MJO對我國天氣氣候影響的新事實

任宏利沈雨旸

（1 國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實驗室，中國氣象局—南京大學氣候預測研究聯(lián)合實驗室，北京 100081；2 中國氣象局公共氣象服務中心，北京 100081）

MJO對我國天氣氣候影響的新事實

任宏利1沈雨旸2

（1 國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實驗室，中國氣象局—南京大學氣候預測研究聯(lián)合實驗室，北京 100081；2 中國氣象局公共氣象服務中心，北京 100081）

在次季節(jié)時間尺度上，熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）是全球氣候變率的首要模態(tài)。MJO不僅對熱帶天氣氣候產(chǎn)生直接影響，還能夠通過傳播和激發(fā)大氣遙相關等方式對熱帶外地區(qū)產(chǎn)生重要影響，成為目前次季節(jié)—季節(jié)氣候預測最重要的可預報性來源。MJO對于我國天氣氣候影響的探索由來已久，在很多方面有了顯著進展，但仍需深入研究。首先對MJO影響我國天氣氣候的過往研究進行了回顧，并進一步利用新的觀測資料診斷分析，發(fā)現(xiàn)了MJO對我國氣候影響的一些新事實。初步結論包括：MJO對我國冬季降水的影響主要局限在江南—華南區(qū)域，而夏季擴展到南方和青藏高原地區(qū)；對冬季氣溫的影響較大，其范圍覆蓋了東北、華北以及西部廣大區(qū)域，而夏季解釋方差有所減小，其區(qū)域位于除了黃河流域以外的廣大地區(qū)；在去掉高頻噪音后，純粹MJO信號對我國主要區(qū)域氣溫和降水低頻變化的解釋方差可接近30%；MJO對我國冬夏季溫度降水的影響存在明顯滯后效應，應在使用MJO信號進行我國氣象要素預報時加以考慮。

MJO，中國氣候，降水，氣溫，影響

0　引言

時間尺度介于10～90 d的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（Intra-seasonal oscillation，ISO）是氣候系統(tǒng)中最重要的大氣環(huán)流現(xiàn)象之一。20世紀70年代初，Madden和Julian首先發(fā)現(xiàn)了熱帶大氣中存在低頻振蕩現(xiàn)象[1-2]，這種振蕩起源于熱帶印度洋和西太平洋，以緯向東傳為主，緯向波數(shù)以1波為主，主要周期為30～60d，此種振蕩現(xiàn)象也被專門稱為MJO（Madden and Julian Oscillation，被意譯為熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩）[3-9]。除主周期為30～60d的MJO外，大氣低頻活動還包含了準雙周振蕩，它的活動特征與維持機制同樣為國內(nèi)外學者所關注[10-12]。

已有許多研究針對大氣ISO的時空變化和傳播特征以及動力學機制等問題進行了分析與總結[13-23]。作為這些工作的典型代表，李崇銀等[18]在對MJO的結構特征和基本活動規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)，MJO的垂直結構主要表現(xiàn)為對流層上下反向的斜壓結構、緯向風和溫度場隨高度明顯西傾；水平結構主要表現(xiàn)為東西方向上的偶極子特征；而且，熱帶大氣ISO的活動還表現(xiàn)出明顯地域差異與季節(jié)性差異[24-26]。

大氣ISO的傳播包括緯向傳播與經(jīng)向傳播特征。許多研究表明，大氣ISO的傳播具有地域性與季節(jié)性特征[27-28]。在赤道熱帶地區(qū)，大氣ISO（主要是MJO信號）的緯向傳播以東傳為主，其中東傳在冬半年更為顯著；而在赤道以外的熱帶地區(qū)，ISO信號的西傳特征更加明顯[20]。ISO的經(jīng)向傳播則相對復雜。特別是北半球夏季，由于夏季風及熱赤道北移的作用，ISO信號的空間結構和傳播特征都更加復雜[29]。北半球夏半年ISO的傳播包括三種傳播形式：沿赤道向東傳播；在印度、西北太平洋季風區(qū)向北傳播；赤道外向西傳播[6,30-32]。ISO信號在30°N以南表現(xiàn)出明顯的北傳特征[18,27,33-34]。Wang等[27]的研究在10年的資料中確定了122個ISO傳播樣本，其中64%顯著向東，22%向北，14%向西。其中北傳的ISO主要發(fā)生在5—10月，即夏半年大氣ISO的傳播具有明顯的北傳特征。其中，印度洋、西太平洋季風區(qū)的ISO信號北傳是北半球夏季熱帶ISO活動與冬半年的顯著不同之一。為了區(qū)別于ISO信號在冬季的典型1波東傳形態(tài)，研究中也通常將北半球夏季ISO活動稱為BSISO（Boreal Summer ISO）。

本文將首先對熱帶地區(qū)ISO（特別是MJO）影響我國冬夏季降水和氣溫的研究工作進行了回顧和梳理，并進一步利用新的觀測資料分析得到了MJO對我國氣候影響的一些新事實，以期為加深理解MJO現(xiàn)象對于我國延伸期預報的指示作用提供參考。

