MJO活動(dòng)軌跡對(duì)貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程延伸期預(yù)報(bào)的影響分析

白慧 向波 吳戰(zhàn)平 羅陽(yáng)歡

(1 貴州省山地環(huán)境氣候研究所,貴陽(yáng) 550002;2 貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽(yáng) 550002;3 重慶市氣候中心,重慶 401147;4 貴州省氣候中心,貴陽(yáng) 550002)

引 言

貴州省地處中國(guó)西南內(nèi)陸地區(qū)腹地，位于低緯云貴高原地區(qū)東南側(cè),具有副熱帶東亞大陸季風(fēng)氣候特征。 夏季風(fēng)盛行期間貴州降水受西南季風(fēng)和東南季風(fēng)的共同影響,其降水年循環(huán)具有明顯的干、濕季之分,雨量集中在夏季、年際變率較大、旱澇災(zāi)害頻發(fā)[1-3]。在氣候平均上,4月隨著南支槽前西南風(fēng)的建立和盛行、貴州降水量明顯增多、雨季逐漸開(kāi)始,5月西南季風(fēng)建立,6月夏季風(fēng)強(qiáng)度到達(dá)峰值,雨季也進(jìn)入盛期,9月夏季風(fēng)強(qiáng)度減弱、降水量明顯減少、雨季逐漸結(jié)束,貴州主汛期(6—8月)降水主要受大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的對(duì)流活動(dòng)影響,貴州中東部尤為明顯[4-5]。對(duì)流活動(dòng)的加強(qiáng)往往與區(qū)域降水過(guò)程相聯(lián)系,開(kāi)展延伸期時(shí)段(未來(lái)11～30 d)的強(qiáng)降水過(guò)程預(yù)報(bào)研究,對(duì)于銜接天氣預(yù)報(bào)和短期氣候預(yù)測(cè)以及抗旱救災(zāi)工作中有著迫切需求。已有研究表明,北半球大氣季節(jié)內(nèi)(30～60 d)振蕩不同位相和傳播路徑對(duì)季風(fēng)區(qū)的降水異常有著重要影響,大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(Intra-Seasonal Oscillation, ISO)最主要的活動(dòng)區(qū)域位于熱帶和季風(fēng)區(qū)[6-13]。在冬季,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-Julian Oscillation, MJO)活動(dòng)較強(qiáng),MJO東傳引起的赤道中東太平洋西風(fēng)爆發(fā)存在顯著的次季節(jié)時(shí)間尺度變化,西風(fēng)異常事件通過(guò)Bjeknes正反饋機(jī)制利于ENSO暖海溫事件的發(fā)生[14],并且MJO東傳能夠激發(fā)出西北向傳播的Rossby波,在副熱帶亞洲地區(qū)激發(fā)出異常的大氣環(huán)流形勢(shì),從而影響中國(guó)東部冬季的降水和氣溫[15-16]。在夏季,MJO對(duì)亞洲季風(fēng)有著重要影響,其能激發(fā)孟加拉灣西南季風(fēng)和南海夏季風(fēng),MJO最活躍的區(qū)域位于熱帶印度洋,與我國(guó)南方夏季旱澇相關(guān),特別是對(duì)季風(fēng)區(qū)降雨多寡會(huì)產(chǎn)生重要影響[17-24]。亞洲季風(fēng)(孟加拉灣西南季風(fēng)、南海季風(fēng)和印度季風(fēng))通常在5月初由孟加拉灣西南季風(fēng)首先爆發(fā),5月下旬南海季風(fēng)爆發(fā),6月上旬印度季風(fēng)爆發(fā)。當(dāng)春末夏初熱帶東印度洋MJO在較活躍時(shí),其對(duì)于孟加拉灣西南季風(fēng)ISO的影響可持續(xù)整個(gè)季風(fēng)期,季風(fēng)期有所延長(zhǎng),孟加拉灣西南季風(fēng)ISO活動(dòng)在4—8月比其不活躍時(shí)提前約1/2個(gè)周期、強(qiáng)度也有所加強(qiáng)[25];其低頻對(duì)流傳播路徑從熱帶印度洋先東北傳到孟加拉灣、再沿10°～20°N緯帶東傳到南海、在南海加強(qiáng)并激發(fā)ISO北傳至我國(guó)東部地區(qū),再沿副熱帶西傳,與沿孟加拉灣從東北方向傳來(lái)的低頻對(duì)流在孟加拉灣以北地區(qū)交匯,構(gòu)成熱帶印度洋低頻對(duì)流完整的經(jīng)緯向接力傳播周期[19,26-27]。考慮在熱帶地區(qū)具有緯向的東傳特征的季節(jié)內(nèi)振蕩(MJO)是熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的強(qiáng)信號(hào),對(duì)全球不同區(qū)域的降水有著不同程度的影響,其夏季活動(dòng)的異常不僅作用于熱帶地區(qū)的天氣和氣候,也會(huì)通過(guò)對(duì)流強(qiáng)迫和遙相關(guān)等方式對(duì)熱帶外地區(qū)的天氣和氣候產(chǎn)生影響[28-32]。綜上,季節(jié)內(nèi)振蕩理論可作為開(kāi)展延伸期過(guò)程預(yù)報(bào)的基礎(chǔ),本文從貴州主汛期季節(jié)內(nèi)振蕩角度出發(fā),在分析貴州ISO活躍年時(shí)熱帶印度洋MJO活動(dòng)對(duì)貴州主汛期降水的影響,包括熱帶印度洋MJO的傳播路徑和周期,建立熱帶低頻對(duì)流活動(dòng)關(guān)鍵區(qū)與貴州主汛期ISO之間的聯(lián)系,用于指示貴州主汛期ISO的強(qiáng)度變化的基礎(chǔ)上,針對(duì)貴州典型區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程開(kāi)展了熱帶MJO活動(dòng)軌跡對(duì)其的預(yù)報(bào)試驗(yàn),期望能找到影響貴州區(qū)域強(qiáng)降水延伸期時(shí)段的低頻預(yù)報(bào)信號(hào)和理論依據(jù),更好地填補(bǔ)天氣預(yù)報(bào)和季節(jié)性氣候預(yù)測(cè)之間的空白。

