南海季風(fēng)爆發(fā)的年代際轉(zhuǎn)折與東亞副熱帶夏季降水的關(guān)系

趙小芳，王黎娟，陳紅，王志強(qiáng)

(1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京210044；2. 海南省氣象臺(tái)，海南 ?？?70203；3. 東航股份上海飛行部，上海201100)

1 引 言

南海夏季風(fēng)是東亞系統(tǒng)的重要組成部分，它的爆發(fā)和演變標(biāo)志著東亞夏季風(fēng)的來(lái)臨和雨季的開(kāi)始[1-4]。南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚有著顯著的年際變化特征[5-7]，而近期有研究指出南海夏季風(fēng)爆發(fā)的日期在1993/1994年間有顯著的年代際突變，1993年之后季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間明顯提前[8-10]，在1993年之前南海夏季風(fēng)的爆發(fā)主要是由于熱帶輻合帶（Intertropical Convergence Zone, ITCZ）的北抬引起的，而在1994年之后則是由于來(lái)自西北太平洋的熱帶擾動(dòng)增加導(dǎo)致的。在研究海溫對(duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)的年代際影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，1993年之前東太平洋（Eastern Pacific, EP）型海溫異常增溫能導(dǎo)致南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚，而在1994年之后兩類海溫型均影響了季風(fēng)的爆發(fā)，但中太平洋型（Central Pacific, CP）海溫異常增溫對(duì)阻礙南海夏季風(fēng)爆發(fā)的影響更大[11]。而Liu 等[12]認(rèn)為1980—1993年春季是南印度洋海溫異?？刂浦虾Ｏ募撅L(fēng)爆發(fā)時(shí)間，在1994年之后則是由前冬季的ENSO 和春季的赤道印度洋海溫異常控制著南海夏季風(fēng)的爆發(fā)。Lin 等[13]研究指出在1—4月的菲律賓越赤道氣流越強(qiáng)，南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間越早，而菲律賓的越赤道氣流與南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)在1994年之后更高。說(shuō)明菲律賓越赤道氣流在1994—2016年對(duì)南海夏季風(fēng)的爆發(fā)影響更顯著。

在上述早期的研究中更多關(guān)注的是影響南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的因素，而一個(gè)經(jīng)典的觀點(diǎn)[3]認(rèn)為南海夏季風(fēng)爆發(fā)是東亞副熱帶夏季降水開(kāi)始的先兆，因此南海夏季風(fēng)的爆發(fā)對(duì)其后期降水和環(huán)流影響也是值得關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。Zhang 等[14]指出南海夏季風(fēng)可以影響正IOD（Indian Ocean dipole）事件在夏季（6—8月）發(fā)展，在秋季（9—11月）達(dá)到鼎盛期。He 等[15]指出南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與隨后長(zhǎng)江流域到日本南部的降水有顯著的正相關(guān)，主要由熱帶印度洋的海溫異常激發(fā)Kelvin 波控制南海夏季風(fēng)的爆發(fā)，隨后通過(guò)影響和維持西北太平洋反氣旋而控制5—9月的季風(fēng)降水。Jiang 等[16]指出南海夏季風(fēng)爆發(fā)后長(zhǎng)江中下游降水會(huì)減少，并且南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與5月長(zhǎng)江中下游降水有顯著正相關(guān)。He 等[17]研究了中國(guó)東部夏季降水的年代際差異，結(jié)果表明在1979—1993年間夏季降水主模態(tài)為三極型，而在1994—2014年則呈偶極型結(jié)構(gòu)。Jin 等[18]分析了南海季風(fēng)的年際變化對(duì)長(zhǎng)江中下游降水的影響，發(fā)現(xiàn)6—7月期間，南海季風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，長(zhǎng)江中下游降水越少。

那么基于南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間存在年代際轉(zhuǎn)折的背景下，其與后期東亞副熱帶夏季降水之間有什么關(guān)系？本文針對(duì)這一問(wèn)題探討了南海季風(fēng)爆發(fā)的年代際轉(zhuǎn)折與東亞副熱帶夏季降水的關(guān)系。

