江淮持續(xù)性暴雨過程前MJO熱帶低頻信號(hào)初探

吳建金

摘要我國江淮流域持續(xù)性暴雨過程發(fā)生前，熱帶大氣30～60天低頻振蕩特征明顯。選取近35年的21個(gè)典型的江淮持續(xù)性暴雨過程，基于位相統(tǒng)計(jì)及合成分析方法，探討了與過程相關(guān)的熱帶大氣低頻振蕩特征以及相關(guān)低頻系統(tǒng)的傳播特征。結(jié)果表明，MJO的位相1、2可作為江淮流域持續(xù)性暴雨過程發(fā)生的熱帶信號(hào)，熱帶印度洋北側(cè)一熱帶西太平洋一帶受低頻東風(fēng)以及我國東南沿海低頻反氣sga-利于副高的西伸。

關(guān)鍵詞持續(xù)性暴雨過程；30一60天低頻振蕩；But terworth；MJO

夏季出現(xiàn)在我國江淮流域的持續(xù)性暴雨過程具有強(qiáng)度大、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長和穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，極易造成大范圍洪澇災(zāi)害，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。20世紀(jì)70年代初，Madden and Julian發(fā)現(xiàn)了熱帶地區(qū)緯向風(fēng)具有自西向東周期性傳播特征（MJO）后，眾多學(xué)者對(duì)大氣低頻振蕩活動(dòng)（Intraseasonal Oscillation，）尤其是30d～60d低頻振蕩做了大量的研究，并取得了階段性的成果。熱帶低頻對(duì)流中心從熱帶印度洋向熱帶西太平洋移動(dòng)過程中引起西太平洋副高、水汽輸送和垂直運(yùn)動(dòng)的變化，引起長江流域和華南地區(qū)降水的變化。熱帶MJO的不同位相可作為江淮地區(qū)夏季降水的延伸預(yù)報(bào)信號(hào)，而且基于澳大利亞氣象局的MJO指數(shù)進(jìn)行MJO實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷，可以避開傳統(tǒng)上采用時(shí)間濾波提取M.J0信號(hào)不能用于實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的弊端。本文利用改進(jìn)后的Butterworth帶通濾波方法、累計(jì)頻率法并結(jié)合合成分析等方法探究江淮持續(xù)性暴雨過程發(fā)生的熱帶MJO信號(hào)以及與過程相關(guān)的熱帶大氣30～60d低頻振蕩特征。

1資料和方法

統(tǒng)計(jì)分析中所用的MJO指數(shù)是Wheeler和Hendon提出的雙變量MJO指數(shù)（RMMl和RMM2，從澳大利亞氣象網(wǎng)站獲得實(shí)時(shí)逐日數(shù)據(jù)，時(shí)間長度為1975年～2011年）。向外長波輻射（OLR）資料采用1975—2011年4—8月的NOAA全球逐日平均資料（2.5?！?.5。），每年序列的時(shí)間長度為153d。環(huán)流場(chǎng)數(shù)據(jù)采用1975—2011年4—8月NCEP/NCAR全球逐日再分析資料（2.5°x2.5°）。綜合Tang等以及汪匯潔等對(duì)江淮流域持續(xù)性暴雨過程的研究成果，選取21個(gè)發(fā)生在1975—2011年6月中下旬及7月中下旬之間且持續(xù)時(shí)間在7天以上的持續(xù)性暴雨過程作為本文研究的樣本，具體信息見表1。根據(jù)中高緯度的大尺度環(huán)流背景將持續(xù)性暴雨過程分為3類：具有“兩脊一槽”環(huán)流背景特征的“雙阻型”，“兩槽一脊”環(huán)流背景特征的“單阻型”，以及存在多個(gè)高低壓中心的“多波型”。

采用一階Butterworth帶通濾波方法得到氣象要素的低頻場(chǎng)。在探討持續(xù)性暴雨過程前MJO指數(shù)的變化特征時(shí)，首先利用累計(jì)頻率法，分兩個(gè)時(shí)間段（過程發(fā)生前4d～id和發(fā)生時(shí)0d～+3d）落在MJO各位相的總天數(shù)，再統(tǒng)計(jì)35d～+6d期間，處于MJO不同位相的個(gè)例總數(shù)隨時(shí)間變化情況，用以探討過程前MJ0位相循環(huán)軌跡。

