焦敏 管兆勇

1南京信息工程大學大氣科學學院氣象災害教育部重點實驗室，南京210044

2遼寧省氣象科學研究所，沈陽110166

1 引言

自從Madden and Julian（1971，1972）發(fā)現(xiàn)全球熱帶地區(qū)存在顯著的 40～50天振蕩現(xiàn)象以來，季節(jié)內(nèi)振蕩（IntraSeasonal Oscillation，ISO）便受到國內(nèi)外眾多氣象工作者的廣泛關(guān)注。研究表明北半球夏季風的爆發(fā)和中斷與ISO及其傳播密切相關(guān)（Murakami and Nakazawa，1985）。另外一個事實是季風爆發(fā)日期在氣候上較為固定，不同年份差異不大（何金海等，1995）。上述兩點說明 ISO存在季節(jié)鎖相特征（何金海等，1995）。Lau et al.（1988）、繆錦海和劉家銘（1991）的分析指出，降水中ISO的季節(jié)變化與總的季風降水的季節(jié)變化明顯鎖相，對季風雨帶位置的出現(xiàn)起重要調(diào)制作用。Nakazawa（1992）揭示了北半球夏季風季節(jié)內(nèi)變率的季節(jié)鎖相特征。正因為存在鎖相現(xiàn)象，在多年平均的資料中ISO仍具有相當?shù)恼穹ü苷子潞挖w輝，1995）。Wang and Xu（1997）將這種存在于氣候平均資料中的 ISO稱之為氣候季節(jié)內(nèi)振蕩（Climatological IntraSeasonal Oscillation，CISO），且充分論證了CISO在統(tǒng)計上的顯著性和動力上的協(xié)調(diào)性，指出了CISO的極端位相表征了夏季風奇異點。

亞洲夏季風區(qū)存在顯著的 CISO。Kang et al.（1999）通過對高云資料的分析發(fā)現(xiàn)，韓國的梅雨（Changma）云帶與時間尺度約為兩個月的 CISO的北傳有關(guān)。Ho and Wang（2002）進一步將亞洲—太平洋夏季風顯著的CISO命名為快的年循環(huán)（fast annual cycle），指出慢的年循環(huán)（slow annual cycle）疊加上快的年循環(huán)便構(gòu)成了亞洲—太平洋夏季風的基本氣候特征，其中快的年循環(huán)主要有兩次季風爆發(fā)過程組成，每次過程都包含各具特色的干濕循環(huán)。王慧等（2005）發(fā)現(xiàn)西北太平洋夏季風區(qū)的季風降水、對流和西風的活躍—中斷循環(huán)在很大程度上受10～20天和30～60天CISO的調(diào)制。Liu and Ding（2007）的研究表明來自不同源地的30～60天CISO和10～20天 CISO于5月中旬前后在南海及其鄰近地區(qū)發(fā)生鎖相，從而激發(fā)了南海夏季風的迅速爆發(fā)。Liu et al.（2008）指出東亞副熱帶降水的季節(jié)進程可以由CISO描述，并且在經(jīng)向上表現(xiàn)為北傳。計算表明，我國東部夏季降水中CISO的方差約占ISO總方差的10%～30%（趙崇博等，2011）。邢雯等（2012）分析了1990年代際轉(zhuǎn)型前后南海季風系統(tǒng)的CISO特征，指出轉(zhuǎn)型前季風活動主要受10～20天CISO的控制，而轉(zhuǎn)型后季風活動則以 30～60天 CISO為主。于群等（2011）和Yu et al.（2012）分析發(fā)現(xiàn)山東夏季降水明顯地受到CISO的調(diào)制。CISO的部分觀測特征在數(shù)值模式中也得到了再現(xiàn)。Yang et al.（2009）和趙崇博等（2011）均成功模擬出了夏季降水CISO的經(jīng)向北傳特征。

中國南方夏季降水多寡與ISO關(guān)系十分密切。許多研究都從個例分析（陸爾和丁一匯，1996；Chen et al.，2001；毛江玉和吳國雄，2005；鮑名，2008；張瑛等，2008）和旱澇異常角度（陳麗臻等，1994；黃靜和朱乾根，1997；楊秋明，2001；琚建華和趙爾旭，2005）進行過闡述。王遵婭和丁一匯（2008）分析指出30～60天CISO對長江中下游及其以南地區(qū)降水有重要調(diào)制作用。劉蕓蕓和丁一匯（2009）的研究表明西北太平洋夏季風存在顯著的30～60天CISO，并通過大氣CISO的經(jīng)向傳播和緯向傳播與長江流域降水發(fā)生相互作用。盡管有上述研究，但對我國南方降水CISO的時空變化特征及其機理并未完全弄明。近期，我們分析發(fā)現(xiàn)中國東南部和川渝陜甘地區(qū)夏季降水30～60天CISO存在反相現(xiàn)象。研究這一現(xiàn)象對于豐富人們對我國夏季風區(qū)低頻振蕩局地特征的認識和理解降水季節(jié)內(nèi)振蕩產(chǎn)生機制有重要意義。