1　ISO/MJO對我國影響研究回顧

1.1大氣ISO與我國夏季降水的關系

我國的主要雨季集中在夏季，影響我國夏季降水的因子較為復雜，包括西太副高、夏季風、臺風等。近年來，MJO對我國夏季降水的影響也成為科學家研究的課題之一。

我國不同區(qū)域降水與MJO傳播的關系已經(jīng)有了一些研究。Zhang等[35]、章麗娜等[36]利用實時多變量MJO指數(shù)（RMM指數(shù)[37]）表征熱帶地區(qū)大氣ISO，按其活動區(qū)域?qū)JO傳播過程劃分成不同位相，并研究了MJO對我國東南部地區(qū)夏季降水異常的影響。結果表明，MJO由赤道印度洋區(qū)域生成并向東傳播至西太平洋地區(qū)的過程中，我國東南部夏季降水由異常偏多轉(zhuǎn)為異常偏少，副高位置及東南方向水汽輸送情況也隨之改變。當MJO主體位于印度洋時，其影響通過低層西風急流的波導效應向下游傳播，有利于我國東南地區(qū)降水產(chǎn)生；而當MJO主體傳播至西太平洋地區(qū)時，經(jīng)向環(huán)流上升支北移導致西太副高東撤，我國東南部水汽輸送減弱，導致降水偏少。另外，云南地區(qū)降水異常與MJO的持續(xù)性異常關系密切，熱帶中東印度洋MJO持續(xù)正異常是云南降水持續(xù)偏少的重要原因之一[38-39]。

此外，人們對南方不同區(qū)域典型旱澇年個例進行研究發(fā)現(xiàn)，我國南方地區(qū)低頻降水異常分布與熱帶大氣ISO的傳播關系密切。陸爾等[40]對1991年江淮特大暴雨期間大氣ISO活動的研究發(fā)現(xiàn)，傳播方向不同的低頻波動都將水汽和冷、暖空氣以低頻形式輸送到江淮區(qū)域，導致暴雨發(fā)生。信飛等[41]對1997年華南地區(qū)汛期異常降水的分析發(fā)現(xiàn)，當年華南地區(qū)前汛期降水和風場中普遍存在低頻振蕩，且高低緯度低頻風場在華南地區(qū)匯合，造成低頻擾動動能在該地區(qū)釋放，是形成前汛期強降水的原因。一些作者以1998年為個例[34,42-43]，研究了當年大氣ISO對長江中下游降水異常的影響，并認為1998年夏季長江流域的強降水過程受到大氣ISO活動的影響。何志學等[42]認為，大氣ISO活動與環(huán)流持續(xù)異常的形成關系密切，大氣ISO是高低緯環(huán)流持續(xù)異常同時發(fā)生的紐帶。Chen等[43]的研究指出，長江中下游暴雨與自低緯北傳和自高緯南傳的ISO信號在長江中下游匯合有關。琚建華等[34]的研究也發(fā)現(xiàn)，ISO從南海南部地區(qū)的北傳及經(jīng)、緯向傳播相互接力的特征造成了強降水過程。孫丹等[44]對2003年東亞季風ISO與我國東部降水的關系進行研究發(fā)現(xiàn)，自東西向傳播的ISO在120°E附近匯合，自南海南部向北傳播的ISO信號得到補充進一步北傳，對我國東部地區(qū)大尺度降水過程產(chǎn)生影響。夏蕓等[45]以2003年為分析個例，研究了夏季江淮流域強降水過程與大氣ISO信號傳播的關系，發(fā)現(xiàn)主周期為30～70 d的大氣ISO對江淮流域暴雨的形成有重要貢獻。岑思弦等[46]對2007年夏季淮河流域洪澇與大氣ISO的關系進行了研究，也發(fā)現(xiàn)30～70 d周期的ISO與降水的低頻振蕩存在密切聯(lián)系，大氣ISO的振蕩周期伴隨著亞洲季風區(qū)內(nèi)低頻熱源、熱匯的轉(zhuǎn)換，進一步影響環(huán)流變化與淮河流域的水汽輸送情況，造成降水異常。賀懿華等[47]利用TBB資料表征大氣ISO，分析了江淮流域典型旱澇年的ISO及其經(jīng)向傳播特征。研究發(fā)現(xiàn)，江淮流域澇年，南海地區(qū)TBB在30～60 d和10～20 d周期上振蕩活躍，北傳明顯，而旱年則相反。已有研究表明，我國夏季大尺度降水呈現(xiàn)出不同低頻雨型及其相互轉(zhuǎn)換變化，對應的環(huán)流異常成因和水汽輸送特征也存在明顯差異[48-49]。在此基礎上，沈雨旸等[50]利用張玉潔等[51]分析得到的我國南方夏季大尺度低頻雨型分類，診斷分析了我國南方夏季低頻降水與熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩傳播的關系，進一步證實了影響我國南方地區(qū)低頻降水的信號主要是來自于南?！鞅碧窖蟮貐^(qū)ISO信號的北傳或者西北向傳播，對于不同雨型傳播路徑略有差異。

對于夏季不同區(qū)域降水及典型旱澇年與大氣ISO傳播的關系都說明，夏季我國南方降水與ISO的傳播密切相關，特別是ISO信號的北傳對于降水異常的分布具有重要影響。