2過程發(fā)生時(shí)的環(huán)流背景特征

對(duì)比低頻天氣圖和實(shí)況/原始環(huán)流場(chǎng)可以判斷不同低頻系統(tǒng)與環(huán)流背景的聯(lián)系。因此，分析大氣30d～60d低頻振蕩之前，要先分析過程發(fā)生時(shí)的大尺度環(huán)流背景。以“雙阻型”為例，圖1為持續(xù)性暴雨過程開始0d～3d的環(huán)流特征合成圖，由圖可知：對(duì)流層高層南亞高壓呈帶狀分布，東緣位置偏東，而對(duì)流層中低層西太平洋副高位置偏西，副高西側(cè)的中低層偏南風(fēng)與南亞高壓東南側(cè)的高層偏北風(fēng)在我國江南地區(qū)疊置，構(gòu)成穩(wěn)定持續(xù)的季風(fēng)垂直環(huán)流。陶詩言和朱福康的研究表明南亞高壓和西太副高存在“相向而行”和“相背而去”的關(guān)系，從本文所選過程前的逐日合成圖（圖略）也可以看出這點(diǎn)。南亞高壓主體東擴(kuò)、西太副高西伸可以說是江淮流域持續(xù)性暴雨過程發(fā)生的“必要條件”。

圖1發(fā)生在江淮流域的“雙阻型”持續(xù)性暴雨過程在Od～3d期間的平均環(huán)流特征圖：500hPa等高線（灰實(shí)線，間隔40gpm）和高度標(biāo)準(zhǔn)化距平（彩色陰影）、500hPa.上.5880gpm等高線（粗的紅色實(shí)線）及200hPa上12520gpm等高線（粗的綠色實(shí)線）、200hPa高空急流區(qū)（粗黑實(shí)線，風(fēng)速大于30m/s）、藍(lán)色箭矢和黑色箭矢分別表示850hPa和200hPa標(biāo)準(zhǔn)化距平風(fēng)矢量，其中850hPa標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)矢量均顯著異常（0.1信度）

3熱帶MJO信號(hào)及相關(guān)的30d～60d低頻振蕩特征

首先探討江淮持續(xù)性暴雨過程發(fā)生時(shí)以及發(fā)生前的MJO循環(huán)特征。圖2（a）（b）展示了持續(xù)性暴雨過程發(fā)生前（-4～ld）和發(fā)生時(shí)（0～+3d）落在MJO各位相的總天數(shù)，持續(xù)性暴雨過程發(fā)生前（4～1d）和發(fā)生時(shí)（0～+3d）落在M.J0各位相的總天數(shù)。過程開始前4天（-4～1d），MJO主要位于第8和第1位相，其次是位相4，處于第8、1位相的時(shí)間里，MJO振幅大于1（強(qiáng)M-J0，Amplitude>1）的天數(shù)約占66%；過程開始后的0～+3d內(nèi)，MJO主要位于第1、第2位相，其次是位相5，處于第1、2位相的時(shí)間里，強(qiáng)MJO的天數(shù)約占58%。過程開始前一個(gè)月內(nèi)，位相循環(huán)速度減緩，MJO主要位于位相8、1、2，過程開始于位相1或位相2的概率約為其他位相的兩倍以上。Zhang等的研究也表示，在MJO活動(dòng)的前4個(gè)位相，MJO的主要對(duì)流活動(dòng)中心位于熱帶印度洋，對(duì)流擾動(dòng)可以通過低層西風(fēng)急流的波導(dǎo)效應(yīng)一路向下游影響到中國東南部地區(qū)，使得西北太平洋副高位置偏西，同時(shí)中國東南部地區(qū)的水汽輸送和垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，有利降水偏多?？蓪JO的位相1、2作為江淮流域持續(xù)性暴雨過程發(fā)生的熱帶信號(hào)。

圖2（a）4～ld，（b）0～+3d這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，MJO位相分布情況，藍(lán)色柱狀條表示全部MJO處于各位相的天數(shù)，橙色柱狀條表示強(qiáng)MJO（MJO>1，表示指數(shù)的振幅>1）的天數(shù)

