夏季MJO持續(xù)異常的主要特征分析

嚴(yán)欣 琚建華

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夏季MJO持續(xù)異常的主要特征分析

嚴(yán)欣1琚建華2

1云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，昆明650000;2云南省氣象局，昆明650000

在MJO傳播過程中，其活動(dòng)中心并不總是規(guī)律地沿赤道東傳。本文通過資料分析發(fā)現(xiàn)，夏季MJO的活動(dòng)中心會(huì)出現(xiàn)東傳停滯的情況，表現(xiàn)為MJO在赤道太平洋持續(xù)異?；钴S或者在印度洋持續(xù)異?；钴S兩種形式。為更好描述MJO這種東傳不明顯的異常特征，本文定義了一個(gè)描述MJO持續(xù)異常的指數(shù)，并據(jù)此對(duì)夏季MJO持續(xù)異常的主要特征進(jìn)行分析。通過小波分析的方法，發(fā)現(xiàn)夏季MJO持續(xù)異常時(shí)其振蕩周期會(huì)出現(xiàn)縮短或變?nèi)?。通過對(duì)MJO持續(xù)異常狀況下的大氣環(huán)流進(jìn)行合成對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，夏季MJO的持續(xù)異常會(huì)對(duì)熱帶大氣環(huán)流造成顯著的影響。具體表現(xiàn)為：MJO夏季在赤道太平洋（印度洋）持續(xù)活躍的時(shí)候，赤道沃克環(huán)流減弱（增強(qiáng)），西太平洋哈得來環(huán)流增強(qiáng)（減弱），西太平洋副高位置偏北（偏南），赤道太平洋（印度洋）高層輻散且對(duì)流活躍。

MJO 持續(xù)異常 大氣環(huán)流 季節(jié)內(nèi)振蕩

1 引言

MJO（Madden-Julian Oscillation）自20世紀(jì)70年代初被發(fā)現(xiàn)以來，一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)問題（Madden and Julian, 1971, 1972）。從80年代至今，MJO的時(shí)空尺度、結(jié)構(gòu)和傳播特征都有較多深入的研究。關(guān)于MJO產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，有積云—對(duì)流反饋機(jī)制（李崇銀, 1985; Lau and Peng, 1987; 王繼勇和劉式適, 1996; 查晶和羅德海, 2011）、蒸發(fā)—風(fēng)反饋機(jī)制（李桂龍和劉式適, 1993）、外強(qiáng)迫激發(fā)機(jī)制（Li and Xiao, 1992）及海氣耦合機(jī)制（Lau and Shen, 1988; Li and Liao, 1996）等理論。

對(duì)MJO這種赤道的大氣季節(jié)內(nèi)震蕩現(xiàn)象的描述需要借助指數(shù)的定義。Wheele and Hendon（2004）在對(duì)大氣向外長(zhǎng)波輻射OLR（outgoing longwave radiation）、U200（200 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)）和U850（850 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)）這三個(gè)物理量進(jìn)行擴(kuò)展經(jīng)驗(yàn)正交方法（EEOF）分解之后發(fā)現(xiàn)，MJO兩個(gè)最顯著的活動(dòng)中心位于印度洋（EOF1）和太平洋西部（EOF2），在此基礎(chǔ)上定義出多變量實(shí)時(shí)MJO指數(shù)RMM（Wheeler and Hendon, 2004）。此指數(shù)為現(xiàn)在最常用的MJO指數(shù)。而近年紐約州立大學(xué)的Ventriceet al.（2013）已經(jīng)對(duì)RMM指數(shù)做出改進(jìn)，使用U200、U850以及200 hPa速度勢(shì)（VP200）進(jìn)行EOF分解，把RMM指數(shù)里OLR用VP200替代了。另一個(gè)常用的MJO指數(shù)為NOAA（美國(guó)海洋與大氣管理局）下屬的氣候預(yù)測(cè)中心（CPC，Climate Prediction Center）所定義的10個(gè)MJO指數(shù)（Xue et al., 2002）。該指數(shù)是使用VP200進(jìn)行EEOF分析后，將數(shù)據(jù)在EEOF第一模態(tài)的十個(gè)空間場(chǎng)上進(jìn)行投影得到。這兩種指數(shù)各有側(cè)重，RMM指數(shù)更側(cè)重表現(xiàn)MJO在赤道傳播的過程，對(duì)其活動(dòng)中心具體位置只有大概指示作用；而CPC的MJO指數(shù)則側(cè)重表現(xiàn)在赤道十個(gè)關(guān)鍵經(jīng)度上MJO的強(qiáng)弱變化情況，在表征具體位置MJO活躍情況方面更有優(yōu)勢(shì)。