1.2大氣ISO與我國冬季降水的關系

ISO信號的活動具有季節(jié)性特征，北半球冬季，大氣ISO信號波動最強。Donald等[52]的研究表明，MJO對全球日降水的形態(tài)均有影響，MJO的活動在北半球冬季及北半球夏季均能影響我國東南部的降水。目前，已經(jīng)有許多學者針對北半球夏季大氣ISO的活動傳播對我國降水的影響特征進行了研究，而對于大氣ISO信號活動影響我國冬季降水的研究則相對較少。袁為等[53]研究發(fā)現(xiàn)，MJO對于中國東南部冬季降水具有明顯的調(diào)制作用，在MJO的東傳過程中，通過激發(fā)PNA型引起東南地區(qū)經(jīng)向風場的變化，造成經(jīng)向水汽輸送異常，MJO傳播的前四個位相產(chǎn)生降水正異常，而后四個位相則對應了降水的負異常。賈小龍等[54]及Jia等[55]著眼于我國冬季降水和環(huán)流進行了較為全面的研究，并且分析了2009年11月我國東部的一次雨雪天氣過程與MJO之前的內(nèi)在聯(lián)系。陳雄等[56]對冬季西太平洋MJO活動強、弱年所對應的我國同期降水場分布研究發(fā)現(xiàn)，MJO活動強年，我國黃河以南至長江以北地區(qū)降水偏多，而長江以南地區(qū)降水偏少；MJO活動弱年則相反。與夏季相同，冬季MJO的異常與我國降水異常是緊密相連的。

此外，還有一些研究選取冬季南方典型雨雪過程，并研究其對ISO信號活動的響應。吳俊杰等[57]、朱紅蕊等[58]都研究了大氣ISO活動對于2008年初南方持續(xù)性冰凍雨雪天氣的影響，發(fā)現(xiàn)MJO傳播與南支槽活動相配合，造成槽前西南風從印度洋、孟加拉灣帶來大量水汽，與副高從太平洋帶來的暖濕氣流和高緯冷空氣共同作用，產(chǎn)生持續(xù)降雪。

1.3MJO對我國氣溫的影響

大氣ISO除了與我國冬夏季降水關系密切外，還對我國氣溫異常分布有所影響。如陳雄等[56]分別研究MJO活動強弱年所對應同期中國氣溫的異常發(fā)現(xiàn)，MJO活動強年，中國大陸中部和南部氣溫普遍偏低，而MJO活動弱年中國氣溫普遍偏高。MJO的活動異常與中國同期氣溫分布緊密相關。但關于MJO活動異常與中國氣溫分布關系的相關研究較少，有許多問題還需要在未來進一步探索。

2　MJO對我國天氣氣候影響的新結果

2.1數(shù)據(jù)與方法

本文所使用資料包括：（1）我國756站逐日降水資料，除去缺測較多的站點，共保留603站；（2）我國756站逐日氣溫資料，除去缺測較多的站點，共保留603站；（3）逐日RMM指數(shù)，該指數(shù)常應用于研究MJO的活動及演變，能夠較好的表征MJO在赤道附近的東傳特征。如無特殊說明，本文研究對象所取時間范圍為：夏季時段取1981—2011年的6—8月，冬季時段取1980/1981—2010/2011年的12月至次年2月。

本文利用逐日RMM指數(shù)表征MJO信號，并對我國夏季和冬季的降水及溫度異常場進行線性回歸，計算回歸場方差與實際降水及溫度異常場之間的方差解釋率，從而分析MJO所代表的熱帶大氣低頻強信號對我國天氣氣候變化的貢獻。此外，我們也針對低頻尺度降水進行了分析，選用對逐日數(shù)據(jù)用Murakami[59]構造的基于一級Butterworth 函數(shù)的帶通濾波器進行10～90 d帶通濾波處理，以提取其季節(jié)內(nèi)低頻分量。

2.2MJO對我國冬季降水及溫度的影響

從前面回顧中可知，冬季MJO信號較強，主導著熱帶地區(qū)的大氣季節(jié)內(nèi)變率，對我國天氣氣候有著顯著影響。首先，利用逐日RMM指數(shù)通過回歸分析得到了冬季MJO對我國臺站逐日總降水量和低頻降水分量的解釋方差貢獻分布（圖1）。

從圖1可以看到，冬季MJO信號對我國臺站總降水的方差貢獻普遍在2%～5%。其中，從長江中下游—江南及華南東部地區(qū)為降水方差貢獻率的大值區(qū)（3%～5%）。相比之下，在去掉了臺站逐日降水中天氣尺度分量后，MJO對于冬季低頻降水的方差貢獻率顯著升高，在全國范圍內(nèi)除東北和華中部分地區(qū)外基本都能達到15%以上，其大值區(qū)仍然位于江南和華南東部地區(qū)，高原西部百分比也較大，MJO信號方差貢獻率為18%～24%。

圖1 冬季RMM指數(shù)對全國臺站總降水（a）和低頻降水（b）的方差貢獻百分比Fig. 1 The variance percentage explained by winter RMM indices in the total precipitation （a） and in the low-frequency precipitation （b） in China