1 資料與方法

1.1 資料

所用資料包括:貴州省氣象局提供的85個(gè)地面氣象觀測(cè)站逐日(20時(shí)至次日20時(shí))降水資料;NCEP/NCAR提供的向外長(zhǎng)波輻射(Outgoing Longwave Radiation,OLR)逐日再分析資料,水平分辨率為2.5°×2.5°。澳大利亞中心提供的MJO觀測(cè)事實(shí)的逐日獨(dú)立指數(shù)RMM(All-Season Real-Time Multivariate MJO Index,即全年實(shí)時(shí)多變量MJO指數(shù))

站點(diǎn)和格點(diǎn)資料時(shí)間均從1981年1月1日—2018年12月31日；氣候平均時(shí)間范圍均為1981—2010年;RMM指數(shù)時(shí)間從1979年1月1日—2018年12月31日。

1.2 方法

貴州省主汛期OLR低頻活動(dòng)以30～60 d季節(jié)內(nèi)振蕩最為顯著,10～20 d準(zhǔn)雙周振蕩次之[31],因此對(duì)OLR逐日資料進(jìn)行30～60 d的帶通濾波處理(Butterworth函數(shù)濾波器),提取出季節(jié)內(nèi)振蕩頻率的波動(dòng);利用小波分析方法對(duì)ISO活動(dòng)的逐日波動(dòng)特征進(jìn)行顯著周期提取;采用合成分析、相關(guān)性分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)ISO的活動(dòng)特征和傳播路徑進(jìn)行大氣低頻振蕩研究,探究其對(duì)貴州主汛期降水的影響;采用MJO位相相似的計(jì)算方法確定指定時(shí)段MJO活動(dòng)軌跡的相似年,從而對(duì)貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)試驗(yàn)。

ISO強(qiáng)度及ISO強(qiáng)度距平的計(jì)算方法為先對(duì)三個(gè)研究區(qū)域:貴州區(qū)域(25°～30°N,102.5°～110°E);印度洋(IO)關(guān)鍵區(qū)(10°～15°N,65°～75°E);南海(SCS)關(guān)鍵區(qū)(10°～20°N,110°～120°E)的逐日OLR進(jìn)行30～60 d帶通濾波后的區(qū)域平均值與歷年氣候平均值計(jì)算距平得到逐日ISO強(qiáng)度,再將該距平值在指定時(shí)段(即主汛期6—8月)的絕對(duì)值計(jì)算平均定義為ISO強(qiáng)度,最后將該ISO強(qiáng)度與歷年氣候平均值計(jì)算距平之后得到ISO強(qiáng)度距平。選取貴州主汛期的ISO強(qiáng)度距平的1倍標(biāo)準(zhǔn)差作為劃分ISO活動(dòng)典型年的閾值,即選取1982、1991、1995、1999、2002、2006、2007、2009和2018年共9 a為ISO活躍年; 1983、1990、1996、2001和2015年共5 a為ISO不活躍年(圖略)。與文獻(xiàn)[5]中ISO典型年不一致,可能與OLR的氣候平均時(shí)段、空間分辨率以及選取ISO活動(dòng)典型年的閾值不同有關(guān)。