2 資料與方法

2.1 資料

所用資料包括：（1）NCEP/NCAR逐日再分析資料（Kalnay et al.，1996），水平分辨率為2.5°×2.5°，要素包括水平風速、垂直速度、比濕、位勢高度和地表氣壓，其中水平風速和垂直速度的垂直層次為12層（從1000 hPa到100 hPa），比濕為8層（從1000 hPa到300 hPa），位勢高度為1層（500 hPa）。（2）中國氣象局國家氣象信息中心整編的我國753站的逐日降水資料。

所有要素的時間序列長度均截取為 1979～2010年共32年，夏季指6～8月共92 天。

2.2 方法

考慮到站點的缺測和遷移影響，站點降水資料在使用前做了預處理，缺測處理的結(jié)果是僅保留了含有從 1979～2010年連續(xù)且完整記錄的站點，在此基礎(chǔ)上剔除了遷站距離超過 20公里的站點，最后選取了其中518個站點用于分析使用。

對各個要素先求出其逐日的氣候平均值。所有要素低頻資料的獲取均是對氣候逐日 365 天時間序列進行帶通濾波，然后再提取出夏季 92天資料進行分析。

文中用到的方法主要是功率譜分析（黃嘉佑，2004）、Butterworth帶通濾波（吳洪寶和吳蕾，2005）及E矢量診斷（Hoskins et al.，1983）等方法。

E矢量的表達式為：其中方向與 Rossby波動固有的群速度方向平行，當v'2?u'2＜時，擾動緯向伸長；當v'2?u'2＞0時，擾動經(jīng)向伸長（Hoskins et al.，1983）。

3 夏季降水CISO的主周期分布

為了得到夏季降水CISO的主周期分布，對所關(guān)心區(qū)域范圍內(nèi)所有站點的氣候逐日夏季降水時間序列進行了功率譜分析，給出了通過90%信度F檢驗的降水CISO主周期站點分布（圖1）。由圖可見，30～60天降水CISO主要分布在長江中下游及其以南地區(qū)。王遵婭和丁一匯（2008）對中國各站4～9月氣候逐日降水量的小波分析曾指出，長江中下游至華南一帶以 30～60天周期為主。這與本文分析結(jié)果基本一致。Wang and Xu（1997）也曾利用向外長波輻射資料分析了北半球夏季風區(qū) CISO的主要周期。10～20 天降水CISO主要分布在長江及其以北地區(qū)和華南沿海一帶。此外，有一些站點10～20天和30～60天降水CISO都顯著。

用降水CISO的方差比上原始降水擾動的方差得到降水 CISO的方差百分比（圖 2a），發(fā)現(xiàn)大值區(qū)有兩個，一個位于川渝陜甘地區(qū)，最大值達到7%；另外一個位于中國東南部，最大值可達到10.5%。王遵婭和丁一匯（2008）指出雖然氣候季u’和v’取為30～60天擾動風場，“—”表示夏季92天的時間平均。E矢量是Hoskins et al.（1983）在研究波流相互作用時得到的，Hoskins曾將這一工作推廣至三維空間中。這里使用的E矢量僅是其水平分量。本文利用E矢量的性質(zhì)來考慮水平方向上ISO擾動是否存在能量傳播。一般而言，E矢量的節(jié)內(nèi)振蕩的方差僅占氣候降雨時間序列方差的很小一部分，但是其調(diào)制作用卻非常顯著。在濾除CISO之后，并不再出現(xiàn)雙峰或三峰的降雨分布形態(tài)，因此他們認為CISO對降水除了具有加強振幅作用之外，還可使雨季出現(xiàn)活躍—中斷—再活躍的循環(huán)變化。說明這兩個區(qū)域降水CISO在解釋夏季降水的氣候變率中具有重要作用。用降水CISO的絕對值累計值作為 CISO降水擾動總量，則夏季CISO降水擾動總量占夏季總降水的百分比（圖2b）顯示出了與前述一致的分布特征，只是大值中心數(shù)值有所不同，但也同樣說明了兩個區(qū)域降水 CISO的重要性。