圖2為MJO信號對于冬季氣溫的方差貢獻率。如圖2a，MJO解釋方差普遍在6%～10%，其中東北、華北以及西部廣大地區(qū)為解釋方差百分率的大值區(qū)，約在10%以上。對于冬季低頻氣溫分量（圖2b），MJO信號貢獻普遍在15%～25%，方差解釋比例大值區(qū)仍位于東北、華北及西部地區(qū)，這些地區(qū)MJO指數(shù)能夠解釋約20%以上的低頻氣溫方差。值得注意的是，冬季MJO對于氣溫及低頻氣溫的方差貢獻率在江南到華南大部地區(qū)都相對偏低，僅能解釋6%左右的冬季氣溫異常（圖2a）及15%左右的冬季低頻氣溫異常（圖2b）。

圖2　冬季RMM指數(shù)對全國站點氣溫（a）和低頻氣溫（b）的方差貢獻百分比Fig. 2 As same as in Fig.1， but for suface air temperature

在我國南方地區(qū)，MJO信號對于冬季降水異常的方差貢獻較大，并且對江南及華南大部分地區(qū)的低頻降水的貢獻都超過20%。對于氣溫異常來說，江南及華南地區(qū)為MJO信號解釋氣溫變率方差貢獻相對低值區(qū)，MJO對低頻氣溫的方差解釋率僅有15%左右，相比之下其貢獻大值區(qū)位于東北、華北以及西部地區(qū)，對低頻氣溫方差貢獻約在20%以上。

由于RMM指數(shù)的定義中沒有濾波處理，其包含著許多小尺度擾動和噪音。那么，在利用RMM指數(shù)表征MJO進行相關研究時，這部分噪音可能對于研究結果有所影響。因此，為了進一步排除RMM指數(shù)中所包含的高頻尺度噪音的干擾，聚焦純粹MJO信號對天氣氣候影響，我們對首先冬季RMM指數(shù)進行了10～90 d帶通濾波處理，然后重新考察了MJO對于冬季我國降水及溫度低頻變率的方差貢獻。

圖3　冬季低頻RMM指數(shù)對全國臺站低頻降水（a）和低頻溫度（b）的方差貢獻百分比Fig. 3 The variance percentage explained by winter low-frequency RMM indices in the low-frequency precipitation （a） and the low-frequency surface air temperature （b） in China

濾波后的RMM指數(shù)對冬季全國站點低頻降水的方差貢獻百分比如圖3a所示，其整體分布特征與RMM原始序列對站點低頻降水的方差貢獻百分比分布基本相同，大值區(qū)仍然位于江南及華南地區(qū)，但量值上有所增加。經(jīng)過濾波處理后，RMM指數(shù)表征的MJO信號對江南及華南地區(qū)冬季低頻降水變率的貢獻達到25%左右。

相比之下，在圖3b中，經(jīng)過濾波處理后的RMM指數(shù)對冬季低頻氣溫的方差貢獻百分比基本上都在20%以上，整體高于RMM指數(shù)未進行濾波時的分析結果（圖2b）。在空間分布上，MJO信號仍然是對東北、華北及西部地區(qū)的冬季氣溫低頻變率貢獻較大，達到25%～30%；但在江南等區(qū)域，MJO僅能解釋不足20%的低頻氣溫變率。

圖4　冬季低頻RMM指數(shù)對滯后全國站點低頻降水及低頻氣溫的方差貢獻百分比，其中（a）—（c）為冬季低頻降水滯后于RMM指數(shù)1 d、2 d、5 d；（d）—（f）為冬季低頻溫度滯后于RMM指數(shù)1d、2d、5dFig. 4 The lag variance percentage explained by winter low-frequency RMM indices in the low-frequency precipitation on 1d lag （a）， 2d lag （b）， and 5d lag （c）； and in the low-frequency surface air temperature on 1d lag （d）， 2d lag （e）， and 5d lag （f）， in China

進一步考察了MJO對我國冬季降水和溫度的滯后影響。如圖4a—c，當冬季大氣MJO信號超前于低頻降水場時，其對我國降水影響與同期的分布型相類似，方差貢獻大值區(qū)主要位于我國南方地區(qū)，解釋方差比例比同期場略高。當MJO信號分別超前低頻降水場1d、2 d及5 d時，我國南方大部分地區(qū)的方差都在25%以上，特別在超前5d時，江南—華南大部分區(qū)域方差貢獻接近30%。對于冬季低頻溫度場，如圖4d—f所示，當MJO信號分別超前于溫度場1d、2d和5d時，其方差貢獻率分布與同期場（圖2）分布型基本一致，江南地區(qū)仍然為方差解釋率低值區(qū)，但當MJO超前在2 d以上時，其對低頻溫度場的方差貢獻低值區(qū)域范圍顯著縮小，低于20%的區(qū)域幾乎消失。

由此可見，剔除了高頻噪音影響的RMM指數(shù)表征的是純粹的MJO信號，它對冬季氣溫及降水低頻變率的貢獻都有所增加。其中，我國江南—華南地區(qū)是低頻降水方差貢獻大值區(qū)，解釋百分比能夠達到25%以上；而對于氣溫低頻變率，能夠解釋其20%左右的變率，這一區(qū)域變?yōu)榉讲钬暙I低值區(qū)。MJO信號在東北、華北以及西部廣大地區(qū)能夠解釋約25%以上方差。同時我們發(fā)現(xiàn)，當冬季MJO信號超前于低頻降水及溫度場時，MJO對滯后的冬季降水及氣溫低頻變率的方差分布型與同期場類似，但貢獻率數(shù)值有明顯提高。此外，我們也應注意到高原地區(qū)事實上為MJO對我國冬季降水和溫度影響的顯著區(qū)域。