2 資料和方法

本文使用的資料包括：（1）美國(guó)NCEP/NCAR逐月大氣再分析資料，變量包括水平風(fēng)場(chǎng)、比濕場(chǎng)以及垂直速度場(chǎng)，其中垂直方向共有17 層，水平分辨率為2.5 °×2.5 °。（2）NOAA 提供的向外長(zhǎng)波輻射（OLR）月平均資料。（3）副高脊線指數(shù)取自國(guó)家氣候中心的74 項(xiàng)環(huán)流指數(shù)。（4）降水資料取自日本氣象廳（Japan Meteorological Agency,JMA）研發(fā)的全球大氣再分析資料JRA-55，空間分辨率為1.25°×1.25°。（5）歐洲中心ERA-Interim的850 hPa 風(fēng)場(chǎng)逐日資料。研究時(shí)段為1979—2016年，將夏季定義為6—8月（JJA）的平均。

南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間根據(jù)由東到夏經(jīng)向溫度梯度（Meridional Temperature Gradient, MTG[19]），即?T/?y 由負(fù)轉(zhuǎn)正的時(shí)間來(lái)定義，即4月第3 候以后，當(dāng)南海季風(fēng)檢測(cè)區(qū)內(nèi)（110～120 °E，10～20 °N）對(duì)流層中上部（500～200 hPa）MTG 由負(fù)轉(zhuǎn)正并穩(wěn)定持續(xù)3 候（不可中斷），則定義?T/?y 由負(fù)轉(zhuǎn)正的第1 候?yàn)槟虾Ｏ募撅L(fēng)爆發(fā)時(shí)間。由MTG 定義的南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與向外長(zhǎng)波輻射（outgoing longwave radiation, OLR）或者850 hPa 緯向風(fēng)定義的時(shí)間有較好的相關(guān)性[12]。但由于MTG 定義500～200 hPa 熱成風(fēng)的轉(zhuǎn)變，而南海夏季風(fēng)爆發(fā)最明顯的特征之一是低層緯向風(fēng)的突變，在實(shí)際情況中有可能會(huì)存在中高層風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變但低層緯向風(fēng)未轉(zhuǎn)正，導(dǎo)致南海夏季風(fēng)爆發(fā)的環(huán)流突變不明顯，或者低層緯向風(fēng)在高層風(fēng)之前先轉(zhuǎn)向，季風(fēng)提前爆發(fā)?；谶@兩種可能的發(fā)生，本文用判斷MTG 定義的南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間前后三候的850 hPa 緯向風(fēng)是否提前轉(zhuǎn)正來(lái)檢驗(yàn)?zāi)虾Ｏ募撅L(fēng)是否爆發(fā)，發(fā)現(xiàn)1982、1997、2000、2008 和2009年低層風(fēng)轉(zhuǎn)變與MTG 定義的爆發(fā)時(shí)間沒(méi)有對(duì)應(yīng)，綜合國(guó)家氣候中心定義的南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間和多位學(xué)者認(rèn)可的季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間[20]，分別更正這五年的季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間為第31 候、28 候、27 候、25 候以及30候。為了從年代際轉(zhuǎn)變中找出較明顯的信號(hào)，將1979—1993年晚于此時(shí)段平均爆發(fā)時(shí)間的年份作為典型季風(fēng)爆發(fā)晚年，即1981、1982、1985、1987、1991 和1993年；將1994—2016年早于此時(shí)段平均爆發(fā)時(shí)間的年份作為典型季風(fēng)爆發(fā)早年，即1994、1996、2000、2001、2002、2005、2006、2008、2012、2013、2014年。南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)的強(qiáng)度以南海季風(fēng)檢測(cè)區(qū)內(nèi)爆發(fā)候850 hPa 平均緯向風(fēng)和同時(shí)段氣候平均值的差值來(lái)定義。