圖1 氣候逐日夏季降水CISO主周期分布（僅給出了通過90%信度F檢驗的站點），空心圓表示30～60天（129站），實心圓表示10～20天（114站）Fig.1 The scattered station sites where the CISO (Climatological IntraSeasonal Oscillation) periods of multi-year mean daily rainfall in summer are 30–60 d (opened circles, 129 stations) and 10–20 d (closed circles, 114 stations) above 90% level of confidence using F–test

4 夏季降水30～60天CISO的反相關(guān)系

對圖 2a中兩個區(qū)域內(nèi)所有站點的氣候逐日夏季低頻降水分別進行區(qū)域平均，得到兩區(qū)域夏季逐日降水CISO時間序列（圖3）。川渝陜甘地區(qū)（圖2a中A區(qū)域）與中國東南部（圖2a中B區(qū)域）夏季降水 CISO表現(xiàn)出隨時間近乎反相的變化特征（圖3）。當川渝陜甘地區(qū)低頻降水為正值時，中國東南部低頻降水則為負值；反之亦然。兩者之間的相關(guān)系數(shù)為－0.831。采用高自相關(guān)變量間相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計檢驗方法（Chen, 1982）可知，兩者之間的負相關(guān)通過95%信度的t檢驗，表明兩者間的負相關(guān)顯著。

這種反相關(guān)現(xiàn)象在7月中旬之前表現(xiàn)得尤為明顯。為了突顯這種特征，參考賈燕和管兆勇（2010）的做法，選取了低頻降水完成一次循環(huán)過程的8個位相（圖3中8個小方形實心點所示），其中1、5為轉(zhuǎn)換位相，位相3表示活躍期的波峰，位相7表示中斷期的波谷，而位相 2、4、6、8表示低頻振蕩的振幅值達到該循環(huán)的最大值或最小值一半的時間。繪制了8個位相上低頻降水的空間分布（圖4）。川渝陜甘地區(qū)低頻降水經(jīng)歷了由負到正的變化過程，而中國東南部低頻降水則經(jīng)歷了由正到負的變化過程，反相變化特征十分明顯。此外，川渝陜甘地區(qū)主要表現(xiàn)出降水CISO的局地振蕩，中國東南部在經(jīng)向上則表現(xiàn)出明顯的北傳（緯向傳播不明顯）。

圖2 （a）夏季降水30～60 天CISO方差占夏季降水總擾動方差的百分比，（b）夏季30～60 天CISO降水擾動總量占夏季總降水的百分比。A區(qū)域為川渝陜甘地區(qū)（29°N～35.5°N，104°E～110.5°E），B 區(qū)域為中國東南部（23°N～29.5°N，113°E～122°E）Fig.2 Ratio of variance of 30–60 day CISO summer rainfall to total disturbance variance of summer rainfall (a), and ratio of total disturbance quantity (sum of the absolute value) of 30–60 day CISO summer rainfall to total summer rainfall (b).Box A denotes the key region for the Sichuan–Chongqing–Shaanxi–Gansu region (CYSG) (29°N–35.5°N, 104°E–110.5°E), and B for southeastern China (SEC) (23°N–29.5°N, 113°E–122°E)

圖3 中國東南部與川渝陜甘地區(qū)夏季逐日降水30～60天CISO時間序列，單位：mm d?1。實線：川渝陜甘地區(qū)；長虛線：中國東南部Fig.3 Time series of 30–60 day CISO of summer daily rainfall (unit: mm d?1) averaged over regions of the CYSG (solid line) and SEC (long dashed line)

圖4 圖3中所選30～60天CISO各位相上低頻降水分布，單位：mm d?1，陰影表示絕對值大于0.4Fig.4 Low-frequency rainfall (unit: mm d?1) at different phases of the 30–60 day CISO as displayed in Fig.3.The absolute values larger than 0.4 are shaded