2.3MJO對我國夏季降水和溫度影響

夏季是我國的主雨季，降水量和變率都很大，但此時傳統(tǒng)意義上運用RMM指數(shù)所表征的的MJO信號是最弱的時期。利用逐日RMM指數(shù)通過回歸分析得到了夏季MJO對我國臺站逐日總降水量和低頻降水分量的解釋方差貢獻分布（圖5）。

圖5　夏季RMM指數(shù)對全國臺站總降水（a）和低頻降水（b）的方差貢獻百分比Fig. 5 As same as in Fig.1， but for summer

從圖5可以看到，夏季熱帶地區(qū)的MJO信號直接解釋我國總降水量的方差比例比冬季的略低，大體在2%以上，但分布極不均衡，方差貢獻率大值區(qū)主要位于東南—華南地區(qū)以及青藏高原東南部，介于2%～5%，其中東南地區(qū)大約為4%，而青藏高原東南部的百分比可達5%，高于東南沿海地區(qū)。這種分布與前人的認識基本上是一致的。對于我國夏季低頻尺度降水，MJO能夠解釋15%以上的方差，仍舊是高原地區(qū)解釋比例最高，而且除了華南之外，我國西北地區(qū)、長江流域以及東北地區(qū)西部都有較高的方差解釋率，個別地區(qū)可達20%以上。

圖6進一步展示了夏季MJO對于我國臺站2 m氣溫逐日變化的方差貢獻情況?？梢钥吹?，與降水場相比，MJO對溫度解釋的方差貢獻要明顯高很多，但明顯不如冬季MJO對我國溫度變化的解釋方差貢獻。除了西北地區(qū)北部和東部以及黃河流域，我國其余大部分地區(qū)方差貢獻都在5%以上，特別在我國南方、東北地區(qū)大部以及青藏高原南部，MJO能夠解釋逐日溫度變率的7%～10%，其中極大值位于華南沿海和東北地區(qū)。對于低頻溫度而言，MJO信號大約能解釋其中15%以上的變率方差，區(qū)域分布上大體與全尺度溫度的一致，其中在華南沿海和東北地區(qū)的方差解釋率可達20%以上。當然，我們也看到高原東部、長江和黃河上游地區(qū)的解釋方差相對較小。

由以上分析可知，在夏季，MJO對于我國降水及氣溫變率均有貢獻，其中對主要區(qū)域降水的方差解釋率為2%～5%，而對夏季溫度的方差解釋率為5%～10%。當針對降水及溫度的季節(jié)內(nèi)時間尺度時，MJO對于夏季低頻降水及溫度變率的方差貢獻均有顯著增大，貢獻率可達15%～20%，方差解釋率大值區(qū)一般位于華南沿海等地區(qū)。

圖6 夏季RMM指數(shù)對全國臺站溫度（a）和低頻溫度（b）的方差貢獻百分比Fig. 6 As same as in Fig.2， but for summer

為研究MJO信號對于我國夏季降水及溫度低頻變率的貢獻，對RMM指數(shù)進行10～90d濾波，提取指數(shù)中的季節(jié)內(nèi)變率。圖7給出了經(jīng)過10～90d濾波后的RMM指數(shù)對夏季低頻降水和溫度的解釋方差貢獻率。如圖示，濾波后的RMM指數(shù)對于夏季低頻降水和低頻氣溫變率的貢獻分布特征分別與圖5b和圖6b類似，但其數(shù)值上亦明顯增加了3%～4%。熱帶ISO信號對于夏季我國南方和東北等地區(qū)低頻降水變率的方差貢獻率為18%～26%，對于華南沿海地區(qū)的低頻降水方差貢獻最大，超過26%。

圖7　夏季低頻RMM指數(shù)對全國臺站低頻降水（a）和低頻溫度（b）的方差貢獻百分比Fig. 7 As same as in Fig.3， but for summer

接著，進一步考察了MJO對我國夏季降水和溫度的滯后影響。圖8給出了當夏季低頻RMM指數(shù)分別超前于低頻降水和溫度場1d、2d和5d時，MJO信號所能解釋的方差貢獻率?？梢郧逦乜吹?，當MJO超前于低頻降水場時，其方差解釋率整體分布與同期場（圖7）較為類似，但對于很多地區(qū)而言，方差解釋率的數(shù)值總體上有明顯增加。結果顯示，當MJO信號超前于低頻降水和溫度場5 d時，MJO信號的解釋方差達到最大。

由此可知，濾去RMM指數(shù)小尺度噪音后進行分析，能夠更好地反映純粹的MJO信號對于我國夏季降水和溫度低頻變率的實際影響情況?？傮w上看，對于夏季我國南方低頻降水及溫度變化，MJO均能夠解釋其中20%～25%的方差。而且，夏季RMM指數(shù)超前于低頻降水及溫度場時，MJO信號對于低頻降水和低頻溫度場的方差貢獻率分布型與同期場類似，但解釋方差貢獻率在很多地區(qū)會有明顯增加。

