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文章

大气科学 2011年6月Vol.56 No.17：18211827

doi：10.1007 / s11434-011-4497-9

澳大利亚东部冬季海表温度与长江流域夏季降水的联系

一个可能的物理机制

周伯涛

国家气候中心，中国气象局，北京100081

2011年1月31日收到; 接受2011年3月25日; 2011年5月10日在线发布

利用观测资料研究了澳大利亚东部冬季海表温度（SST）与长江流域夏季降水的关系及其可能的物理机制。 发现澳大利亚东部冬季SST与长江流域夏季降水呈正相关。 当澳大利亚东部的SST在冬季变暖时，西太平洋副热带高压和东亚西风急流往往在夏季南移，同时中国东部地区出现低层西南风异常。 这些条件有利于长江流域降水量的增加，而相反的条件则有利于降水量的减少。 澳大利亚东部冬季SST对东亚夏季大气环流的影响可能以两种方式发生。 首先，冬季澳大利亚以东的SST异常信号持续到下一个夏季，从而通过半球间遥相关影响东亚大气环流。 其次，当澳大利亚东部的SST在冬季变暖时，西南印度洋同时出现更高的SST，并随后通过当地的海 - 气相互作用向东发展。 因此，海洋大陆的海温在夏季增加，这可能导致东亚夏季大气环流通过对流的影响发生异常变化。

澳大利亚东部海域表温，夏季降水，长江流域，遥相关，物理机制等

引文： Zhou B T.澳大利亚东部冬季海温与长江流域夏季降水的联系及可能的物理机制。 Chinese Sci Bull，2011,56：18211827，doi：10.1007 / s11434-011-4497-9

受东亚夏季风影响，中国长江流域常常遭受严重的旱涝灾害，给经济和人民生活造成严重损失。 因此，该地区夏季降水的年际变率和可预报性是最重要的。 本研究的目的是提高对长江流域降水变化机制的认识，为短期预报提供科学依据。

过去几年的许多研究都在寻找影响长江流域夏季降水的先行信号。 例如，Gong等人 [1,2]分析了春季北极涛动对夏季的影响

电子邮件： zhoubt@cma.gov.cn

长江流域降雨。 他们发现，春季北极涛动偏强（偏弱）之后是一个更偏北（东南亚）的东亚喷气式飞机，夏季长江流域的降雨量减少（更多），表现出异相关系。 王等人的研究。 [3,4]表明，春季欧亚大气异常对夏季东亚大气环流和降水的变化起着重要作用。 春季青藏高原地面积雪与长江流域夏季降水密切相关。 春季积雪的增加可以通过改变土壤湿度影响东亚夏季大气环流，从而增加长江流域的降水量[5]。 赵等人。 [6]指出春季海冰收缩（扩张）程度

copy;The Author（s）2011.本文在Springerlink.com上以开放的方式发布 csb.scichina.com www.springer.com/scp

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白令海和鄂霍次克海可以增加（减少）中国东部的夏季降水。 周等人 [7,8]基于观测分析和数值模拟显示，春季Hadley环流与长江流域夏季降水呈显着正相关。 春季的Hadley环流主要通过影响印度洋和南海的SST影响长江流域的夏季降水。 冬季西大西洋模式（WA）[9]和东亚冬季风[10,11]也已被证明对长江流域夏季降水有显着影响。

上述研究确定了北半球影响长江流域夏季降水的一些先行信号。 由于南半球是季风原始地区之一，也是全球气候系统的重要地区之一，因此大气异常肯定会影响东亚夏季风，从而导致长江流域的干旱和洪涝灾害。 作为南半球主要大气模式的南极涛动（AAO）在中国东亚夏季风和降水变化中起着重要作用[12-15]。 春季AAO增强（减弱）时，长江流域夏季降水趋于增加（减少）。 高等人。 [16]表明，如果5月份的AAO较强，则沿江淮流域的梅雨期较长。 范等人。 [17]将AAO作为长江流域夏季降水统计预报模式的一个重要预测因子。 薛等人。 [12,18]讨论了南半球春季副热带高压（即Mascarene高压和澳大利亚高压）在长江流域夏季降水中的作用，发现两者呈正相关。

因此，南半球大气环流对东亚夏季风环流的强烈影响。 当然，海温变化可以直接影响南半球环流[19,20]。 例如，刘等人。 [20]表明，澳大利亚东部的海温异常可能会改变澳大利亚高压。 即，澳大利亚东部的高（低）SST对应于更向东（西）的澳大利亚高。 由于半球相互作用的主要成分是冬半球影响夏半球，因此澳大利亚东部的冬季SST变化是否与东亚夏季大气环流特别是长江夏季降水有关，这就产生了一个问题。 如果是这样，负责这种联系的物理机制是什么？ 目前的研究调查这些联系和一个可能的物理机制。