對(duì)MJO的振蕩活動(dòng)規(guī)律的研究表明，MJO主要是沿赤道向東傳播的，但有時(shí)也有準(zhǔn)靜止或向西傳播的情況出現(xiàn)（Huang, 1994; 李崇銀, 1995）。MJO活動(dòng)有強(qiáng)的年際變化，在一段時(shí)間的較強(qiáng)活動(dòng)之后，也會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的弱震蕩或消失（Hendon et al., 1999; Zhang, 2005）。這些研究主要側(cè)重于MJO活動(dòng)強(qiáng)度的變化，而對(duì)MJO活動(dòng)中心出現(xiàn)的位置沒有重視。而許多對(duì)MJO活動(dòng)年際變率的研究主要針對(duì)MJO冬季的活動(dòng)變化（程勝和李崇銀, 2006），將其與ENSO循環(huán)的發(fā)生、太平洋海溫的變化相聯(lián)系（龍振夏和李崇銀, 2001），對(duì)夏季MJO的異?；顒?dòng)則沒有更進(jìn)一步研究。眾所周知，MJO是熱帶重要的大氣系統(tǒng)，其夏季活動(dòng)的異常會(huì)對(duì)其他天氣氣候系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響（Knutson and Weickmann, 1987; Rui and Wang, 1990; Hendon et al., 1999; 陳光華和黃榮輝, 2009; 潘靜等, 2010; Jia and Liang, 2013），特別是對(duì)夏季風(fēng)的活動(dòng)、季風(fēng)區(qū)降雨多寡產(chǎn)生重要影響（Maloney and Hartmann, 2000; Higgins and Shi, 2001; 李汀等, 2012; Li et al., 2012; Bai et al., 2013）。因而對(duì)夏季MJO活動(dòng)中心在特定區(qū)域持續(xù)異常的特征的定義和分析，能夠作為后續(xù)研究MJO異常造成其他氣象系統(tǒng)異常的基礎(chǔ)，有重要意義。

2 資料和方法

本文所使用的氣象要素場(chǎng)資料有：（1）NCEP提供的第二套再分析逐日資料（Kanamitsu et al., 2002），包括風(fēng)場(chǎng)（，，），水平分辨率為2.5°×2.5°。（2）NCEP提供的對(duì)外長(zhǎng)波輻射（OLR）逐日資料，水平分辨率為2.5°×2.5°。兩套資料的時(shí)間均從1979年1月1日至2013年12月31日。

使用的MJO指數(shù)（MJO）資料有：（1）澳大利亞天氣和氣候研究中心開發(fā)的RMM指數(shù)（Wheeler and Hendon, 2004）。此指數(shù)通過將OLR、850 hPa和200 hPa風(fēng)場(chǎng)投影到EEOF分解的前兩個(gè)模態(tài)，得到RMM1和RMM2兩個(gè)時(shí)間序列。將RMM1和RMM2在極坐標(biāo)下的投影，即能近似得到MJO活躍中心在赤道的傳播路徑以及強(qiáng)度。（2）NOAA（美國(guó)海洋與大氣管理局）下屬的氣候預(yù)測(cè)中心（CPC）所定義的10個(gè)MJO指數(shù)（Xue et al., 2002）。此指數(shù)通過使用了200 hPa速度勢(shì)資料進(jìn)行EEOF（擴(kuò)展經(jīng)驗(yàn)正交方法）分析，由其中的第一模態(tài)中10個(gè)空間/時(shí)間場(chǎng)，定義出了10個(gè)MJO指數(shù)（MJO1,MJO2, …,MJO10），對(duì)應(yīng)10個(gè)MJO對(duì)流活動(dòng)中心的位置（80°E、100°E、120°E、140°E、160°E、120°W、40°W、10°W、20°W和70°W）。因而CPC的10個(gè)MJO指數(shù)，分別代表MJO的活動(dòng)在熱帶印度洋、海洋性次大陸、熱帶太平洋到熱帶大西洋等不同地區(qū)的活躍和抑制狀態(tài)。這兩套MJO指數(shù)中RMM指數(shù)為日資料，MJO指數(shù)為侯資料，時(shí)間均從1979年1月至2013年12月。由于我們觀察到MJO在出現(xiàn)持續(xù)異常特征時(shí)周期發(fā)生了改變，因此使用Morlet小波功率譜分析對(duì)特例年的MJO指數(shù)進(jìn)行了分析，確定其顯著周期范圍。之后我們對(duì)選取的典型年MJO指數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)合成，以分析持續(xù)異常特征；并同時(shí)合成分析了相關(guān)環(huán)流場(chǎng)，進(jìn)一步探討在MJO持續(xù)異常情況下，對(duì)大氣環(huán)流以及其他氣象要素造成的影響。