3　總結與展望

圖8　夏季低頻RMM指數(shù)對滯后全國站點低頻降水及低頻氣溫（10～90 d濾波）的方差貢獻百分比，其中（a）—（c）為夏季低頻降水滯后于RMM指數(shù)1d、2d、5d；（d）—（f）為夏季低頻溫度滯后于RMM指數(shù)1d、2d、5dFig. 8 As same as in Fig.4， but for summer

熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）是次季節(jié)時間尺度上的支配模態(tài)，也是這一時間尺度上可預報性的最主要來源。MJO不但對低緯度天氣氣候產(chǎn)生直接影響，還通過空間傳播和激發(fā)熱帶外大氣遙相關對全球廣大區(qū)域產(chǎn)生重要影響。MJO對于我國天氣氣候影響的研究工作前期已有顯著進展，但仍然存在一些不確定和爭議的方面。本文首先對過去MJO影響我國天氣氣候變化的研究工作進行了回顧，然后利用觀測資料開展了MJO對我國氣候影響的一些嘗試，并得到了一些新的事實。目前初步結論主要有：MJO對我國冬季降水的影響主要局限在江南—華南區(qū)域，而夏季擴展到南方和青藏高原地區(qū)；對冬季氣溫的影響較大，其范圍覆蓋了東北、華北以及西部廣大區(qū)域，而夏季解釋方差有所減小，其區(qū)域位于除了黃河流域以外的廣大地區(qū)；在去掉高頻噪音后，純粹MJO信號對我國主要區(qū)域氣溫和降水低頻變化的解釋方差可接近30%；MJO對我國溫度降水的影響存在明顯滯后效應，這應在預報中予以考慮。

總體來看，MJO對我國天氣氣候具有明顯影響，但這種影響在冬季和夏季，以及不同區(qū)域之間都存在顯著差別。從文獻回顧中我們可以看到，以往研究大多針對夏季降水，且個例分析居多，對于溫度影響研究較少見到，而且，研究方法多以合成分析為主，缺乏系統(tǒng)性的、定量化的診斷分析。本文僅是一個初步嘗試，利用診斷MJO指數(shù)解釋我國降水和溫度方差貢獻率的方式試圖定量化MJO的影響。當然，本文的結果只是基于回歸分析，所得到的MJO影響信號可能包含有熱帶外低頻環(huán)流異常的貢獻，這可能是造成冬季MJO對降水的影響區(qū)域和對氣溫的影響區(qū)域二者不完全匹配的原因。因此，更為全面和深入的分析、特別是結合著影響機制的研究工作是需要進一步加以開展的。

［1］Madden R A， Julian P R. Detection of a 40-50 day oscillation in the zonal wind in the Tropical Pacific. J Atmos Sci， 1971， 28（5）：702-708.

［2］Madden R A， Julian P R. Description of global scale circulation cells in the tropics with 40-50 day period. J Atmos Sci， 1972， 29（6）：1109-1123.

［3］Parker D E. Equatorial Kelvin waves at 100 millibars. Quart J Roy Meteor Soc， 1973， 99： 116-129.

［4］Weickmann K M. Intraseasonnal circulation and outgoing longwave radiation modes during Northern Hemisphere winter. Mon Wea Rev， 1983， 111： 1838-1858.

［5］Lorenc A C. The evolution of planetary scale 200 mb divergent flow during the FGGE year. Quart J Roy Meteor Soc， 1984， 110：427-441.

［6］Krishnamurti T N， Subrahmanyam D. The 30-50 day mode at 850 mb during MONEX. J Atmos Sci， 1982， 39： 2088-2095.

［7］Lau K M， Chan P H. Aspects of the 40-50 day oscillation during the northern winter as inferred from outgoing longwave radiation. Mon Wea Rev， 1985， 113： 1889-1909.

［8］Lau K M， Chan P H. Aspects of the 40-50 day oscillation during the northern summer as inferred from outgoing longwave radiation. Mon Wea Rev， 1986， 114： 1354-1367.

［9］Murakami T， Nakazawa T. Tropical 45-day oscillations during the 1979 Northern Hemisphere summer. J Atmos Sci， 1985， 42：1107-1122.

［10］溫敏， 張人禾. 蘇門答臘附近大氣準雙周振蕩的可能維持機制.科學通報， 2005， 50（9）： 938-940.

［11］Annamalai H， Slingo J M. Active/break cycles： diagnosis of the intraseasonal variability of the Asian Summer Monsoon. Clim Dyn， 2001， 18（1-2）： 85-102.

［12］Wen M， Yang S， Kumar A， et al. Structure and origin of the Quasi-Biweekly Oscillation over the Tropical Indian ocean in boreal spring. J Atmos Sci， 2010， 67（6）： 1965-1982.

［13］Li C Y. Actions of summer monsoon troughs （ridges） and tropical cyclone over South Asia and moving CISK mode. Scientia Sinica（B）， 1985， 28（11）： 1197-1206.

［14］Emanuel K A. An air-sea interaction model of intraseasonal oscillation in the tropics. J Atmos Sci， 1987， 44（16）： 2324-2340.