数据

数据集包括：（1）2.5°times;的大气再分析资料

国家大气研究中心（NCEP / NCAR）[21]提供了2.5°，（2）与国家海洋和大气管理局（NOAA）相距2°times;2°的海温数据[22] （3）中国气象局（CMA）1951-2002年中国160站月降水量数据。 在这项研究中，冬季（DJF）指前一年的12月和次年的1月和2月。 春季（MAM）指3月，4月和5月，夏季（JJA）指6月，7月和8月。 南京，合肥，上海，杭州，安庆，屯溪，九江，汉口，钟祥，岳阳，宜昌，常德，宁波，Q县，贵溪，南昌，长沙等17个站点的平均降水量定义为长江降水指数YRRI），它代表了长江流域降水的变化。

澳大利亚东部的冬季SST和长江流域的夏季降水

图1（a）显示了冬季SST和夏季YRRI之间相关系数的空间分布。 澳大利亚东部地区有显着的正相关，最大值超过0.4。 这意味着冬季澳大利亚东部的较暖（较冷）SST对应于下一个夏季在长江流域的更多（少）夏季降水。 测量

图1（a）夏季YRRI和冬季SST之间的相关性。 结果高于95％显着性水平的区域被加阴影。 （b）归一化夏季YRRI（虚线）和冬季EASST（实线）的时间序列及其各自的线性趋势。

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我们将澳大利亚东部的SST指数（EASST）定义为图1（a）中显着区域内的区域平均SST。 冬季EASST和夏季YRRI的时间序列如图1（b）所示，表明同相关系数为0.4，相关系数为99.9％。 此外，这两个指数随着时间呈现出增加的线性趋势。 在对这个线性趋势进行滤波后，这两个指数仍然显着相关，相关系数为0.34，远高于95％的显着性水平。 因此，澳大利亚东部冬季SST与长江流域夏季降水之间的联系在年际时间尺度上是稳健的。 由于我们强调它们在年际时间尺度上的关系，因此时间序列的线性趋势在随后的分析中已被删除。

为了说明澳大利亚东部冬季SST与长江流域夏季降水之间同相关系的大尺度大气环流，我们分别分析了夏季低空风对EASST和夏季YRRI的回归模式（图2）。 在图2（a）中，与夏季YRRI相关的700 hPa水平风在30°N以南表现出主导西太平洋的异常反气旋环流，而热带季风槽区和西风异常偏东风异常在梅雨前线地区。 这种配置表明西太平洋副热带高压位置偏南。 此外，中国东部地区出现异常西南风，有利于水汽从热带向中纬度的运输。 这个结果与Zhang等人的发现一致。 [23]。 他们的研究表明，如果在30°N以南出现西太平洋反气旋环流异常，长江流域夏季降水趋于正常。 与冬季EASST相关的对​​流层低层夏季风的变化（图2（b））一般与图2（a）所示的相似。 西太平洋30°N以南的反气旋环流异常和中国东部的西南风异常也很明显。 图2两幅图的相似性表明，在前一个冬季，澳大利亚东部较暖的（较冷的）SST对应于西太平洋30°N以南和南（北）的南半球异常反气旋（气旋）环流的趋势，夏季西部副热带高压的转移。 这种环流对长江流域降水有利（不利），从而增加（减少）夏季局地降水。

东亚西风急流（EAJ），特别是其位置，

已知在降水变率中起着动态作用。 EAJ向南（北移）的位移往往导致长江流域的潮湿（干燥）条件[24,25]。 这可以通过YRRI和200 hPa纬向风的回归模式来证实

图2夏季YRRI（a）和冬季EASST（b）700 hPa夏季水平风速（m / s）的回归。 结果高于95％显着性水平的区域被加阴影。 “A”表示反气旋环流。

夏季。 图3（a）清楚地表明，与长江流域降水增多有关的高层大气环流分别对应于40°N以南和偏北的异常西风带和东风带。 这种模式表明了EAJ向南的位移（EAJ核心位于气候学的40°N附近）。 夏季200 hPa纬向风对EASST（图3（b））的回归模式与图3（a）的模式相似。 随着冬季EASST的正相位，负值（正值）出现在北纬40°N以南，表明高层西风弱化（加强）以及夏季EAJ南移。 这种结构有利于长江流域降水量的增加。 这一结果再次支持了澳大利亚东部冬季SST与长江流域夏季降水之间的同相关系。