3 夏季MJO持續(xù)異常

3.1 MJO持續(xù)異常個(gè)例

在對(duì)MJO監(jiān)測(cè)的持續(xù)關(guān)注中，我們發(fā)現(xiàn)夏季的MJO傳播有幾種典型形式。

正常情況下，MJO顯著活躍中心是沿赤道向東傳播的，如1979年夏季。在MJO指數(shù)（圖1a）上可以清楚看到，藍(lán)色色標(biāo)所表示的MJO活躍中心自6月從赤道非洲向東傳播，6月中旬在印度洋活躍，7月上旬傳播至西太平洋活躍，7月中下旬回到赤道非洲大陸，再次經(jīng)歷一次更強(qiáng)的MJO東傳后，在8月末重新回到非洲大陸。在整個(gè)夏季的東傳過程中，MJO活動(dòng)中心傳播路徑清晰，并且MJO強(qiáng)度偏強(qiáng)。RMM指數(shù)（圖2a）上反映的信息與前述基本一致：1979年MJO中心6月從1位相開始東傳，經(jīng)歷兩次東傳循環(huán)后，于7月中旬和8月底兩次回到1位相。除7月下旬出現(xiàn)短暫強(qiáng)度小于1情況之外，整個(gè)6～8月MJO強(qiáng)度都偏強(qiáng)。

并非所有年份MJO的東傳都如此穩(wěn)定和清楚。在某些年份，夏季MJO會(huì)出現(xiàn)在太平洋持續(xù)異?；钴S（如1982年夏季）或者在印度洋持續(xù)異?；钴S（如2010年夏季）的兩種特殊情況。如1982年（圖1b），6、7、8月MJO的活躍中心長(zhǎng)期在赤道西太平洋上空停滯維持。其間最顯著的異常持續(xù)出現(xiàn)在6月下旬至整個(gè)7月，在太平洋MJO持續(xù)活躍的同期印度洋MJO處于抑制狀態(tài)。在RMM指數(shù)圖（圖2b）上同樣可見。1982年6～7月MJO中心位置基本一直處于代表太平洋的5、6、7位相，傳播路徑并不清晰。7月末MJO強(qiáng)度減弱，8月初MJO活動(dòng)中心短暫出現(xiàn)在代表印度洋的2、3位相，然后并向東傳播。整個(gè)1982年夏季MJO強(qiáng)度不強(qiáng)，其中心位置多數(shù)時(shí)間出現(xiàn)在太平洋附近。而2010年6～8月（圖1c）MJO的活動(dòng)則一直持續(xù)在非洲大陸到印度洋區(qū)域，強(qiáng)度中心主要位于70°E～80°E赤道印度洋附近，與此相對(duì)應(yīng)MJO在太平洋為抑制狀態(tài)。在RMM的MJO強(qiáng)度中心圖（圖2c）上同樣可以看到，雖然8月有一次較弱東傳，但整個(gè)夏季MJO活動(dòng)中心基本位于1～3位相。這兩種異常情況下，MJO東傳活動(dòng)不明顯，軌跡較為模糊。我們將夏季MJO東傳明顯停滯的現(xiàn)象稱之為夏季MJO的持續(xù)異?，F(xiàn)象。