夏季降水CISO的時間—緯度和時間—經(jīng)度剖面顯示：兩個區(qū)域的降水CISO都經(jīng)歷了兩次明顯的振蕩過程。經(jīng)向方向上，川渝陜甘地區(qū)（圖5a）無明顯傳播，只表現(xiàn)出降水位相的振蕩。第一次降水CISO正位相出現(xiàn)在6月末至7月中旬，最大值中心位于32°N附近；第二次降水CISO正位相出現(xiàn)在8月中旬至8月末，與前一次相比，振蕩強度明顯減弱。對于中國東南部（圖 5b），北傳特征十分顯著。第一次降水CISO正位相出現(xiàn)在6月初，然后隨時間向北傳播，于6月中旬到達28°N附近并在該處產(chǎn)生強振蕩中心，而后繼續(xù)北傳并于7月中旬左右到達35°N附近。第二次降水CISO正位相出現(xiàn)在7月中下旬，于8月初在25°N附近形成一個相對弱的振蕩中心，而后北傳并一直持續(xù)到8月末。圖5c、d顯示川渝陜甘地區(qū)與中國東南部降水CISO在緯向方向并無顯著傳播。但注意到圖 5c中長江中下游地區(qū)存在自東向西的傳播。沿圖 2b中長虛線上降水CISO的時間—經(jīng)度變化（圖5e）進一步說明了降水CISO在斜線方向上主要反映出兩地反相振蕩現(xiàn)象。

綜上，川渝陜甘地區(qū)與中國東南部降水 CISO呈反相關(guān)系。川渝陜甘地區(qū)降水局地低頻振蕩顯著，中國東南部降水CISO北傳特征清晰?？婂\海和劉家銘（1991）、Liu et al.（2008）的觀測分析及Yang et al.（2009）、趙崇博等（2011）數(shù)值模擬都曾表明我國東部夏季風區(qū)降水CISO存在顯著的北傳。本文關(guān)于中國東南部降水CISO的傳播分析所得結(jié)果與前人一致。

5 夏季降水30～60天CISO反相的內(nèi)在聯(lián)系及可能的形成機制

為了探究中國東南部與川渝陜甘地區(qū)夏季降水30～60天CISO反相的內(nèi)在聯(lián)系及可能的形成機制，將從水平環(huán)流、垂直運動、水汽、擾動能量傳播及大尺度環(huán)流等角度進行分析。其中水平環(huán)流、垂直運動、水汽和大尺度環(huán)流針對圖3中所選取的8個位相進行。

5.1 水平環(huán)流

降水的低頻變化受低頻環(huán)流的制約。在850 hPa上（圖6），1位相時，川渝陜甘地區(qū)處于弱低頻脊區(qū)控制中；東?！魈窖蟮貐^(qū)有一低頻氣旋，中國東南部處于其西側(cè)槽區(qū)內(nèi)。2位相，控制川渝陜甘地區(qū)的脊因反氣旋式渦度的增強而增強；東?！魈窖蟮貐^(qū)的氣旋明顯西伸并稍有北抬，控制中國東南部的槽因氣旋式渦度的增強而增強。到峰值3位相時，控制川渝陜甘地區(qū)脊的反氣旋式渦度達到最強，從而脊達到最強，相應低頻降水達到最弱；東?！魈窖蟮貐^(qū)的氣旋進一步西伸，受此氣旋

式環(huán)流影響中國東南部低頻降水達到最強。4位相，川渝陜甘地區(qū)脊減弱；源自東?！魈窖蟮貐^(qū)的氣旋較前一位相已經(jīng)向東北方向移出，此時東海—西太平洋地區(qū)出現(xiàn)一個較強的低頻反氣旋，中國東南部則處于低頻氣旋和低頻反氣旋的共同控制之中。

圖5 夏季降水30～60天CISO的時間—緯度剖面：（a）川渝陜甘地區(qū)，取104°E～110.5°E平均；（b）中國東南部，取113°E～122°E平均。夏季降水30～60 天CISO的時間—經(jīng)度剖面；（c）川渝陜甘地區(qū)，取29°N～35.5°N平均；（d）中國東南部，取23°N～29.5°N平均；（e）沿圖2b中長虛線的夏季降水 30～60 天 CISO的時間剖面。a–d中兩條實線之間為川渝陜甘地區(qū)，兩條長虛線之間為中國東南部，陰影部分表示正值，單位：mm d?1Fig.5 (a, b) The time-latitude cross sections for 30–60 day CISO summer rainfall averaged over (a) (104°E–110.5°E) for the CYSG and (b) (113°E–122°E)for SEC.(c, d) The time-longitude cross sections for 30–60 day CISO summer rainfall averaged over (c) (29°N–35.5°N) for the CYSG and (d)(23°N–29.5°N) for SEC.(e) The time cross section for 30–60 day CISO summer rainfall along the long dashed line in Fig.2b.The zonal lines in (a) and (b) and the meridional lines in (c) and (d) are the border lines of boxes A and B as defined in Fig.2.The positive values are shaded.The units are in mm d?1

