東亞副熱帶西風(fēng)急流變化特征及其與長江中下游地區(qū)夏季降水關(guān)系研究

彭筱

摘 要：本文研究急流強(qiáng)度指數(shù)與長江中下游地區(qū)夏季降水關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)急流強(qiáng)度與長江中下游地區(qū)降水有很好的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)急流偏強(qiáng)時(shí)，西北太平洋副熱帶高壓偏強(qiáng)，位置偏西偏南，長江中下游地區(qū)低層有較強(qiáng)的輻合氣流，對應(yīng)高層有較強(qiáng)的氣流輻散，氣流上升運(yùn)動增強(qiáng)，降水偏多;急流偏弱時(shí)，西太平洋副熱帶高壓偏弱，位置偏東偏北，長江中下游地區(qū)低層的風(fēng)場輻散，上升氣流較偏弱，降水偏少。本文利用CMIP5的BCC_CSM氣候系統(tǒng)模式檢驗(yàn)了該模式對東亞副熱帶西風(fēng)急流的模擬性能，結(jié)果表明該模式?jīng)]有較好地模擬出急流的年際、年代際變化。

關(guān)鍵詞：東亞副熱帶西風(fēng)帶急流;急流強(qiáng)度;長江中下游

中圖分類號：P426.615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0146-04

Research on Variation Characteristics of Subtropical Westerly Jet in East Asia and Its Relationship with Summer Precipitation in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

PENG Xiao

（Lanzhou Central Meteorological Station，Lanzhou Gansu 730020）

Abstract： This paper studied the relationship between jet intensity index and summer precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River， it is found that there is a good positive correlation between jet intensity and precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River. When the intensity index of the East Asian subtropical westerly jet is strong， the position of the jet axis is south， and the precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River is more in summer. When the intensity index of the East Asian subtropical westerly jet is weak， the position of the jet axis is north， and the precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River is less in summer. This paper used the BCC_CSM climate system model of CMIP5 to test the simulation performance of the model for the East Asian subtropical westerly jet. The results showed that the model does not simulate the interannual and interdecadal variations of the jet well.

Keywords： East Asian subtropical westerly jet;rapid flow intensity;the middle and lower reaches of the Yangtze River

在南、北半球副熱帶地區(qū)，對流層上部各存在一支強(qiáng)而窄的高速氣流帶，稱之為副熱帶西風(fēng)急流，位置的南北移動以及強(qiáng)度異常可以引起大范圍的環(huán)流異常，進(jìn)而導(dǎo)致中國乃至東亞地區(qū)天氣氣候異常，與東亞大氣環(huán)流的季節(jié)轉(zhuǎn)換、亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)、中國東部地區(qū)夏季降水等有密切聯(lián)系。當(dāng)副熱帶西風(fēng)急流處于東亞-西太平洋地區(qū)北部時(shí)，稱之為東亞副熱帶西風(fēng)急流，是東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)的重要組成部分，是影響我國天氣氣候的重要環(huán)流系統(tǒng)，我國大部分地區(qū)雨季的開始和結(jié)束都與其南北移動以及強(qiáng)度變化有緊密聯(lián)系。而長江中下游地區(qū)位于我國的中部，自然地理?xiàng)l件多樣，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是我國重要的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)中心，氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，在東亞氣候系統(tǒng)中占重要位置。對長江中下游地區(qū)夏季降水的影響因子很多，其中，包括厄爾尼諾、青藏高壓積雪、暖濕氣流、西北太平洋副熱帶高壓、東亞副熱帶西風(fēng)急流等。早在1998年，Xin、Wei等[1]研究中國東部季風(fēng)降雨和東亞急流時(shí)，發(fā)現(xiàn)急流南移使夏季江南降水偏多;反之，急流偏北使夏季華北地區(qū)降雨偏多。在2004年，高守亭等[2]研究北半球夏季副熱帶西風(fēng)急流變異及其對東亞夏季風(fēng)氣候異常的影響，發(fā)現(xiàn)東亞夏風(fēng)強(qiáng)度偏弱，東亞副熱帶西風(fēng)急流異常偏南，夏季長江中下游及江南，華南降水偏多;東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)，東亞副熱帶西風(fēng)急流異常偏北，夏季長江中下游及江南，華南降水偏少。在2005年，林中達(dá)[3]研究了夏季西太平洋急流經(jīng)向位置異常與南亞高壓，西太平洋副熱帶高壓的關(guān)系，結(jié)果表明：當(dāng)東亞夏季高空西風(fēng)急流偏南，7—8月南亞高壓顯著南移，6—8月副熱帶高壓南移。從以往的研究可以看出：東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度和位置的年際變化對我國長江中下游地區(qū)降水存在顯著影響。因此，本文根據(jù)金榮花等[4]人的研究，定義了急流強(qiáng)度指數(shù)為關(guān)鍵區(qū)域（30°N～37.5°N，110°E～130°E）內(nèi)緯向風(fēng)平均值，分析急流強(qiáng)度指數(shù)的變化與長江中下游地區(qū)夏季降水的關(guān)系。