圖1 夏季（6～8月）CPC所定義的MJO指數(shù)：（a）1979年；（b）1982年；（c）2010年

圖2 夏季（6～8月）的RMM指數(shù)：（a）1979年；（b）1982年；（c）2010年

3.2 MJO持續(xù)異常的周期特征

MJO通常具有顯著的30～60天周期（Madden and Julian, 1971, 1972, 1994; Zhang, 2005）。在MJO顯著活躍東傳的1979年的夏季，從圖1和圖2我們可以大概推得其振蕩周期約為一個(gè)半月。而值得注意的是，在MJO出現(xiàn)持續(xù)異常活動(dòng)的1982年和2010年，其東傳特征不明顯，MJO的振蕩周期似乎出現(xiàn)了改變。為進(jìn)一步確認(rèn)這種情況，我們用1979年、1982年和2010年CPC的MJO指數(shù)分別進(jìn)行小波分析，最終取指數(shù)MJO4的周期分析結(jié)果如圖3所示。其余指數(shù)的小波分析結(jié)果，以及RMM1、RMM2指數(shù)的小波分析結(jié)果也都與之基本一致，因此不再贅述。

1979年是MJO活動(dòng)較正常、向東傳播較為規(guī)律的年份（圖3a）。最顯著周期出現(xiàn)在32～64天這個(gè)區(qū)間，最強(qiáng)周期信號(hào)出現(xiàn)在6月份，8月稍有減弱趨勢(shì)。1982年（圖3b）MJO的活動(dòng)中心在太平洋出現(xiàn)了異常停滯。6月初，MJO的顯著周期在16～32天及32～64天范圍都有出現(xiàn)。16～32天周期持續(xù)到6月末，而32～64天周期在6月中旬之后就完全消失不顯著了?？梢?982年夏季MJO的周期活動(dòng)都不太顯著。2010年（圖3c）MJO的活動(dòng)中心在印度洋出現(xiàn)了異常停滯。6～7月小波周期在16～32天、32～64天范圍均有分布，7月末32～64天周期消失，16～32天周期加強(qiáng)，并一直持續(xù)到9月末。由圖可見，2010年16～32天周期比32～64天的周期更加顯著。

圖3 夏季（6～8月）IMJO4的Morlet小波功率譜分析:（a）1979年（b）1982年（c）2010年。圖中紅線為小波影響錐

由以上分析發(fā)現(xiàn)，MJO在東傳異常停滯的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)周期縮短的現(xiàn)象。原本的30～60天周期變?nèi)酰⑶页霈F(xiàn)更短15～30天周期。另外可能會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度較弱、周期消失的情況。

4 夏季MJO持續(xù)異常指數(shù)

4.1 MJO持續(xù)異常指數(shù)定義

由上述分析可知，夏季的MJO除了沿赤道正常向東傳播的情況之外，也會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)中心東傳減弱而在印度洋或太平洋異常停滯的情況。因此，我們定義出表示夏季MJO持續(xù)異常的指數(shù)IP，以描述夏季MJO的持續(xù)異常。如公式（1）所示，夏季MJO的持續(xù)異常指數(shù)IP由CPC的MJO計(jì)算得來。由MJO定義可知，MJO10和MJO1位于70°E和80°E，他們之和可以代表MJO在印度洋的活躍程度。MJO5和MJO6位于160°E和120°W，他們之和可以代表MJO在太平洋的活躍程度。將MJO在印度洋和太平洋的活躍程度相減，并對(duì)6～8月做平均，即能得到當(dāng)年的MJO持續(xù)異常指數(shù)IP：

其中，=6，7，8表示6月，7月，8月。CPC的MJO的負(fù)值表示MJO的活躍位相，正值表示MJO的抑制位相。因此可知在由CPC指數(shù)計(jì)算得出的IP中表現(xiàn)的夏季MJO特征可能有三種：（1）若IP的值為負(fù)，則夏季MJO在印度洋的活躍程度（由MJO10和MJO1表示）大于MJO在太平洋的活躍程度（由IMJO5和IMJO6表示），且當(dāng)IP絕對(duì)值大時(shí)，當(dāng)年夏季MJO在印度洋異常活躍的情形顯著；（2）若IP的值為正，則夏季MJO在太平洋的活躍程度（由MJO5和MJO6表示）大于MJO在印度洋的活躍程度（由MJO10和MJO1表示），且當(dāng)IP絕對(duì)值大時(shí)，當(dāng)年夏季MJO在太平洋異?；钴S的情形顯著；（3）若IP的值接近0，表明當(dāng)年夏季MJO自西向東正常傳播，沒有停滯的情況，或者是夏季MJO強(qiáng)度很弱，在全球基本都不活躍。