圖6 850 hPa環(huán)流變化。流線表示30～60天CISO旋轉(zhuǎn)風場，矢量表示30～60天CISO輻散風場（單位：m s?1）。陰影區(qū)表示850 hPa 30～60天CISO渦度，單位：10?6 s?1Fig.6 Circulations at 850 hPa.Streamlines are for the 30–60 day CISO rotational wind component as derived from the stream function and vectors are for divergent wind component as derived from the velocity potential.The shadings denote the 30–60 day CISO vorticity at 850 hPa, whose units are in 10?6 s?1

在 5～8位相時，兩個區(qū)域環(huán)流形勢幾乎與位相 1～4時相反。5位相，川渝陜甘地區(qū)處于環(huán)流調(diào)整時期；東?！魈窖蟮貐^(qū)的反氣旋明顯西伸，中國東南部處于其脊區(qū)控制中。6位相，川渝陜甘地區(qū)經(jīng)環(huán)流調(diào)整后已經(jīng)處于低頻槽區(qū)控制中；東?！魈窖蟮貐^(qū)的反氣旋進一步西伸，受此影響控制中國東南部的脊進一步增強。到谷值7位相時，川渝陜甘地區(qū)槽區(qū)氣旋式渦度達到最強，與此相伴隨低頻降水達到最強；中國東南部此時受反氣旋環(huán)流控制，低頻降水達到最弱。8位相，控制川渝陜甘地區(qū)的槽已經(jīng)減弱；控制中國東南部的反氣旋環(huán)流已經(jīng)減弱，西太平洋地區(qū)出現(xiàn)氣旋式渦度，意味著下一次循環(huán)的開始。

綜上，1～4位相，川渝陜甘地區(qū)主要處于脊區(qū)控制中，低頻降水處于負位相階段；而中國東南部主要處于槽區(qū)或氣旋環(huán)流控制中，低頻降水處于正位相階段。5～8位相，幾乎與1～4位相相反，川渝陜甘地區(qū)主要處于槽區(qū)控制中，低頻降水處于正位相階段；而中國東南部主要處于脊區(qū)或反氣旋環(huán)流控制中，低頻降水處于負位相階段。

200 hPa環(huán)流（圖7）與低層850 hPa有所不同。在200 hPa上，除了對低頻降水起作用的輻合輻散風分量外，可見在位相 1～4時，在日本南部上空有一低頻氣旋中心并不斷向西北方向移動，而在5～8位相時，有一低頻反氣旋環(huán)流中心沿著川渝陜甘地區(qū)向東移動。這種環(huán)流中心的形成與移動和輻合輻散導致的渦度轉(zhuǎn)變有關(guān)。

綜合 1～8位相，高低層低頻環(huán)流的配置及其演變過程較好地解釋了低頻降水完成一次位相循環(huán)所需要的相應環(huán)流背景。在對流層低層，川渝陜甘區(qū)域內(nèi)，要么處于低頻反氣旋式環(huán)流的脊區(qū)內(nèi)（1～4位相），要么處于低頻氣旋式環(huán)流的槽區(qū)內(nèi)（5～8位相），由此形成了降水 CISO的“駐相”振蕩；而中國東南部，源自東海—西太平洋地區(qū)低頻氣旋式、反氣旋式環(huán)流在區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)位置的西伸和北移，于是有降水CISO的傳播。賈燕和管兆勇（2010）研究指出ISO強年存在于南?！鞅碧窖蟮貐^(qū)的低頻氣旋、反氣旋系統(tǒng)的交替活動影響了副熱帶高壓的進退，從而引起江淮流域夏季降水異常。夏蕓等（2008）對 2003年江淮流域強降水過程的分析也指出 30～70天振蕩在低空以異常反氣旋（異常氣旋）性環(huán)流型自日本北部以東洋面向中國東南沿海傳播，調(diào)控西太平洋副高進入（退出）南海，形成有利（不利）江淮流域降水的環(huán)流形勢。這里從CISO角度分析所得結(jié)果與上述從ISO強度年際變化和ISO個例分析所得結(jié)果有相同之處。

5.2 垂直運動

從中國東南部（113°E～122°E 平均）30～60天CISO垂直環(huán)流的高度—緯度剖面（圖略）可以看出，隨著降水CISO的向北傳播，中國東南部的CISO經(jīng)圈環(huán)流相應地由南向北推進，垂直上升（下降）運動區(qū)同降水CISO的正（負）位相十分吻合。