35d～+6d，MJO主要經(jīng)歷了第4位相第五位相第8位相第1位相第2位相第3位相的演變。而15d～+3d，MJO主要經(jīng)歷了第7位相第8位相第1位相第2位相的演變。位相合成分析15d～+3d這段時(shí)間內(nèi)低頻風(fēng)場(chǎng)、低頻OLR場(chǎng)（低頻對(duì)流擾動(dòng)）以及異常環(huán)流場(chǎng)的演變過程（圖3）。當(dāng)MJO處于位相7時(shí)，熱帶低頻對(duì)流擾動(dòng)主要集中在海陸區(qū)赤道西太平洋或者更加偏東的海域，赤道西太平洋一帶受低頻西風(fēng)控制，隨著低頻對(duì)流擾動(dòng)的東傳，菲律賓東側(cè)出現(xiàn)異常氣旋并向北移動(dòng)，當(dāng)異常氣旋移動(dòng)到西北太平洋一帶時(shí)，副高主體東退，異常氣旋繼續(xù)向北向東移動(dòng)后，副高開始西伸；當(dāng)熱帶低頻對(duì)流擾動(dòng)繼續(xù)東傳并重新進(jìn)入赤道印度洋后，MJO循環(huán)至位相8、1、2，熱帶印度洋北側(cè)熱帶西太平洋一帶受低頻東風(fēng)影響，距平場(chǎng)上也表現(xiàn)為東風(fēng)異常（圖略），西北太平洋出現(xiàn)異常反氣旋，隨著熱帶低頻對(duì)流擾動(dòng)的東傳，異常反氣旋轉(zhuǎn)為東北西南方向并向我國東南部及南海一帶延伸，有利于副高的進(jìn)一步西伸。

圖3過程15～+3dMJO八位相（a～d分別表示位相7、8、1、2）低頻合成圖。流線表示850hPa距平風(fēng)場(chǎng)，紅色（黑色）矢量線為低頻u（v）分量（m·s）異常通過90%顯著性檢驗(yàn)（空間顯著）的850hPa低頻風(fēng)，陰影區(qū)表示低頻OLR（w·m2），紅色粗實(shí)線為500hPa高度層上5880gpm等高線

過程發(fā)生時(shí)，我國東南沿海一西北太平洋一帶低頻反氣旋以及孟加拉灣低頻反氣旋是低層上兩個(gè)明顯的低頻系統(tǒng)。從逐日合成圖（圖略）看出，孟加拉灣低頻反氣旋的強(qiáng)度和位置受到赤道印度洋一帶異常緯向風(fēng)的影響。

進(jìn)一步分析孟加拉灣低頻反氣旋的傳播特征。從逐日合成圖（圖略）可以看出，孟加拉灣低頻反氣旋的振蕩周期約為50d，過程25d左右，該區(qū)域出現(xiàn)低頻氣旋，然后緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l反氣旋直至過程結(jié)束。該低頻反氣旋的強(qiáng)度和位置受到其南部（赤道印度洋一帶）緯向風(fēng)的影響，結(jié)合前面熱帶大氣低頻振蕩的結(jié)果可知，當(dāng)MJO處于位相8和位相1時(shí)，孟加拉灣一帶受低頻反氣旋控制，進(jìn)一步說明了當(dāng)熱帶低頻對(duì)流擾動(dòng)傳播至熱帶印度洋時(shí)，孟加拉灣和我國東南沿海一西北太平洋一帶同時(shí)受低頻反氣旋控制，有利于副高的西伸并增強(qiáng)。

4結(jié)論

江淮持續(xù)性暴雨過程受熱帶低頻擾動(dòng)的影響，尤其是熱帶印度洋一西太平洋的低頻振蕩影響我國東南沿海一西北太平洋異常環(huán)流系統(tǒng)的變化。主要的低頻系統(tǒng)及傳播特征表現(xiàn)為：1）可將M-J0的位相1、2作為江淮流域持續(xù)性暴雨過程發(fā)生的熱帶信號(hào)。過程前，當(dāng)MJO循環(huán)至位相1、2時(shí)，熱帶低頻對(duì)流擾動(dòng)進(jìn)入赤道印度洋，熱帶印度洋北側(cè)一熱帶西太平洋一帶受低頻東風(fēng)影響，西北太平洋出現(xiàn)異常反氣旋，隨著位相的循環(huán)，該異常反氣旋向北移動(dòng)并向我國東南部及南海一帶延伸，有利于副高的西伸；2）低頻場(chǎng)上，伴隨著M.J0的傳播，我國東南沿海和孟加拉灣一帶周期性地受低頻反氣旋/氣旋控制，影響副高的西伸東退。