MJO位相相似的計(jì)算方法:假設(shè)p(x,di)(i=1,2,…,n)為選取的x年從di開(kāi)始n天的逐日位相,a(x,di)為對(duì)應(yīng)的逐日強(qiáng)度,P(y,d1+j,i)(y=1979,1980,…,x-1;i=1,2,…,n;j=-30,-29,…,30)為1979年開(kāi)始到預(yù)測(cè)年x前一年歷年從d1+j開(kāi)始的n天的逐日位相,A(y,d1+j,i)為對(duì)應(yīng)的逐日強(qiáng)度。定義:

其中:Rp(y,j)為判別MJO演變過(guò)程相似度的首要依據(jù),在Rp(y,j)相同的情況下,再根據(jù)Sp(y,j)和Ra(y,j)進(jìn)行判別。需要說(shuō)明的是,MJO位相是從1到8閉合的演變過(guò)程,1和8之間只是1個(gè)位相的差別,|P(y,d1+j,i)-p(x,di)|的取值區(qū)間是[0,4]。

根據(jù)《貴州省區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定(試行)》(簡(jiǎn)稱《規(guī)定》),為了挑選典型的持續(xù)性區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程,將《規(guī)定》強(qiáng)降水過(guò)程持續(xù)日數(shù)的閾值2 d增加到5 d。定義為貴州省84個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中,有10站(及以上)日降水量(20—20時(shí))達(dá)25 mm以上時(shí),稱為一個(gè)強(qiáng)降水日。連續(xù)5個(gè)或5個(gè)以上的強(qiáng)降水日為一次強(qiáng)降水過(guò)程(其中連續(xù)5個(gè)強(qiáng)降水日后中間允許間斷1 d,且間斷期間至少有1個(gè)站日降水量大于等于25 mm)。

2 貴州主汛期ISO的低頻對(duì)流場(chǎng)和降水特征

2.1 貴州主汛期ISO位相劃分

為了反映出貴州主汛期ISO不同演變階段對(duì)應(yīng)的低頻大氣演變特征和降水異常分布特征,將1981—2010年貴州主汛期逐日ISO強(qiáng)度分別先計(jì)算逐年ISO強(qiáng)度的平均再計(jì)算逐日絕對(duì)值的平均得1.34,以及先計(jì)算逐日ISO強(qiáng)度絕對(duì)值的平均再計(jì)算逐年平均得6.63分別作為劃分貴州主汛期ISO活動(dòng)位相的閾值。將逐日ISO強(qiáng)度小于1.34定義為弱位相、不計(jì)入統(tǒng)計(jì)天數(shù),其余天數(shù)以ISO強(qiáng)度等于±6.63作為標(biāo)準(zhǔn)臨界閾值劃分出6個(gè)位相(圖1),分別對(duì)應(yīng)貴州主汛期ISO的不同活動(dòng)階段,第1位相為ISO發(fā)展位相,第2位相為ISO峰值位相,第3位相為ISO減弱位相,第4位相為ISO抑制位相,第5位相為ISO谷值位相和第6位相為ISO恢復(fù)位相。

圖1 貴州省主汛期ISO位相劃分示意圖Fig.1 Sketch diagram of ISO phases in main flood season of Guizhou