為了揭示川渝陜甘地區(qū)與中國東南部之間垂直環(huán)流的聯(lián)系，繪制了沿圖2b中長虛線的CISO垂直環(huán)流剖面和CISO水平輻散風速的垂直剖面，見圖 8。首先由垂直環(huán)流（流線）可見，在轉(zhuǎn)換位相1時，環(huán)流處于調(diào)整期，無明顯完整垂直環(huán)流。位相2時，垂直環(huán)流中心大致位于114°E，其左側(cè)為下沉運動區(qū)，右側(cè)為上升運動區(qū)。到峰值位相3時，垂直環(huán)流中心在112°E附近。位相4時，垂直環(huán)流中心移至 110.5°E附近。對于轉(zhuǎn)換位相 5，環(huán)流同樣處于調(diào)整時期。位相 6～8時環(huán)流中心位置依次大致位于 115.5°E、112.5°E 和 112°E。盡管環(huán)流中心位置在位相轉(zhuǎn)換過程中有移動，但是通過對比兩兩相反位相可以發(fā)現(xiàn)，其位置移動并不是很大，可以說位相 6～8時的上升和下沉運動區(qū)基本與位相2～4時相反。說明CISO垂直環(huán)流的上升和下沉支正好出現(xiàn)在這個斜線路徑的兩端，反映了低頻降水在這兩處的相反變化。從CISO水平輻散風速的垂直剖面（等值線，陰影表示正值）可以看出，沿著斜線，對于每兩個相反位相，CISO水平輻散風速的垂直剖面均表現(xiàn)出近乎反相的變化特征，這也進一步反映了兩地區(qū)降水CISO的反相關(guān)系。

5.3 水汽

降水CISO過程中的水汽環(huán)境見圖9。CISO水汽通量的旋轉(zhuǎn)分量分布形勢與圖6給出的850 hPa的旋轉(zhuǎn)風場分布形勢非常相似。這說明水汽以低頻波形式輸送。陸爾和丁一匯（1996）曾指出低頻波的向西傳播可以將熱帶西太平洋上的水汽和暖濕空氣以低頻形式輸送到江淮地區(qū)。對于中國東南

部，1位相時處于偏北風和偏南風的水汽輻合區(qū)；2位相時，偏北與偏南的水汽輻合增強。在3位相時，偏北與偏南水汽輻合達到最強，對應低頻降水達到最強。4位相時，中國東南部處于偏南水汽輻合區(qū)，但強度明顯減弱。從5～8位相，整個形勢幾乎與1～4位相反相。5位相時，中國東南部處于水汽輻合與輻散的交匯區(qū)，表明水汽已經(jīng)減少。到6位相時，中國東南部主要處于水汽輻散區(qū)控制中。在7位相時，中國東南部完全處于水汽輻散區(qū)中，同時輻散達到最強，對應低頻降水達到最弱。到8位相時，中國東南部的水汽輻散有所減弱?？梢?，對于中國東南部，8個位相上低頻水汽的演變可較好反映低頻降水完成一次位相循環(huán)所需的水汽條件。但是對于川渝陜甘地區(qū)要復雜一些，這可能是由于NCEP再分析資料有地理位置偏差。關(guān)于這方面問題有待于進一步研究。

圖7 200 hPa環(huán)流變化，單位：m s?1。流線表示30～60天CISO旋轉(zhuǎn)風場，矢量表示30～60天CISO輻散風場Fig.7 Circulations at 200 hPa.Streamlines are for the 30–60 day CISO rotational wind component as derived from the stream function and vectors are for divergent wind component as derived from the velocity potential

圖8 沿圖2b中長虛線的30～60天CISO垂直環(huán)流剖面（流線，兩個分量分別為投影到長虛線方向上的水平輻散風速和垂直速度）和30～60天CISO水平輻散風速投影到長虛線方向上的分量的垂直剖面（等值線，陰影表示正值）。水平輻散風速單位：m s?1，垂直速度單位：－0.01 Pa s?1Fig.8 The 30–60 day CISO cross sections for vertical circulations along the long dashed line in Fig.2b.The horizontal divergent winds are projected onto the slanted line for constructing the vertical circulations.The contours denote the horizontal divergent winds.The positive values are shaded.Units for the horizontal divergent winds are in m s?1 and for the vertical velocities are in ?0.01 Pa s?1