用計(jì)算出的指數(shù)做1979～2012年的IP逐年演變圖（圖4），從中挑選出IP大于1的前8個(gè)年份作為高值典型年，即6～8月MJO在太平洋活躍年份（包括1982、1986、1987、1990、1991、1997、2002和2009年），并挑選出IP小于?1的前8個(gè)年份作為低值典型年，即6～8月MJO在印度洋活躍年份（包括1988、1995、1996、1998、1999、2007、2008和2010年）進(jìn)一步進(jìn)行合成分析。

圖4 1979～2013年的夏季MJO持續(xù)異常指數(shù)IIP逐年序列

4.2 MJO持續(xù)異常的指數(shù)特征

前文對(duì)MJO在夏季可能出現(xiàn)的持續(xù)異常現(xiàn)象進(jìn)行了舉例和指數(shù)定義。但這種現(xiàn)象的具體表現(xiàn)究竟如何呢？為突出IP高值年和IP低值年的特征，我們用IP高值典型年與低值典型年的CPC的MJO指數(shù)做出差值合成圖（圖5）。從圖中可以發(fā)現(xiàn)：

圖5 IIP高值年和低值年合成的IMJO差值。由淺至深不同顏色的陰影分別表示通過90%、95%和99%的信度檢驗(yàn)

（1）從時(shí)間分布上看，我們所定義的指數(shù)能夠較清楚地反映夏季6～8月MJO持續(xù)異常停滯的特征。事實(shí)上全年中5～10月都存在不同程度的MJO持續(xù)異常現(xiàn)象。5月份已經(jīng)開始出現(xiàn)MJO活動(dòng)中心停滯的情況并且MJO強(qiáng)度偏弱；8月停滯的MJO活動(dòng)中心強(qiáng)度為全年最強(qiáng)；秋、冬季MJO持續(xù)異常現(xiàn)象減弱，且活動(dòng)中心發(fā)生東移。

（2）從空間分布上看，與指數(shù)所選取的兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)范圍（70°E～80°E和160°E～120°W）有較好對(duì)應(yīng)，MJO持續(xù)異常振蕩特征主要位于20°E～100°E的東非—印度洋區(qū)域和160°E～40°W的太平洋—美洲區(qū)域，其最顯著經(jīng)度為正差值中心70°E～80°E和負(fù)差值中心160°E～120°W。MJO強(qiáng)度在兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)是反向變化的：當(dāng)MJO活動(dòng)中心在印度洋停滯，即MJO在印度洋持續(xù)活躍時(shí)，太平洋MJO的強(qiáng)度持續(xù)偏弱；而當(dāng)MJO活動(dòng)中心在太平洋停滯，即MJO在太平洋持續(xù)活躍時(shí)，印度洋MJO的強(qiáng)度持續(xù)偏弱。

我們的夏季持續(xù)異常指數(shù)IP是用CPC的MJO指數(shù)來計(jì)算的，但其實(shí)MJO夏季異常停滯的情況在RMM指數(shù)上亦有顯著表現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)IP典型年6～8月RMM指數(shù)在各不同位相的平均天數(shù)后結(jié)果如表1所示，高值年與低值年RMM指數(shù)的位相平均天數(shù)有顯著差異。進(jìn)一步比較可知，在MJO位于印度洋活躍的2、3位相里，高值年（平均17.4天）的平均天數(shù)僅約為低值年（平均36.9天）的一半；而在MJO位于海洋性大陸—太平洋活躍的5、6、7位相里，高值年（平均42.3天）的平均天數(shù)為低值年（平均17.5天）的大約2倍。兩者差異顯著。

表1 IIP高值年及低值年6～8月逐位相的平均天數(shù)統(tǒng)計(jì)

MJO的RMM指數(shù)與MJO雖然用兩種不同的方式描述MJO的活動(dòng)，但都能反映出MJO在太平洋或者印度洋持續(xù)異常的情況。

5 夏季MJO持續(xù)異常的環(huán)流特征

MJO在夏季的持續(xù)異?，F(xiàn)象與大氣環(huán)流的其他變化密切相關(guān)。下面用合成分析的方法比較MJO在太平洋持續(xù)異常活躍與MJO在印度洋持續(xù)異?；钴S情況下大氣環(huán)流的差異。

