江淮持續(xù)性暴雨過程前MJO熱帶低頻信號初探

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個典型的江淮持續(xù)性暴雨過程，基于位相統(tǒng)計及合成分析方法，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，熱帶印度洋北側(cè)一熱帶西太平洋一帶受低頻東風以及我國東南沿海低頻反氣旋有利于副高的西伸。

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

夏季出現(xiàn)在我國江淮流域的持續(xù)性暴雨過程具有強度大、范圍廣、持續(xù)時間長和穩(wěn)定性強等特點，極易造成大范圍洪澇災(zāi)害，給經(jīng)濟建設(shè)和人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失。20世紀70年代初，Madden and JulJan發(fā)現(xiàn)了熱帶地區(qū)緯向風具有自西向東周期性傳播特征（MJ0）后，眾多學者對大氣低頻振蕩活動（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。熱帶低頻對流中心從熱帶印度洋向熱帶西太平洋移動過程中引起西太平洋副高、水汽輸送和垂直運動的變化，引起長江流域和華南地區(qū)降水的變化。熱帶MJ0的不同位相可作為江淮地區(qū)夏季降水的延伸預(yù)報信號，而且基于澳大利亞氣象局的M-J0指數(shù)進行MJ0實時監(jiān)測與診斷，可以避開傳統(tǒng)上采用時間濾波提取MJ0信號不能用于實時預(yù)測的弊端。本文利用改進后的Butterworth帶通濾波方法、累計頻率法并結(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MJ0信號以及與過程相關(guān)的熱帶大氣30～60d低頻振蕩特征。

1資料和方法

統(tǒng)計分析中所用的MJ0指數(shù)是WheeIer和Hendon提出的雙變量MJ0指數(shù)（RMM1和RMM2，從澳大利亞氣象網(wǎng)站獲得實時逐日數(shù)據(jù)，時間長度為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°×2.5°），每年序列的時間長度為153d。環(huán)流場數(shù)據(jù)采用1975-2011年4-8月NCEP/NCAR全球逐日再分析資料（2.5°×2.5°）。綜合Tang等以及汪匯潔等對江淮流域持續(xù)性暴雨過程的研究成果，選取21個發(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。在探討持續(xù)性暴雨過程前MJ0指數(shù)的變化特征時，首先利用累計頻率法，分兩個時間段（過程發(fā)生前-4d～id和發(fā)生時0d～+3d）落在MJ0各位相的總天數(shù)，再統(tǒng)計35d～+6d期間，處于MJ0不同位相的個例總數(shù)隨時間變化情況，用以探討過程前MJ0位相循環(huán)軌跡。

2過程發(fā)生時的環(huán)流背景特征

對比低頻天氣圖和實況/原始環(huán)流場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：對流層高層南亞高壓呈帶狀分布，東緣位置偏東，而對流層中低層西太平洋副高位置偏西，副高西側(cè)的中低層偏南風與南亞高壓東南側(cè)的高層偏北風在我國江南地區(qū)疊置，構(gòu)成穩(wěn)定持續(xù)的季風垂直環(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。南亞高壓主體東擴、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”。

3熱帶MJO信號及相關(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（-4～1d）和發(fā)生時（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（0～+3d）落在MJ0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位相的時間里，MJ0振幅大于1（強MJO，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位相的時間里，強MJO的天數(shù)約占58%。過程開始前一個月內(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活動的前4個位相，MJO的主要對流活動中心位于熱帶印度洋，對流擾動可以通過低層西風急流的波導效應(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，同時中國東南部地區(qū)的水汽輸送和垂直上升運動增強，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。

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

-35d～+6d，MJ0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這段時間內(nèi)低頻風場、低頻OLR場（低頻對流擾動）以及異常環(huán)流場的演變過程（圖3）。當MJO處于位相7時，熱帶低頻對流擾動主要集中在海陸區(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控制，隨著低頻對流擾動的東傳，菲律賓東側(cè)出現(xiàn)異常氣旋并向北移動，當異常氣旋移動到西北太平洋一帶時，副高主體東退，異常氣旋繼續(xù)向北向東移動后，副高開始西伸；當熱帶低頻對流擾動繼續(xù)東傳并重新進入赤道印度洋后，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影響，距平場上也表現(xiàn)為東風異常（圖略），西北太平洋出現(xiàn)異常反氣旋，隨著熱帶低頻對流擾動的東傳，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，有利于副高的進一步西伸。

圖3過程15～+3d MJO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距平風場，紅色（黑色）矢量線為低頻u（v）分量（m·s-1）異常通過90%顯著性檢驗（空間顯著）的850hPa低頻風，陰影區(qū)表示低頻OLR（w·m-2），紅色粗實線為500hPa高度層上5 880gpm等高線

過程發(fā)生時，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度和位置受到赤道印度洋一帶異常緯向風的影響。

進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。該低頻反氣旋的強度和位置受到其南部（赤道印度洋一帶）緯向風的影響，結(jié)合前面熱帶大氣低頻振蕩的結(jié)果可知，當MJO處于位相8和位相1時，孟加拉灣一帶受低頻反氣旋控制，進一步說明了當熱帶低頻對流擾動傳播至熱帶印度洋時，孟加拉灣和我國東南沿海一西北太平洋一帶同時受低頻反氣旋控制，有利于副高的西伸并增強。

4結(jié)論

江淮持續(xù)性暴雨過程受熱帶低頻擾動的影響，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MJO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。過程前，當MJO循環(huán)至位相1、2時，熱帶低頻對流擾動進入赤道印度洋，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）低頻場上，伴隨著MJO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。endprint