3 南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的年代際變化及降水特征

圖1 是南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與季風(fēng)爆發(fā)強(qiáng)度的時(shí)間序列，可以看出南海夏季風(fēng)的爆發(fā)時(shí)間在1993年之后有明顯的提前，在1979—1993年平均南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間在29 候左右，而在1994—2016年平均南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間則在27 候左右，提前了兩候，這一爆發(fā)時(shí)間的轉(zhuǎn)變與前人的研究[8]相符，并且通過(guò)滑動(dòng)t 檢驗(yàn)（圖略）。季風(fēng)的爆發(fā)強(qiáng)度與爆發(fā)時(shí)間之間有明顯的相關(guān)性，二者之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.63，通過(guò)0.01 顯著性檢驗(yàn)，即南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間越早，爆發(fā)時(shí)季風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，爆發(fā)時(shí)間越晚爆發(fā)時(shí)的強(qiáng)度越弱。前人研究得出南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間越早，季風(fēng)槽進(jìn)入西北太平洋的時(shí)間則越早[21]，而季風(fēng)槽的演變與西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度有關(guān)[22-23]，副高位置的變異與我國(guó)降水之間有著重要聯(lián)系[24-25]，那么南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的年代際轉(zhuǎn)折對(duì)我國(guó)夏季降水有什么影響呢？

圖1 南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間（左：灰色柱狀，單位：候）與標(biāo)準(zhǔn)化南海夏季風(fēng)爆發(fā)強(qiáng)度（右：折線）時(shí)間序列

為了研究季風(fēng)爆發(fā)早晚與夏季降水的關(guān)系，圖2a、2b 分別給出了1979—1993年季風(fēng)爆發(fā)偏晚的典型年份和1994—2016年季風(fēng)爆發(fā)偏早的典型年份合成的夏季降水距平百分率。在1979—1993年，季風(fēng)爆發(fā)偏晚，華南區(qū)域降水是顯著偏少的，長(zhǎng)江中下游到日本一帶和東北平原降水偏多，從南到北大致為“負(fù)正”的兩極分布。而在1994—2016年，季風(fēng)爆發(fā)偏早，南海北部到華南地區(qū)是顯著的降水正距平，長(zhǎng)江中下游到日本為負(fù)距平，東北一帶降水分布差異不明顯。為了進(jìn)一步了解南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與降水之間的關(guān)系，取通過(guò)顯著性檢驗(yàn)區(qū)域作夏季降水區(qū)域平均，由華南夏季區(qū)域平均降水的時(shí)間序列（圖3a） 可知，在1993/1994年間華南夏季降水存在明顯的年代際轉(zhuǎn)折，這與伯忠凱等[26]指出華南夏季降水在1990年代初期存在年代際突變的說(shuō)法一致。南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與華南夏季區(qū)域平均降水量呈負(fù)相關(guān)，二者之間相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.43，通過(guò)0.01 顯著性檢驗(yàn)，即南海夏季風(fēng)爆發(fā)越早，華南夏季降水越多，反之亦然。圖3b 中長(zhǎng)江中下游和日本南部夏季降水在1993/1994年間存在一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)變，但年代際轉(zhuǎn)變沒(méi)有華南地區(qū)顯著，與南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.43，通過(guò)0.01 顯著性檢驗(yàn)，即南海季風(fēng)爆發(fā)越早，長(zhǎng)江中下游到日本南部夏季降水越少，反之亦然。與此同時(shí)，考慮到前一時(shí)段的爆發(fā)早年以及后一時(shí)段爆發(fā)晚年也可能影響到夏季風(fēng)降水，我們將前一時(shí)段的爆發(fā)早年及后一時(shí)段爆發(fā)晚年進(jìn)行了合成發(fā)現(xiàn)，前一時(shí)段的爆發(fā)早年，主要影響華南和河套以南地區(qū)，華南降水偏少，河套以南降水偏多，長(zhǎng)江中下游無(wú)明顯變化；而后一時(shí)段爆發(fā)晚年，主要影響長(zhǎng)江中下游和河套以南地區(qū)，長(zhǎng)江中下游降水偏多，河套以南則降水偏少，而華南降水無(wú)明顯影響。但本文為了研究南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的年代際轉(zhuǎn)折對(duì)東亞副熱帶夏季降水的影響，主要關(guān)注1979—1993年的偏晚年和1994—2016年的偏早年。那么南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚年夏季降水分布不同的原因是什么呢？下文將由此展開(kāi)討論。