MJO在太平洋持續(xù)異常活躍的IP高值年，夏季低層850 hPa（圖6a）赤道及熱帶低緯地區(qū)從新加坡100°E一直到太平洋東部120°W均為顯著異常西風(fēng)，東亞和西太平洋中緯度地區(qū)為異常偏北氣流控制；高層200 hPa（圖7a）赤道太平洋區(qū)域?yàn)楫惓|風(fēng)，副熱帶西風(fēng)急流異常加強(qiáng)，高空太平洋副熱帶中部地區(qū)為距平反氣旋性環(huán)流。結(jié)合赤道地區(qū)上空垂直距平環(huán)流（圖8a）上看，100°E～120°E為顯著異常下沉氣流，赤道地區(qū)東太平洋為顯著異常上升氣流。因此在赤道上空形成反沃克環(huán)流的異常形勢(shì)，可知，MJO在太平洋持續(xù)異?；钴S時(shí)，太平洋赤道地區(qū)低層西風(fēng)減弱，高層?xùn)|風(fēng)減弱，整個(gè)沃克環(huán)流減弱。而在IP低值年夏季，MJO中心在印度洋持續(xù)異?；钴S。從異常風(fēng)場(chǎng)合成圖中可以看到，赤道太平洋低層850 hPa為異常東風(fēng)（圖6b），東亞和西太平洋中緯度地區(qū)為異常偏南氣流控制；高層赤道太平洋地區(qū)200 hPa為異常西風(fēng)（圖7b），副熱帶西風(fēng)急流異常減弱，高空太平洋副熱帶中部地區(qū)為距平氣旋性環(huán)流。赤道地區(qū)上空垂直距平環(huán)流（圖8b）上赤道中東太平洋有顯著的異常下沉氣流，顯著的異常上升氣流位于120°E以西的海洋性大陸和印度洋地區(qū)，形成異常沃克環(huán)流的形勢(shì)。因而，MJO在印度洋持續(xù)異?；钴S時(shí)，太平洋赤道地區(qū)低層?xùn)|風(fēng)更強(qiáng)，高層西風(fēng)也更強(qiáng)，實(shí)際風(fēng)場(chǎng)中的沃克環(huán)流被加強(qiáng)了。

同時(shí)，在IP高值年，低層850 hPa（圖6a）異常的越赤道氣流南風(fēng)出現(xiàn)在90°E～130°E，以及異常的越赤道氣流北風(fēng)出現(xiàn)在120°W～80°W，太平洋信風(fēng)減弱。90°E～130°E的高層200 hPa（圖7a）則有越赤道氣流北風(fēng)出現(xiàn)。在IP低值年，低層850 hPa（圖6b）異常的越赤道氣流北風(fēng)出現(xiàn)在90°E～100°E，以及異常的越赤道氣流南風(fēng)出現(xiàn)在120°W～80°W，太平洋信風(fēng)加強(qiáng)。

圖6 IIP（a）高值年和（b）低值年夏季（6～8月）850 hPa水平環(huán)流距平合成（單位：m s?1）。由淺至深不同顏色的陰影分別表示通過90%、95%和99.9%的信度檢驗(yàn)，下同

圖7 同圖6，但為200 hPa水平環(huán)流距平合成

圖8 IIP（a）高值年和（b）低值年夏季（6～8月）5°S～5°N范圍內(nèi)的垂直—緯向環(huán)流距平合成（單位：m s?1，為了便于分析，垂直速度已被放大100倍）

在IP高值年夏季緯向沃克環(huán)流的減弱的同時(shí)，從140°E～160°E平均的垂直經(jīng)向環(huán)流圖（圖9a）上看：（1）熱帶西太平洋10°N附近為異常上升氣流，高空一支向北，于30°N附近下沉，低層有異常北風(fēng)流向赤道，形成閉合的環(huán)流，可見西太平洋的哈得來環(huán)流在IP高值年是加強(qiáng)的。（2）其次，隨著夏季整個(gè)赤道輻合帶北移，氣流在10°N異常上升后，另一支在高空向南，越過赤道后下沉，并在低層出現(xiàn)南風(fēng)異常越過赤道回到10°N。（3）哈得來環(huán)流在西太平洋25°N～30°N顯著下沉的氣流，對(duì)夏季西太平洋副高也會(huì)造成影響。相對(duì)應(yīng)地在500 hPa環(huán)流距平場(chǎng)高值年合成圖（圖10a）上，異常的位勢(shì)高度正值區(qū)位置對(duì)應(yīng)著通過信度檢驗(yàn)的異常反氣旋環(huán)流。反之，在IP低值年沃克環(huán)流增強(qiáng)的同時(shí)，熱帶西太平洋10°N附近為異常下沉氣流（圖9b）。這支異常下沉氣流在850 hPa低層向北流至30°N處上升，在200 hPa高層流回赤道。形成的異常經(jīng)向環(huán)流與哈得來環(huán)流是反向的，即西太平洋的哈得來環(huán)流在低值年減弱。同時(shí)，哈得來環(huán)流位于西太平洋30°N的下沉氣流的減弱，會(huì)導(dǎo)致西太平洋副高位置偏南。與此相對(duì)應(yīng)，500 hPa環(huán)流場(chǎng)上（圖10b），西太平洋到南海北部區(qū)域有顯著距平反氣旋氣流，可見IP低值年夏季副熱帶高壓位置更偏西南。