圖9 30～60天CISO整層（地面積分到300 hPa，下同）水汽通量的旋轉(zhuǎn)分量（流線，單位：kg m?1 s?1）、輻散分量（矢量，單位：kg m?1 s?1）及其散度（陰影，單位：10?6 kg m?2 s?1）Fig.9 The rotational (streamlines) and divergent (vectors) components of 30–60 day CISO moisture flux which are vertically integrated from the earth surface to 300 hPa.Units are in kg m?1 s?1.The shadings denote the moisture flux divergence, whose units are in 10?6 kg m?2 s?1

5.4 擾動能量傳播

采用Hoskins et al.（1983）給出的E矢量來分析川渝陜甘地區(qū)與中國東南部之間降水CISO反相的可能聯(lián)系。圖10給出了E矢量在對流層高（200 hPa）、中（500 hPa）和低（850 hPa）層上的分布。E矢量的方向所指為在不考慮基本氣流時的Rossby波動的擾動能量傳播的主要方向。不論在對流層的高層、中層還是低層，長江中下游地區(qū)均存在由東指向西的E矢量，表明Rossby波固有群速度存在向西的分量（Hoskins et al.，1983），進而表明長江中下游與川渝陜甘地區(qū)的擾動存在聯(lián)系。當長江中下游地區(qū)擾動增強時，由于能量的向西頻散，川渝陜甘地區(qū)的擾動亦將增強。又因中國東南部的降水CISO存在經(jīng)向傳播（圖5b），而川渝陜甘地區(qū)與中國東南部之間降水CISO存在反相振蕩，表明中國東南部與川渝陜甘地區(qū)之間的擾動存在間接聯(lián)系。而聯(lián)系兩者的正是長江中下游地區(qū)。

總之，E矢量顯示出長江中下游與川渝陜甘地區(qū)之間存在自東向西的 Rossby波擾動能量傳播，而長江中下游和中國東南部之間降水CISO在經(jīng)向上密切聯(lián)系，因此三者之間存在動力學上的關(guān)聯(lián)，這可部分地解釋川渝陜甘地區(qū)和中國東南部之間降水CISO的反相關(guān)系。

5.5 與大尺度環(huán)流的聯(lián)系

圖10 （a）200 hPa、（b）500 hPa、（c）850 hPa E 矢量分布，單位：m2 s?2。粗實線給出氣候平均且夏季平均的東西風分界線所在位置Fig.10 The E vectors at (a) 200 hPa, (b) 500 hPa, and (c) 850 hPa respectively, units are in m2 s?2.The thick solid lines stand for the boundaries of easterly and westerly winds in summer mean climatology

低頻降水的形成除了受季節(jié)內(nèi)振蕩場的制約外，大尺度大氣環(huán)流也會對降水CISO的形成產(chǎn)生重要影響。圖11給出的是氣候態(tài)的500 hPa位勢高度場。它反應了降水CISO完成位相循環(huán)時相應的大尺度環(huán)流的演變過程。在中國東南部降水 CISO的正位相（川渝陜甘地區(qū)降水CISO負位相）時期（1～4位相），西太平洋副熱帶高壓基本呈東北—西南走向，中國東南部恰好位于其西北側(cè)，西南氣流利于水汽輸送，有利于降水的產(chǎn)生；川渝陜甘地區(qū)受西太平洋副熱帶高壓的影響較小，更多的是受到中緯度西風帶環(huán)流系統(tǒng)中貝加爾湖附近大陸高壓脊前西北氣流的影響，不利于產(chǎn)生降水。在中國東南部降水 CISO的負位相（川渝陜甘地區(qū)降水CISO正位相）時期（5～8位相），隨著整個行星風帶的季節(jié)性北移，西太平洋副熱帶高壓也隨之北推，變成東西走向，脊線位置由原來的 20°N以南變成 20°N以北，與此相隨，整個雨帶北進，不利于中國東南部降水的產(chǎn)生；中緯度西風帶環(huán)流變得平直，貝加爾湖附近大陸高壓脊明顯減弱，川渝陜甘地區(qū)位于西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)，出現(xiàn)西南氣流，有利于降水的產(chǎn)生。

圖11 500 hPa氣候平均位勢高度場在30～60天CISO 各位相上的分布（單位：dagpm）Fig.11 The 500-hPa mean climatological geopotential height at different phases of 30–60 day CISO.Units are in dagpm