一种可能的物理机制

基于以上分析，可以推断出澳大利亚东部的冬季SST变化能够影响次年夏季东亚大气环流，进而影响长江流域降水的年际变化。 为了解决澳大利亚东部冬季SST如何影响东亚夏季大气

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图3夏季YRRI（a）和冬季EASST（b）在200 hPa夏季纬向风（m / s）的回归。 结果高于95％显着性水平的区域被加阴影。

我们调查了冬季和随后春季和夏季冬季EASST和SST之间的相关性。 结果绘制在图4中。该图中有两个明显的特征。 一个是澳大利亚东部SST信号的持续存在。 澳大利亚东部地区的相关系数总是显着正相关，但从冬季到夏季逐渐减少。 另一个特征是南印度洋海温的发展和传播。 在冬季，EASST与西南印度洋海温显着正相关。 之后，这一显着的正相关关系向东移动，并在次年夏天位于海洋大陆。

因此，澳大利亚东部的冬季SST可以通过两种方式影响夏季大气环流和降水。 一方面，冬季澳大利亚东部地区的海温异常可以持续到下一个夏季，因为它自身的记忆力很强。 今年夏天，海温异常可能通过激发半球间遥相关[26]影响长江流域的降雨。 如果澳大利亚以东的SST在夏季较高（较低），那么当地的位势高度会变大（较小）。 这种位势高度的扰动可能通过Rossby波传播到北半球的亚热带地区。 这一事件加剧（削弱）西太平洋副热带高压并向南和向西延伸（向北和向东），因此增加（减弱）

褶皱）长江流域降水[20,26]。 另一方面，当澳大利亚东部的冬季SST较高（较低）时，印度洋西南部的同时SST也显得较高（较低）。 这种异常信号随着时间的推移逐渐向东发展，并在夏季到达海洋大陆。 海洋大陆夏季海温异常可能进一步影响东亚大气环流。 图5描述了夏季在90°-140°E，15°S-0°区域（图4（c）中的矩形区域）平均的发散度和区域平均SST之间的相关性。 在150 hPa（图5（a）），海洋大陆存在显着的正相关，西太平洋显着负相关。 1000 hPa相关的空间分布相反，海洋大陆为负值，西太平洋为正值（图5（b））。 这一模式表明，当海洋大陆SST变暖时，该地区出现异常高层辐散和低层辐合，加强对流。 相比之下，西太平洋地区，尤其是菲律宾以东地区，异常高层辐合和低层辐散主要是抑制对流。 这种对流减弱对夏季大气影响很大 -

图4冬季（a），春季（b）和夏季（c）冬季EASST与海温的相关性。 结果高于95％显着性水平的区域被加阴影。

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图6冬季200 hPa纬向风（m / s）与EASST强弱年的综合差异。 重（轻）阴影表示结果高于95％（90％）显着性水平的区域。 用粗虚线表示从澳大利亚东部到南非 - 西南印度洋的遥相关模式。

图5 90°-140°E，15°S-0°区域平均SST平均值与150 hPa（a）和1000 hPa（b）发散值的相关性。 结果高于95％显着性水平的区域被加阴影，只显示超过0.2的绝对值。

通过行星尺度的太平洋 - 日本（PJ）遥相关波列，在长江流域发生大气环流和降水[27,28]。

此后，我们根据综合分析讨论澳大利亚东部海域与西南印度洋海域之间的联系。 确定正（负）情况的标准是：11（8）年，归一化，趋于平稳的EASST大于（小于）1（-1）。 图6显示了冬季200 hPa纬向风，强EASST年和弱EASST年的复合差异。 值得注意的是，从澳大利亚东部侧面到南非 - 西南印度洋（用粗虚线表示）的组织良好的遥相关模式值得注意。 这个遥感将这两个地区的大气环流变化联系起来。 与冬季澳大利亚东部较暖的SST相对应，澳大利亚以东的反气旋环流异常和南非和印度洋西南部的异常气旋环流出现在对流层上层，反之亦然。

印度洋西南部的对流层低层环流根据对流层高层环流的变化进行调整。 如图7（a）所示，马达加斯加东部地区以气旋性环流异常为主，东北部以反气旋性环流异常为主。 研究证实，风致海洋动力学过程（上升/下降和温跃层变化）对印度洋西南海域的海温变

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