2.2 低頻OLR場(chǎng)和降水異常特征

貴州省主汛期降水主要受西南季風(fēng)與南海夏季風(fēng)的共同影響,在貴州主汛期ISO活躍時(shí)存在2次較強(qiáng)的從副熱帶西太平洋向西傳播到孟加拉灣北部或西北部的西傳過(guò)程,傳播路徑在主汛期經(jīng)過(guò)貴州進(jìn)而影響其降水異常[5],與相鄰的云南省和四川省ISO活躍年的西傳路徑存在相似[6,31]。印度洋作為MJO活動(dòng)最活躍的地區(qū)之一[33],熱帶印度洋MJO的北傳和東傳會(huì)激發(fā)孟加拉灣西南季風(fēng)和南海夏季風(fēng)的ISO活動(dòng),從而對(duì)西南地區(qū)的降水產(chǎn)生綜合作用[25-26]。通過(guò)已有研究,本文對(duì)1981—2018年貴州主汛期ISO活躍年中逐日ISO波動(dòng)各位相上對(duì)應(yīng)的低頻OLR場(chǎng)和降水進(jìn)行合成分析(圖2),進(jìn)一步確定熱帶印度洋MJO的傳播路徑對(duì)貴州主汛期降水異常有何影響。在第1位相時(shí),貴州上空至副熱帶西太平洋(20°～30°N)為弱的低頻對(duì)流控制區(qū),貴州大部地區(qū)降水偏多,尤其在省之東部地區(qū);阿拉伯海至菲律賓群島以東的熱帶西太平洋區(qū)域上空為低頻對(duì)流抑制區(qū),低頻OLR正距平中心位于孟加拉灣西部和菲律賓群島以東;赤道印度洋上空為低頻對(duì)流區(qū)。在第2位相時(shí),貴州上空至副熱帶西太平洋的低頻對(duì)流區(qū)加強(qiáng)并西傳到孟加拉灣以北地區(qū),低頻對(duì)流中心位于貴州,全省地區(qū)降水一致偏多,降水正異常中心由東部向中部地區(qū)移動(dòng);赤道印度洋上空的低頻對(duì)流區(qū)北移到阿拉伯海和孟加拉灣的南部;熱帶西太平洋區(qū)域上空的低頻對(duì)流抑制區(qū)東移到南海至西太平洋一帶。在第3位相時(shí),沿20°～30°N的副熱帶低頻對(duì)流中心減弱、并繼續(xù)向西南方向移動(dòng),貴州降水正異常中心減弱并繼續(xù)西移;熱帶印度洋北傳來(lái)的低頻對(duì)流主體向東北移動(dòng);上述兩股低頻對(duì)流在孟加拉灣北部交匯。在第4位相時(shí),沿20°～30°N副熱帶轉(zhuǎn)為低頻對(duì)流抑制區(qū),貴州為弱的低頻對(duì)流抑制區(qū),全省大部降水偏少、尤其在中部以南以東地區(qū);赤道印度洋北傳來(lái)的低頻對(duì)流主體繼續(xù)向東北移動(dòng),分別在阿拉伯海東北部、孟加拉灣北部、菲律賓以東的西太平洋海域出現(xiàn)3個(gè)低頻對(duì)流中心。在第5位相時(shí),沿20°～30°N副熱帶的低頻對(duì)流抑制區(qū)繼續(xù)加強(qiáng)西傳,低頻對(duì)流抑制區(qū)中心位于貴州上空,貴州降水一致偏少,降水負(fù)異常中心位于中部一線、強(qiáng)度加大;阿拉伯海和孟加拉灣的低頻對(duì)流區(qū)減弱,向北向東移動(dòng),南海至菲律賓群島附近的西太平洋為低頻對(duì)流區(qū)控制。在第6位相時(shí),沿20°～30°N副熱帶的低頻對(duì)流抑制區(qū)繼續(xù)西傳、強(qiáng)度減弱,貴州省大部地區(qū)降水由負(fù)異常轉(zhuǎn)為正異常;南海地區(qū)的低頻對(duì)流繼續(xù)減弱,北移到華南至副熱帶西太平洋;阿拉伯海至熱帶西太平洋副熱帶海域?yàn)榈皖l對(duì)流抑制區(qū);同時(shí)在赤道印度洋再次出現(xiàn)弱的低頻對(duì)流區(qū)。

圖2 1981—2018年貴州主汛期ISO活躍年(a—f)第1～6位相低頻OLR(單位: W·m-2)和(g—l)降水距平百分率(單位: %)空間分布:(a、g)第1位相; (b、h)第2位相; (c、i)第3位相; (d、j)第4位相; (e、k)第5位相; (f、l)第6位相Fig.2 Spatial distribution of Low Frequency(LF) OLR (a-f, unit: W·m-2) and precipitation anomaly percentage (g-l, unit: %) in phases 1-6 in main flood season of Guizhou in ISO active years during 1981-2018:(a, g) phase 1; (b, h) phase 2; (c, i) phase 3; (d, j) phase 4; (e, k) phase 5; (f, l) phase 6