［15］Lau K M， Peng L. Origin of low-frequency （intraseasonal）oscillations in the tropical atmosphere. Part I：basic theory. J Atmos Sci，1987， 44（6）：950-972.

［16］Neelin J D， Held I M， Cook K H. Evaporation-wind feedback and low frequency variability. J Atmos Sci， 1987， 44（16）： 2341-2348.

［17］李崇銀. 大氣中的季節(jié)內(nèi)振蕩. 大氣科學， 1990， 14（1）： 32-45.

［18］李崇銀， 龍振夏， 穆明權. 大氣季節(jié)內(nèi)振蕩及其重要作用.大氣科學， 2003， 27（4）： 518-535.

［19］Sperber K R. Propagation and vertical structure of the Madden-Julian Oscillation. Mon Wea Rev， 2003， 131（12）： 3018-3037.

［20］楊輝， 李崇銀. 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的傳播及影響因子研究. 氣候與環(huán)境研究， 2005， 10（2）： 145-156.

［21］Lin A L， Li T. Energy spectrum characteristics of boreal summer intraseasonal oscillations： climatology and variations during the ENSO developing and decaying Phases. J Climate， 2008， 21（23）：6304-6320.

［22］楊秋明. 東亞地區(qū)汛期OLR季節(jié)內(nèi)振蕩型的年際變化特征. 科技導報， 2010， 28（6）： 83-87.

［23］黃海燕， 何金海， 朱志偉. 大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的研究進展及其在延伸期預報中的應用.氣象與減災研究， 2011， 34（3）： 1-8.

［24］Knutson T R， Weickmann K M.30-60 day atmospheric oscillation：composite life cycles of convection and circulation anomalies. Mon Wea Rev， 1987， 115： 1407-1436.

［25］董敏， 張興強， 何金海. 熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩時空特征的診斷研究. 氣象學報， 2004， 62（6）： 821-830.

［26］賈小龍， 李崇銀. 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的季節(jié)性特征及其在SAMIL-R42L9中的表現(xiàn). 熱帶氣象學報， 2007， 23（3）： 219-228.

［27］Wang B， Rui H. Synoptic climatology of transient tropical intraseasonal convection anomalies： 1975-1985. Meteor Atmos Phys， 1990， 44（1-4）： 43-61.

［28］Madden R A， Julian P R， Observation of the 40-50-day tropical oscillation： A review. Mon Wea Rev，1994， 122： 814-837.

［29］何潔琳， 萬齊林， 管兆勇， 等. 亞洲-西太平洋夏半年ISO傳播特征及其與熱帶天氣尺度波動聯(lián)系的觀測事實研究. 熱帶氣象學報，2010， 26（6）： 724-732.

［30］Yasunari T. Cloudiness fluctuations associated with the Northern Hemisphere summer monsoon. J Meteor Soc Japan， 1979， 57：227-242.

［31］Chen T C， Murakami M. The 30-50 day variation of convective activity over the western Pacific Ocean with the emphasis on the northwestern region. Mon Wea Rev， 1988， 116： 892-906.

［32］林愛蘭， 梁建茵， 谷德軍. 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩對東亞季風區(qū)的影響及不同時間尺度變化研究進展. 熱帶氣象學報， 2008， 24（1）：11-19.

［33］Teng H Y， Wang B. Interannual variations of the boreal summer intraseasonal oscillation in the Asian-Pacific region. J Climate，2003， 16（22）， 3572-3584.

［34］琚建華， 孫丹， 呂俊梅. 東亞季風區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩經(jīng)向與緯向傳播特征分析. 大氣科學， 2008， 32（3）： 523-529.

［35］Zhang L N， Wang B Z， Zeng Q C. Impact of the Madden-Julian Oscillation on summer rainfall in Southeast China. J Climate，2009， 22（2）： 201-216.

［36］ 章麗娜， 林鵬飛， 熊喆， 等. 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩對華南前汛期降水的影響. 大氣科學， 2011， 35（3）：560-570.

［37］Wheeler M， Hendon H H. An all-season real-time multivariate MJO index： Development of an index for monitoring and prediction. Mon Wea Rev， 2004， 132： 1917-1932.

［38］琚建華， 呂俊梅， 謝國清， 等. MJO和AO持續(xù)異常對云南干旱的影響研究. 干旱氣象， 2011， 29（4）： 401-406.

［39］呂俊梅， 琚建華， 任菊章， 等. 熱帶大氣MJO活動異常對2009#2010年云南極端干旱的影響. 中國科學：地球科學， 2012，42（4）： 599-613.

［40］陸爾， 丁一匯. 1991年江淮特大暴雨與東亞大氣低頻振蕩. 氣象學報， 1996， 54（6）： 730-736.

［41］信飛， 肖子牛， 李澤椿. 1997年華南汛期降水異常與大氣低頻振蕩的關系. 氣象，2007， 33（12）： 23-30.

［42］Chen L X， Zhu C W， Wang W， et al. Analysis of the characteristics of 30-60 day Low-Frequency Oscillation over Asia during 1998 SCSMEX. Adv Atmos Sci， 2001， 18（4）： 623-638.

［43］何志學， 賀懿華， 熊秋芬， 等. 1998年夏季熱帶內(nèi)外大氣低頻振蕩特征分析. 熱帶氣象學報， 2004， 20（1）： 51-62.