圖9 同圖8，但為140°E～160°E范圍內(nèi)的垂直—經(jīng)向環(huán)流距平合成

圖10 同圖6，但為500 hPa水平環(huán)流距平合成

大氣長(zhǎng)波輻射（OLR）能夠表明熱帶地區(qū)對(duì)流形勢(shì)的變化，而200 hPa速度勢(shì)（VP200）所代表的高層輻散場(chǎng)可以反映出熱帶地區(qū)大氣環(huán)流的變化。在IP高/低值年異常哈德萊環(huán)流和沃克環(huán)流表現(xiàn)出顯著差異的情況下，OLR和VP200的距平場(chǎng)也與之對(duì)應(yīng)。在IP高值年，OLR（圖11a）的負(fù)異常顯著區(qū)域出現(xiàn)在赤道太平洋，顯著正異常區(qū)域?yàn)楹Ｑ笮源箨懸约俺嗟烙《妊蟮貐^(qū)，這表明高值年對(duì)流的異?；钴S區(qū)位于赤道太平洋。而與之相對(duì)應(yīng)地，VP200（圖12a）在太平洋為強(qiáng)的負(fù)距平，為高層輻散區(qū)，同時(shí)印度洋—海洋性大陸為正距平，為高層輻合區(qū)。IP高值年OLR和VP200的異常與MJO在太平洋持續(xù)異常活躍是相對(duì)應(yīng)的。反之在IP低值年，OLR的負(fù)異常顯著區(qū)域（圖11b）為熱帶印度洋以及海洋性大陸，對(duì)流的異?；钴S區(qū)位于此處。同時(shí)整個(gè)太平洋OLR都為異常正值，高值中心位于西太平洋暖池區(qū)域。與此相對(duì)應(yīng)，低值年VP200距平合成圖中（圖12b），印度洋出現(xiàn)強(qiáng)的負(fù)距平，為高層輻散區(qū)，太平洋出現(xiàn)強(qiáng)的正距平，為高層輻合區(qū)?？芍狪P低值年OLR及VP200的異?；钴S形式與MJO在印度洋的持續(xù)異常活躍相對(duì)應(yīng)。

圖11 IIP（a）高值年和（b）低值年夏季（6～8月）向外長(zhǎng)波輻射（OLR）距平合成（等值線，單位：W m?2）。由淺至深不同顏色的陰影分別表示通過90%、95%和99%的信度檢驗(yàn)，紅（藍(lán)）色為正（負(fù)）距平區(qū)

圖12 同圖11，但為速度勢(shì)距平合成（單位：10?6 m2 s?1）

由以上分析可知，MJO的持續(xù)異常情況下整個(gè)大氣環(huán)流都會(huì)發(fā)生改變。IP高值年MJO在太平洋持續(xù)異常，沃克環(huán)流減弱，西太平洋哈得來環(huán)流增強(qiáng)，西太平洋副高位置偏北。太平洋為對(duì)流活躍區(qū)域，高層輻散。IP指數(shù)低值年MJO在印度洋持續(xù)異常，沃克環(huán)流增強(qiáng)，西太平洋哈得來環(huán)流減弱，西太平洋副高位置偏西南。印度洋為對(duì)流活躍區(qū)域，高層輻散。