由此可見(jiàn),貴州主汛期ISO活躍年份,低頻OLR場(chǎng)在貴州ISO波動(dòng)的第1、4位相、第2、5位相以及第3、6位相均呈反位相特征。同時(shí),貴州地區(qū)的降水與低頻對(duì)流有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,在第2位相時(shí)低頻對(duì)流強(qiáng)度最強(qiáng)、降水正異常強(qiáng)度最強(qiáng);在第5位相時(shí)低頻對(duì)流強(qiáng)度最弱、降水負(fù)異常強(qiáng)度最強(qiáng),這應(yīng)該與熱帶印度洋低頻對(duì)流(MJO)發(fā)展過(guò)程中傳播路徑對(duì)貴州主汛期ISO的影響有關(guān)(圖3a)。進(jìn)而選取貴州主汛期ISO典型活躍年(1999年)可見(jiàn),熱帶印度洋低頻對(duì)流一條路徑在5月下旬和7月上旬有兩次較明顯的沿孟加拉灣向東北方向傳播,激發(fā)孟加拉灣西南季風(fēng)ISO活躍并繼續(xù)向東北方向繼續(xù)傳播(圖3b),于7月上旬和8月下旬造成貴州比較強(qiáng)的對(duì)流活動(dòng);另一條路徑在4月上旬、5月下旬和7月上旬有3次較明顯的沿孟加拉灣繼續(xù)東傳至南海,激發(fā)南海熱帶季風(fēng)ISO活躍并向中國(guó)東部副熱帶地區(qū)北傳,于5月下旬、7月上旬和8月下旬在副熱帶地區(qū)再西傳經(jīng)過(guò)貴州,在孟加拉灣以北地區(qū)與沿孟加拉灣西部向東北方向傳來(lái)的低頻對(duì)流交匯,構(gòu)成了一個(gè)完整的經(jīng)緯向接力傳播周期(圖3c)。

圖3 貴州主汛期ISO活躍年(a)低頻OLR傳播路徑剖面示意圖、(b)貴州典型活躍年低頻OLR沿(a)中所示虛線傳播路徑(20個(gè)格點(diǎn))和(c)實(shí)線傳播路徑(35個(gè)格點(diǎn))的距平合成時(shí)間剖面圖(單位:W·m-2)Fig.3 (a)cross-section diagram of LF OLR propagation path, (b)time profile of LF OLR along solid line propagation path (20 grid points)and (c)along dashed line propagation path (35 grid points) in (a) in main flood season of Guizhou in ISO active years

3 熱帶印度洋MJO對(duì)貴州主汛期ISO的影響

如圖3,選取印度洋(IO,10°～15°N,65°～75°E)和南海(SCS,10°～20°N,110°～120°E)區(qū)域作為向貴州傳播ISO的兩個(gè)低頻對(duì)流路徑的關(guān)鍵區(qū)。如圖4,在貴州主汛期ISO活躍年,IO關(guān)鍵區(qū)、SCS關(guān)鍵區(qū)與貴州區(qū)域低頻OLR的逐日變化可以看出,熱帶印度洋在4月中旬、5月下旬和6月中、下旬有3次低頻對(duì)流活躍期,經(jīng)過(guò)15 d左右,對(duì)應(yīng)南海在4月底、5月底和6月底有3次低頻對(duì)流活躍期,再經(jīng)過(guò)30 d左右,分別對(duì)應(yīng)貴州6月初、7月初和8月上旬的3次低頻對(duì)流活躍期。

為了更清楚看到熱帶印度洋MJO對(duì)貴州主汛期ISO的影響路徑。圖4給出1981—2018年貴州主汛期ISO活躍年6—8月IO關(guān)鍵區(qū)、SCS關(guān)鍵區(qū)與貴州低頻OLR的滯后相關(guān)系數(shù)。其中,IO關(guān)鍵區(qū)與貴州區(qū)域低頻OLR的次大滯后相關(guān)發(fā)生在-50 d,SCS關(guān)鍵區(qū)與貴州區(qū)域低頻OLR的次大滯后相關(guān)發(fā)生在-35 d。相關(guān)系數(shù)分別為0.37和0.41,均通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。由于IO關(guān)鍵區(qū)與SCS關(guān)鍵區(qū)低頻OLR的次大滯后相關(guān)發(fā)生在-17 d(圖略),表明在貴州主汛期ISO活躍年,熱帶印度洋ISO經(jīng)過(guò)17 d東傳至南海、再經(jīng)過(guò)35 d南海ISO北傳和西傳至貴州區(qū)域,這一時(shí)間周期(52 d)正好與IO關(guān)鍵區(qū)與貴州區(qū)域低頻OLR的次大滯后相關(guān)發(fā)生的周期(50 d)較為吻合。注意到,圖4中IO關(guān)鍵區(qū)與貴州區(qū)域低頻OLR的最大滯后相關(guān)發(fā)生在-18 d,滯后相關(guān)系數(shù)為0.92(通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)),這可能與貴州主汛期ISO自身的振蕩周期32 d有關(guān)[5]。