4 不同年代際背景下環(huán)流系統(tǒng)的差異

南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚導(dǎo)致后期大氣環(huán)流特征不同，環(huán)流系統(tǒng)的變化對(duì)降水能夠產(chǎn)生一定的影響。因此，為了分析在不同年代際背景下，南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚對(duì)夏季低層環(huán)流系統(tǒng)的影響，圖4給出了1979—1993年和1994—2016年南海季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間回歸的夏季850 hPa 風(fēng)場(chǎng)，在1979—1993年對(duì)流層低層風(fēng)場(chǎng)上最顯著的回歸區(qū)位于孟加拉灣，有一股越赤道氣流向北延伸，轉(zhuǎn)為西南風(fēng)穿過(guò)中南半島到達(dá)南海，使得我國(guó)南海被西風(fēng)所控制；而在1994—2016年，南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與孟加拉灣越赤道氣流的關(guān)系相比則較弱，最顯著的回歸區(qū)位于東印度洋，低層為異常氣旋，以及西北太平洋上有一異常反氣旋，中心位于150 °E左右，相比與季風(fēng)爆發(fā)偏晚的年代際異常反氣旋位置偏北。在1979—1993年赤道海洋性大陸上低層有偏南風(fēng)異常，而在1994—2016年是偏北風(fēng)異常。由此可見(jiàn)，南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚的不同年代際背景下，低層環(huán)流的差異主要集中在孟加拉灣越赤道氣流、澳大利亞北部的越赤道氣流以及西北太平洋異常反氣旋上，因此我們主要關(guān)注這些系統(tǒng)的變化及差異。副高影響著我國(guó)夏季的雨帶位置和強(qiáng)度，而副高的強(qiáng)度和位置與西北太平洋異常反氣旋有密切聯(lián)系，那么在不同年代際背景下南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚年夏季低層環(huán)流和副熱帶高壓是怎樣變化的呢？

圖2 1979—1993年南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚年（a）和1994—2016年南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏早年（b）夏季降水距平百分率打點(diǎn)區(qū)域?yàn)橥ㄟ^(guò)0.1 顯著性檢驗(yàn)。

圖3 華南區(qū)域（110～120 °E，20～28 °N）（a）、長(zhǎng)江中下游和日本南部（115～120 °E，30～32 °N；130～140 °E，30～37 °N）（b）夏季區(qū)域平均降水時(shí)間序列 右上角corr 表示各自降水與南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)。

圖4 1979—1993年(a) 、1994—2016年(b)南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間回歸的夏季850 hPa 風(fēng)場(chǎng)填色為通過(guò)0.05 顯著性檢驗(yàn)區(qū)域。

4.1 副熱帶高壓脊線的年代際變化特征

副熱帶高壓的變化直接影響著我國(guó)雨帶的位置，其變化特征主要在于脊線位置、北邊界位置、西伸邊界以及面積等四個(gè)方面，圖5 給出了副高脊線指數(shù)的時(shí)間序列和Mann-Kendall(MK)突變檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)副高脊線在1993/1994年間有一明顯轉(zhuǎn)變，在1979—1993年間副高脊線偏南，位于23 °N左右，而在1994—2016年間副高脊線則偏北，位于25.5 °N 左右，同時(shí)MK 檢驗(yàn)表明在1990年代初期副高脊線存在明顯突變，這與南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間的轉(zhuǎn)變基本一致，以1993/1994年為界分別計(jì)算副高北界指數(shù)、副高西伸指數(shù)和副高面積指數(shù)（圖略），結(jié)果表明1994—2016年中副高明顯偏北、偏西，范圍更大。在1979—1993年間，副高北邊界平均值在30 °N 以南，脊線在25 °N 以南，西伸邊界在120 °E 以東，一般雨帶分布在副高脊線往北8～10 個(gè)緯度，對(duì)應(yīng)圖2a 即31 °N 左右是江淮到日本一帶，江淮流域處于副高的西北側(cè)的西南風(fēng)控制下，有利于水汽向江淮流域輸送，所以降水偏多，而華南區(qū)域則被副高的下沉氣流控制不利于降水的產(chǎn)生。在1994—2016年，副高北邊界在30 °N 以北，脊線位于25 °N 以北，西伸邊界在120 °E 以西，副高西南側(cè)的東南風(fēng)能把大量水汽向華南地區(qū)輸送，有利于降水的增加，同時(shí)江淮流域則處于副高中心的下沉區(qū)，不利于降水的產(chǎn)生。因此，副高的位置對(duì)東亞副熱帶夏季降水分布的影響與南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚年夏季降水距平百分率的分布（圖2）相對(duì)應(yīng)的，因此，副高對(duì)東亞副熱帶夏季降水分布的影響能夠很好地解釋南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚夏季降水距平百分率的分布形式，說(shuō)明南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間不同，夏季副高位置則不同，從而影響夏季降水分布。