1 資料

①國家氣候中心160個(gè)臺站月平均降水資料，時(shí)間為1958—2000年。

②NCEP/NCAR月平均再分析平均資料，時(shí)間為1958年1月至2000年12月，夏季（6—8月），所選要素包括風(fēng)場、高度場，資料分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向?yàn)?7層。

③ERA-40月平均再分析月平均資料，時(shí)間為1958年1月至2000年12月，夏季（6—8月），所選要素包括風(fēng)場、高度場，資料的分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向?yàn)?3層。

④CMIP5的BCC_CSM氣候系統(tǒng)模式模擬的1850—2012年逐月風(fēng)場資料。

2 夏季東亞副熱帶西風(fēng)急流的年際變化

為了較好地說明東亞副熱帶西風(fēng)急流的年際變化，引用金榮花等人定義的急流強(qiáng)度指數(shù)，把急流強(qiáng)度指數(shù)定義為200 hPa等壓面上給定區(qū)域內(nèi)緯向風(fēng)速的區(qū)域平均值，可以表征局地西風(fēng)急流強(qiáng)度的大小。考慮到急流的位置，把（30°N～37°N，110°～130°E）作為西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)所選定的區(qū)域。

從圖1中可以看出BCC_CSM模擬的急流強(qiáng)度指數(shù)模擬效果不好，ERA_40資料和NCEP資料計(jì)算的急流強(qiáng)度指數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98，通過0.001信度的顯著性檢驗(yàn)。夏季副熱帶西風(fēng)急流指數(shù)具有明顯的年際變化，根據(jù)急流強(qiáng)度指數(shù)9點(diǎn)滑動平均變化看出：急流強(qiáng)度指數(shù)在20世紀(jì)70年代末存在增強(qiáng)的轉(zhuǎn)變。

3 東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度與長江中下游地區(qū)夏季降水的關(guān)系

根據(jù)中國160個(gè)臺站月降水總量資料，計(jì)算長江中下游地區(qū)平均的夏季降水量。本文討論的夏季降水均指6—8月總降水量，以“九五”重中之重項(xiàng)目所規(guī)定的長江中下游地區(qū)17站（南京、合肥、上海、杭州、安慶、寧波、南昌、衢縣、長沙、屯溪、常德、貴溪、漢口、岳陽、宜昌、鐘祥、九江）平均的夏季降水量代表長江中下游地區(qū)平均夏季降水量，具體選取站點(diǎn)分布見圖2。

圖3是長江中下游夏季降水和東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)的時(shí)間序列。從中可以看出，長江中下游地區(qū)夏季降水與夏季東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢，長江中下游地區(qū)夏季降水和急流強(qiáng)度指數(shù)的年際變化相關(guān)密切，二者的相關(guān)系數(shù)為0.49，通過0.05信度的顯著性檢驗(yàn)。