圖4 1981—2018年貴州主汛期ISO活躍年的貴州區(qū)域(a,黑線)、南海關(guān)鍵區(qū)(b,藍(lán)線)和印度洋關(guān)鍵區(qū)(c,紅線)低頻OLR逐日變化Fig.4 Daily evolution of LF OLR in Guizhou (a, black line), key region of South China Sea (b, blue line) and key region of tropicalIndian ocean (c, red line) in ISO active years in main flood season of Guizhou during 1981-2018

圖5 1981—2018年貴州主汛期ISO活躍年的(a)IO關(guān)鍵區(qū)、(b)SCS關(guān)鍵區(qū)與貴州區(qū)域逐日低頻OLR的超前—滯后相關(guān)系數(shù)(正值表示超前;零表示同期;負(fù)值表示滯后)Fig.5 Lag-correlation coefficient of daily LF OLR in (a) IO key region, (b) SCS key region and Guizhou in ISO active years inmain flood season of Guizhou during 1981-2018 (positive mean ahead; zero mean same period; negative mean delayed)

4 MJO活動(dòng)軌跡對(duì)貴州區(qū)域強(qiáng)降水的影響

前期研究表明熱帶印度洋關(guān)鍵區(qū)ISO對(duì)貴州主汛期ISO的影響主要通過(guò)沿孟加拉灣西部向南至東北方向至貴州區(qū)域和沿孟加拉灣東傳到南海、繼而北傳至中國(guó)東部副熱帶地區(qū)、在副熱帶地區(qū)再向貴州西傳的兩條傳播路徑。以下分析將著重討論熱帶印度洋具有緯向的東傳特征的ISO活動(dòng)中心(即MJO活動(dòng)中心)對(duì)貴州主汛期區(qū)域強(qiáng)降水的影響。

貴州省1981年1月1日—2018年12月31日主汛期(6月1日—8月31日)時(shí)段內(nèi)區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程(過(guò)程持續(xù)時(shí)間≥5 d)有15次過(guò)程。對(duì)15次區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程逐日降水量與表征MJO活動(dòng)強(qiáng)度的同期及前期RMM指數(shù)做滑動(dòng)相關(guān)(圖6),發(fā)現(xiàn)RMM強(qiáng)度與降水的相關(guān)型從提前20 d到同期時(shí)段呈單峰型特征,在提前9 d時(shí)二者相關(guān)性最大,達(dá)90%的信度檢驗(yàn),在提前15 d和提前2 d時(shí),相關(guān)系數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)正和由正轉(zhuǎn)負(fù)。表明貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程發(fā)生的前15 d至前3 d,MJO活動(dòng)強(qiáng)度具有較好的預(yù)報(bào)指示意義,即MJO活動(dòng)強(qiáng)度持續(xù)偏強(qiáng)時(shí),貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程的降水量越多,在前9 d相關(guān)性最好。

圖6 1981—2018年15次區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程逐日降水量與同期及前期RMM指數(shù)的滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)(零值表示同期；負(fù)值表示滯后)Fig.6 Sliding correlation coefficient between daily precipitation and RMM index in the same period and earlier period of 15 regionalheavy rainfall processes during 1981-2018 (zero indicate same period; negative indicate delayed)

結(jié)合延伸期預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中預(yù)報(bào)時(shí)段為未來(lái)10～30 d,對(duì)1981—2018年貴州15次區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程選取各過(guò)程時(shí)段提前10 d的逐日MJO的演變情況,采用MJO位相相似的計(jì)算方法得到歷年相同天數(shù)任意相似時(shí)段,找到MJO活動(dòng)中心軌跡的相似過(guò)程(表1)。