［44］孫丹， 琚建華， 呂俊梅. 2003年東亞季風季節(jié)內(nèi)振蕩對我國東部地區(qū)降水的影響. 熱帶氣象學報， 2008， 24（6）： 641-648.

［45］夏蕓， 管兆勇， 王黎娟. 2003年江淮流域強降水過程與30-70d天低頻振蕩的聯(lián)系. 南京氣象學院學報， 2008， 31（1）： 33-41.

［46］岑思弦， 鞏遠發(fā)， 王霄. 2007年夏季淮河流域洪澇與亞洲地區(qū)大氣低頻振蕩的關系. 大氣科學， 2009， 33（6）： 1286-1296.

［47］賀懿華， 王曉玲， 金琪. 南海熱帶對流季節(jié)內(nèi)振蕩對江淮流域旱澇影響的初步分析. 熱帶氣象學報， 2006， 22（3）： 259-264.

［48］任宏利， 張培群， 丑紀范， 等. 中國夏季大尺度低頻雨型及其轉(zhuǎn)換模. 科學通報， 2005， 50（24）：2790-2799.

［49］左金清， 任宏利， 李維京， 等. 我國南方夏季低頻雨型的季節(jié)內(nèi)水汽輸送特征. 地球物理學報， 2009， 52（9）： 2210-2221.

［50］ 沈雨旸， 任宏利， 李維京， 等. 我國南方夏季低頻降水與熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩傳播的關系研究. 熱帶氣象學報， 2016， 32（1）：31-41.

［51］張玉潔， 劉壽東， 任宏利， 等. 中國南方夏季低頻雨型特征及其年代際變化研究. 氣象學報， 2014， 72（6）：1205-1217.

［52］Donald A， Meinke H， Power B， et al. Near-global impact of the Madden-Julian oscillation on rainfall. Geophysical Research Letters， 2006， 33（9）， doi： 10.1029 /2005GL025155

［53］袁為， 楊海軍. Madden-Julian振蕩對中國東南部冬季降水的調(diào)制. 北京大學學報（自然科學版）， 2010，46（2）：207-214.

［54］賈小龍， 梁瀟云. 熱帶MJO對2009年11月我國東部大范圍雨雪天氣的可能影響. 熱帶氣象學報， 2011， 27（5）：639-648.

［55］Jia X L， Chen L J， Ren F M， et al. Impacts of the MJO on winter rainfall and circulation in China. Adv Atmos Sci， 2011， 28（3）：521-533.

［56］陳雄， 李崇銀， 譚言科， 等.冬季熱帶西太平洋MJO活動強弱年的環(huán)境場特征. 熱帶氣象學報， 2015， 31，1（2）：1-10.

［57］吳俊杰， 袁卓建， 錢鈺坤， 等. 熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩對2008年初南方持續(xù)性冰凍雨雪天氣的影響. 熱帶氣象學報， 2009， 25（增刊）：103-112.

［58］朱紅蕊， 劉赫男， 張洪玲， 等. 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩與2008年初中國南方雪災的關系. 氣象與環(huán)境學報， 2013， 29（4）： 77-83.

［59］Murakami M. Analysis of summer monsoon fluctuations over India. J Meteor Soc Japan， 1976， 54， 15-31.

A New Look at Impacts of MJO on Weather and Climate in China

Ren Hongli1, Shen Yuyang2
（1 Laboratory for Climate Studies， CMA-NJU Joint Laboratory for Climate Prediction Studies， National Climate Center， China Meteorological Administration， Beijing 100081 2 Public Meteorological Service Centre， China Meteorological Administration， Beijing 100081）

Madden-Julian Oscillation (MJO) or more generally called tropical Intra-Seasonal Oscillation (ISO), dominates climate variability worldwide on the subseasonal timescale. It is well-known that MJO can impact weather and climate not only in tropics, but also in extratropics through the propagation and excitation of atmospheric teleconnections, and is the most important predictability source in the subseasonal-to-seasonal prediction. A great many studies have focused on impacts of MJO on weather and climate in China in the past decades， and made a significant progress in different aspects. However， further deep understanding is still needed. This study firstly reviews previous studies of impacts of MJO on China weather and climate, and then shows the new results regarding such impacts of MJO, based on diagnoses of new observations, then gives preliminary conclusionsas followings:. the impacts of MJO on rainfall are mainly limited in the regions from south of Yangtze River to the South of China in winter， but are extended to the more southern and Tibetan Plateau areas in summer. It shows a significant influence of MJO on winter temperature over the Northeast of China, the North of China, and most of the western China, while a relatively weakened impact on summer temperature over the large areas in China except for the Yellow River Basin. After removing high-frequency noise, pure MJO signal can explain about 30% variance of low-frequency surface air temperature and rainfall in China. Moreover, it is found that there is a delayed impact of MJO on temperature and rainfall in both winter and summer in China and it is need to be consideredin the future predictions and futher studies .

MJO, climate in China, rainfall, surface air temperature, impact

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.013

2016年2月1日；

2016年3月21日

任宏利（1979—），Email: renhl@cma.gov.cn

資助信息： 國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目（2015CB453203）；公益類行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY201406022）；國家自然科學基金項目（41375062）