6 結(jié)論和討論

通常MJO有30～60天周期，并沿赤道向東傳播。但我們發(fā)現(xiàn)夏季MJO具有非常顯著的持續(xù)異常特征，即在赤道太平洋持續(xù)活躍或在赤道印度洋持續(xù)活躍。在這兩種情況下，MJO的東傳停滯，活躍中心持續(xù)出現(xiàn)在太平洋或印度洋。持續(xù)異常情況下的MJO振蕩周期也出現(xiàn)變化，表現(xiàn)為周期縮短或變?nèi)?。我們由此定義出IP來描述6～8月MJO在印度洋或者太平洋的這種異?；钴S情況。然后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)MJO在印度洋持續(xù)活躍的時(shí)候太平洋的MJO活動(dòng)則是持續(xù)偏弱；而MJO在太平洋活躍的時(shí)候印度洋的MJO活動(dòng)則持續(xù)偏弱。

MJO的持續(xù)異常會(huì)造成大氣環(huán)流的顯著改 變。太平洋MJO持續(xù)異?；钴S時(shí)低緯沃克環(huán)流減弱，西太平洋哈德來環(huán)流增強(qiáng)，西太平洋副高位置偏北。與此相配合，OLR的活躍區(qū)和200 hPa速度勢(shì)輻散區(qū)位于赤道西太平洋160°E～160°W區(qū)域，熱帶海洋性大陸以及整個(gè)赤道印度洋為對(duì)流抑制區(qū)。赤道印度洋MJO持續(xù)異常活躍時(shí)大氣環(huán)流情況相反。

由夏季MJO在印度洋或者太平洋的持續(xù)異常狀況將會(huì)影響大氣環(huán)流等要素的改變，導(dǎo)致了兩種不同的環(huán)流形勢(shì)出現(xiàn)。其中哈得來環(huán)流的強(qiáng)度以及西太平洋副高的位置可能會(huì)造成東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱、大陸季風(fēng)區(qū)降雨多寡的不同，而沃克環(huán)流強(qiáng)弱導(dǎo)致的太平洋洋流變化可能會(huì)對(duì)秋冬ENSO的形成造成影響，這是我們下一步將要討論的問題。

致謝 感謝兩位審稿專家和《大氣科學(xué)》編輯對(duì)本文提出的寶貴意見和建議！

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Analysis of the Major Characteristics of Persistent MJO Anomalies in theSummer

YAN Xin1and JU Jianhua2

1,,6500002,650000

During the eastwardpropagation of the MJO, its action centers are not always regularly distributed along the equator. Observational data analysis in the present study reveals that stagnant centers of the MJO action exist during the summer when the eastward propagation of the MJO becomes weak. The stagnant centers of the MJO action are present as two persistent and anomalously active centers in the equatorial Pacific and the equatorial Indian Ocean, respectively. To better investigate the anomalous characteristics associated with the inconspicuous eastward propagation of the MJO, an index is defined in this study to describe the persistent anomaly of the MJO with a focus on analysis of major characteristics of the persistent MJO anomaly. Based on results of Morlet wave analysis, it is found that the oscillation period becomes short when the persistent anomaly of the MJO occurs in the summer. A synthetic and comparative study of the atmospheric circulation under the persistent anomaly of summer MJO condition suggests that the persistent anomaly of the MJO can significantly affect tropical atmospheric circulation. Specifically, the Walker circulation in the equatorial region weakens (intensifies) in response to anomalies of summertime MJO activities in the equatorial Pacific (Indian Ocean), while the Hadley Circulation intensifies (weakens) in the western Pacific. Meanwhile, the West Pacific subtropical high shifts northward (southward), while convection is active in the equatorial Pacific (Indian Ocean), corresponding to upper-level divergence.

MJO, Persistent anomaly, General circulation, Intraseasonal oscillations

1006-9895(2016)05-1048-11

P461

A

10.3878/j.issn.1006-9895.1601.15248

2015-08-13；網(wǎng)絡(luò)預(yù)出版日期 2016-01-21

嚴(yán)欣，女，1986年出生，博士研究生，主要從事季節(jié)內(nèi)振蕩研究。E-mail: krcat@qq.com

琚建華，男，教授，主要從事亞洲季風(fēng)與氣候變化研究。E-mail: jujh@cma.gov.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目41375059，國(guó)家公益性行業(yè)（氣象）專項(xiàng)GYHY201306022

Funded by National Natural Science Foundation of China (Grant 41375059), National Public Welfare (Meteorological) Special Project of China (Grant GYHY201306022)