總之，中低緯環(huán)流系統(tǒng)之間相互作用的結(jié)果是，當中國東南部主要受西太平洋副熱帶高壓影響而易產(chǎn)生降水時，川渝陜甘地區(qū)則受貝加爾湖附近大陸高壓脊影響而少降水（1～4位相）；當西太平洋副熱帶高壓北進，貝加爾湖附近大陸高壓脊明顯減弱時，中國東南部受西太平洋副熱帶高壓控制而不易產(chǎn)生降水，川渝陜甘地區(qū)轉(zhuǎn)為受西太平洋副熱帶高壓的影響而易產(chǎn)生降水（5～8位相）。

在影響我國夏季降水的諸多因子中，西太平洋副熱帶高壓無疑是影響中國東部夏季降水季節(jié)內(nèi)變化的最直接和最主要原因（陳烈庭等，2007），同時注意到貝加爾湖附近大陸高壓與我國夏季氣候關(guān)系亦十分密切（譚桂容等，2008）。這里的分析結(jié)果顯示，氣候態(tài)下的西太平洋副熱帶高壓和貝加爾湖附近大陸高壓脊的季節(jié)內(nèi)變化，是中國東南部和川渝陜甘地區(qū)夏季降水CISO反相關(guān)系形成的環(huán)流基礎(chǔ)。側(cè)西南氣流影響而易產(chǎn)生降水（5～8位相）。

要說明的是，本文著重從CISO角度對我國南方夏季降水進行了分析。由于CISO反映了ISO的鎖相現(xiàn)象，表明一般而言在季節(jié)內(nèi)尺度上當中國東南部降水增多時，川渝陜甘地區(qū)降水減少，反之亦然。顯然ISO還存在年際差異，對于川渝陜甘地區(qū)與中國東南部降水ISO年際變化特征的分析將是未來要進行的工作。

6 結(jié)語

經(jīng)過上述分析，得到以下結(jié)論：

（1）功率譜分析和方差分析結(jié)果顯示，顯著的30～60天夏季降水CISO主要存在于川渝陜甘地區(qū)和中國東南部，且這兩個區(qū)域夏季降水CISO在7月中旬之前存在顯著的反相現(xiàn)象。川渝陜甘地區(qū)與中國東南部夏季降水CISO在傳播特征上存在顯著差異。川渝陜甘地區(qū)降水局地低頻振蕩顯著，中國東南部降水CISO北傳特征清晰。

（2）低頻環(huán)流分析顯示，對流層低層低頻槽、脊的更替形成了川渝陜甘地區(qū)降水 CISO 的“駐相”振蕩，低頻氣旋式、反氣旋式環(huán)流位置的移動則產(chǎn)生了中國東南部降水CISO的北傳。CISO垂直環(huán)流顯示上升支與下沉支正好處于川渝陜甘地區(qū)與中國東南部，較好地反映了低頻降水在兩區(qū)域的相反變化。

（3）E矢量顯示出長江中下游與川渝陜甘地區(qū)之間存在自東向西的 Rossby波擾動能量傳播，而長江中下游和中國東南部之間降水CISO在經(jīng)向上密切聯(lián)系，因此三者之間存在動力學上的關(guān)聯(lián)，此可對川渝陜甘地區(qū)和中國東南部之間降水CISO的反相現(xiàn)象進行部分解釋。

（4）中國東南部和川渝陜甘地區(qū)夏季降水CISO反相關(guān)系的形成與氣候態(tài)下的西太平洋副熱帶高壓和貝加爾湖附近大陸高壓脊的季節(jié)內(nèi)變化有關(guān)。受西太平洋副熱帶高壓脊線位置和貝加爾湖附近大陸高壓脊強度的共同影響，當中國東南部主要受西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)的西南氣流影響而易產(chǎn)生降水時，川渝陜甘地區(qū)則主要受貝加爾湖附近大陸高壓脊前西北氣流影響而少降水（1～4位相）；當西太平洋副熱帶高壓控制中國東南部而使其不易產(chǎn)生降水時，貝加爾湖附近大陸高壓脊明顯減弱，川渝陜甘地區(qū)轉(zhuǎn)為受西太平洋副熱帶高壓西北

致 謝 中國氣象局國家氣象信息中心及南京信息工程大學地球科學部南京大氣資料服務中心提供了資料服務；NCEP/NCAR再分析資料取自 NOAA–CIRES Climate Diagnostics Center（http://www.cdc.noaa.gov）；文中諸圖均用GrADS軟件繪制。

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