具有典型的10～30天協(xié)同振蕩特征。

(2) 挑選溫帶急流和副熱帶急流準(zhǔn)雙周協(xié)同變化的典型事件，合成分析發(fā)現(xiàn)，東亞地區(qū)冬季300 hPa 低頻緯向風(fēng)異常表現(xiàn)為整體從里海附近地區(qū)向東傳播，溫帶急流附近低頻風(fēng)場(chǎng)存在向南傳播的特征，副熱帶急流附近低頻風(fēng)場(chǎng)沒(méi)有明顯經(jīng)向傳播；伴隨低頻緯向西風(fēng)從里海附近向東移動(dòng)至西北太平洋上空，溫帶急流向東再向東南移動(dòng)并且強(qiáng)度先增強(qiáng)再減弱，副熱帶急流位置沒(méi)有明顯變化，強(qiáng)度變化則與溫帶急流變化相反。

(3) 降水異常對(duì)東亞地區(qū)冬季300 hPa風(fēng)場(chǎng)低頻變化有顯著響應(yīng)，最主要的響應(yīng)區(qū)域?yàn)槲覈?guó)東部地區(qū)。低頻降水隨時(shí)間向東移動(dòng)，移至西太平洋附近消失；對(duì)流層上層溫帶急流和副熱帶急流的低頻變化在高中低層都表現(xiàn)出一致的特征。溫帶急流與副熱帶急流強(qiáng)度在不同時(shí)間段的差異造成我國(guó)東部上層低頻散度、整層低頻垂直運(yùn)動(dòng)和對(duì)流層低層低頻水汽輸送的差異。溫帶急流偏強(qiáng)，副熱帶急流偏弱，青藏高原北側(cè)高低層一致低頻西風(fēng)，南側(cè)一致低頻東風(fēng)，導(dǎo)致我國(guó)東部上層出現(xiàn)低頻輻合，地面出現(xiàn)低頻高壓，使得我國(guó)東部上空出現(xiàn)較強(qiáng)下沉氣流，在低層有偏北風(fēng)水汽輸送，水汽發(fā)生輻散，致使我國(guó)東部出現(xiàn)低頻降水負(fù)異常(圖11a)。溫帶急流偏弱，副熱帶急流偏強(qiáng)時(shí)，青藏高原北側(cè)上下層一致東風(fēng)異常，南側(cè)上下層一致西風(fēng)異常，導(dǎo)致我國(guó)東部上空發(fā)生輻散，地面受低頻低壓控制，產(chǎn)生低頻垂直上升運(yùn)動(dòng)，低層有西南風(fēng)水汽輸送，水汽輻合，從而我國(guó)東部出現(xiàn)低頻降水正異常(圖11b)。因此，東亞高空溫帶急流和副熱帶急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化對(duì)我國(guó)東部降水具有一定的調(diào)控作用。

圖11 冬季300 hPa高空急流季節(jié)內(nèi)協(xié)同變化對(duì)我國(guó)東部降水影響機(jī)理示意圖 a. 溫帶急流強(qiáng)副熱帶急流弱；b. 溫帶急流弱副熱帶急流強(qiáng)。