表1 1981—2018年雨季貴州省典型區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程Table 1 Statistics of heavy rainfall processes in typical regions of Guizhou Province in the rainy season during 1981-2018

如圖7,在15次區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程中通過(guò)對(duì)比提前10天的MJO活動(dòng)中心軌跡最相似時(shí)段,發(fā)現(xiàn)有9次過(guò)程(達(dá)60%)與相似過(guò)程的降水趨勢(shì)異常偏多一致,表明MJO活動(dòng)中心軌跡和強(qiáng)度對(duì)貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程的趨勢(shì)預(yù)報(bào)具有較好的指示意義。

圖7 1981—2018年貴州9次區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程與MJO相似過(guò)程的(a)MJO空間位相(紅線為降水過(guò)程前10 d及過(guò)程中的MJO活動(dòng)軌跡;紫線為相似降水過(guò)程前10 d及相似過(guò)程中的MJO活動(dòng)軌跡)和(b)降水距平百分率(單位：%)：(b1—b3、b7—b9、b13—b15)區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程的降水量;(b4—b6、b10—b12、b16—b18)相似過(guò)程的降水量Fig.7 (a)The spatial phase of MJO (red line: MJO activity trajectory in ten days ago and in the regional heavy rainfall process;purple line indicate MJO activity trajectory in ten days ago and in the similar rainfall process) and (b) the percentage of precipitation anomalyof nine reginal heavy processes and MJO similar processes in Guizhou during 1981-2018:(b1-b3、b7-b9、b13-b15) precipitation of regional heavy processes; (b4-b6、b10-b12、b16-b18) the similar processes

5 結(jié)論

本文分析了貴州主汛期ISO活躍年份,ISO波動(dòng)不同位相對(duì)應(yīng)的低頻對(duì)流場(chǎng)特征和降水異常分布特征、熱帶印度洋MJO對(duì)貴州主汛期ISO的影響路徑和周期以及MJO活動(dòng)軌跡對(duì)貴州區(qū)域強(qiáng)降水的影響,得到以下主要結(jié)論:

(1)在貴州ISO波動(dòng)的1和4位相、2和5位相以及3和6位相,熱帶、副熱帶的低頻對(duì)流場(chǎng)均呈反位相特征。同時(shí),貴州地區(qū)的降水與低頻對(duì)流有著較好的相關(guān)關(guān)系,在第2位相(ISO峰值位相)時(shí)低頻對(duì)流最強(qiáng)、降水正異常強(qiáng)度最強(qiáng);在第5位相(ISO谷值位相)時(shí)低頻對(duì)流最弱、降水負(fù)異常強(qiáng)度最強(qiáng)。

(2)貴州主汛期降水異常與熱帶印度洋MJO發(fā)展過(guò)程中的兩條傳播路徑有關(guān),在熱帶印度洋低頻對(duì)流東傳、北傳的過(guò)程中,激發(fā)了孟加拉灣西南季風(fēng)ISO和南海熱帶季風(fēng)ISO活躍,并分別以不同的傳播路徑向貴州傳播,影響貴州主汛期ISO和降水。

(3)貴州主汛期有3次低頻對(duì)流活躍期,IO關(guān)鍵區(qū)和SCS關(guān)鍵區(qū)ISO都有3次提前的低頻對(duì)流加強(qiáng)。熱帶印度洋ISO經(jīng)過(guò)17 d東傳至南海、再經(jīng)過(guò)35 d南海ISO北傳和西傳至貴州,這一時(shí)間周期(52 d)正好與IO關(guān)鍵區(qū)和貴州區(qū)域低頻OLR的次大滯后相關(guān)發(fā)生的周期(50 d)較為吻合。

(4)貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程發(fā)生的前15 d至前3 d,MJO活動(dòng)強(qiáng)度具有較好的預(yù)報(bào)指示意義,即MJO活動(dòng)強(qiáng)度持續(xù)偏強(qiáng)時(shí),貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程的降水量越多,在前9 d相關(guān)性最好。通過(guò)對(duì)比貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程中提前10 d的MJO活動(dòng)中心軌跡在歷年中的位相最相似時(shí)段,發(fā)現(xiàn)MJO活動(dòng)中心軌跡和強(qiáng)度對(duì)貴州區(qū)域強(qiáng)降水過(guò)程的趨勢(shì)預(yù)報(bào)具有較好的指示意義。