4 東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度對長江中下游地區(qū)夏季降水的影響

以東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化大于1為強(qiáng)指數(shù)年，標(biāo)準(zhǔn)化小于-1為弱指數(shù)年，得到東亞副熱帶西風(fēng)急流偏強(qiáng)年份有1969、1977、1980、1982、1983、1986、1987年和1998年;東亞副熱帶西風(fēng)急流偏弱年份有1961、1963、1973、1978、1994年和1997年。分別對上述年份做中國夏季降水的合成分析（圖4），通過計(jì)算急流強(qiáng)度異常年長江中下游地區(qū)夏季降雨量的平均值，發(fā)現(xiàn)急流偏強(qiáng)年的降雨量約為214mm，急流偏弱年的降雨量約為149mm，而夏季平均的降雨量約為170mm。從分析得知：東亞副熱帶西風(fēng)急流偏強(qiáng)年，長江中下游地區(qū)夏季平均降水比常年偏多2%～3%，而河套地區(qū)和華南沿海地區(qū)夏季平均降水比常年偏少;急流偏弱年，長江中下游地區(qū)夏季平均降水比常年偏少約2%，而華北大部分地區(qū)和華南沿海地區(qū)夏季平均降水比常年偏多。

從圖5東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)與中國夏季降水相關(guān)圖可看出：主要的相關(guān)區(qū)位于長江流域，相關(guān)系數(shù)在0.2以上，華北大部及華南沿海地區(qū)為負(fù)相關(guān)。

5 結(jié)論與討論

①本文定義的東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)能夠比較準(zhǔn)確地反映出東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度對長江中下游地區(qū)降水的影響，具有一定的參考價(jià)值。

②急流強(qiáng)度與長江中下游地區(qū)夏季降水有較好的相關(guān)關(guān)系，二者年際變化形勢趨于相同。當(dāng)東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)偏強(qiáng)時(shí)，急流軸位置會偏南，長江中下游地區(qū)夏季降水偏多;當(dāng)東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度指數(shù)偏強(qiáng)時(shí)，急流軸位置偏北，長江中下游地區(qū)夏季的降水會偏少。

③東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度的異常年，對流層的高層和低層的大氣環(huán)流都存在一定的差異性，導(dǎo)致氣流輻合區(qū)的強(qiáng)度不同，從而導(dǎo)致降水偏多或偏少。急流強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí)，西太平洋副高偏強(qiáng)、位置偏南偏西，較強(qiáng)輻合上升氣流區(qū)在長江流域，且上升氣流較常年偏強(qiáng)，降水偏多;急流強(qiáng)度偏弱時(shí)，西太平洋副高偏弱、位置偏北偏東，長江流域上空低層風(fēng)場輻散，上升氣流較常年偏弱，降水偏少。

④BCC_CSM模式不能較好地模擬出夏季東亞副熱帶西風(fēng)急流的年際、年代際變化。

本文討論了東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度偏強(qiáng)和偏弱時(shí)對長江中下游夏季降水的影響，還分析了因大氣環(huán)流的差異而導(dǎo)致的降水差異。但造成急流強(qiáng)弱差異的因素不能確定，有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] Xin Z L， Wei C W. Associations Between China Monsoon Rainfall and Tropospheric Jets[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1998（6）：124.

[2]廖清海，高守亭，王會軍，等.北半球夏季副熱帶西風(fēng)急流變異對東亞夏季風(fēng)氣候異常的影響[J].地球物理學(xué)報(bào)，2004（1）：10-18.

[3] Lin Z D， Lu R Y. Interannual Meridional Displacement of the East Asian Upper-tropospheric Jet Stream in Summer[J]. Adv Atmos Sci，2005（2）：199-211.

[4]金榮花，李維京，張博.東亞副熱帶西風(fēng)急流活動與長江中下游梅雨異常關(guān)系的研究[J].大氣科學(xué)，2012（4）：722-732.