4.2 越赤道氣流的年代際變化特征

作為熱帶大氣環(huán)流的重要組成部分，越赤道氣流在南北半球間物理量交換中扮演著重要角色[27]。圖6 為1979—2016年夏季沿赤道經(jīng)向風(fēng)高度-經(jīng)度剖面圖，可以看出夏季越赤道氣流有五個(gè)南風(fēng)通道，分別是位于45～50 °E 的索馬里越赤道氣 流、85～90 °E 的 孟 加 拉 灣 越 赤 道 氣 流、105～110 °E 的南海越赤道氣流、120～130 °E 的菲律賓越赤道氣流和145～150 °E 的西太平洋越赤道氣流，后三者通常統(tǒng)稱為澳大利亞北部越赤道氣流。其中索馬里越赤道氣流在850 hPa 強(qiáng)度達(dá)到最大值，其余孟加拉灣、南海、菲律賓以及西太平洋越赤道氣流強(qiáng)度均在925 hPa 達(dá)到最大值。為了研究夏季越赤道氣流的變化，圖7a 和7b 采用850 hPa 風(fēng)場(chǎng)來(lái)研究印度洋低層風(fēng)場(chǎng)的變化，圖7c 和7d 采用925 hPa 風(fēng)場(chǎng)來(lái)研究孟加拉灣和澳大利亞北部越赤道氣流的變化，Li 等[28-30]指出索馬里和澳大利亞北部越赤道氣流強(qiáng)度在年際尺度上是呈反相變化的，即索馬里越赤道氣流強(qiáng)（弱），澳大利亞越赤道氣流則弱（強(qiáng)）；而孟加拉灣越赤道氣流在年際尺度變化上則相對(duì)獨(dú)立，因此我們將結(jié)合索馬里與澳大利亞北部越赤道氣流特征研究，單獨(dú)分析孟加拉灣越赤道氣流的特征。

從圖7a 中可以看出在1979—1993年印度洋低層盛行異常偏南風(fēng)，在索馬里南部為東北風(fēng)異常，因此索馬里越赤道氣流較弱，與圖4a 中印度洋有微弱偏北風(fēng)對(duì)應(yīng)，圖7c 中澳大利亞北部有三支明顯的偏南風(fēng)通道，對(duì)應(yīng)強(qiáng)南海、菲律賓和西太平洋越赤道氣流，其中菲律賓越赤道氣流南風(fēng)異常最顯著，強(qiáng)度最強(qiáng)，在赤道以北形成異常反氣旋性環(huán)流，而在1994—2016年赤道印度洋為明顯南風(fēng)異常，在北印度洋形成氣旋性環(huán)流，索馬里越赤道氣流強(qiáng)度偏強(qiáng)，而在澳大利亞北部有從菲律賓以南流向赤道的北風(fēng)異常，在赤道附近形成微弱的氣旋性環(huán)流，西太平洋同樣為北風(fēng)異常，澳大利亞北部越赤道氣流強(qiáng)度偏弱。因此兩個(gè)年代際中索馬里與澳大利亞北部越赤道氣流是反相協(xié)同變化的，季風(fēng)爆發(fā)偏早，索馬里越赤道氣流強(qiáng)，澳大利亞北部的越赤道氣流弱，而季風(fēng)爆發(fā)偏晚，索馬里越赤道氣流弱，澳大利亞北部越赤道氣流則強(qiáng)。

圖5 夏季（JJA）副高脊線指數(shù)時(shí)間序列（a）與Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)（b） 黑色：UF；灰色：UB。

圖6 1979—2016年氣候平均的夏季（JJA）沿赤道（5 °S～5 °N）經(jīng)向風(fēng)高度-經(jīng)度剖面圖 單位：m/s。

進(jìn)一步研究孟加拉灣越赤道氣流的變化。圖7c 中1979—1993年季風(fēng)爆發(fā)偏晚，孟加拉灣北部有強(qiáng)的異常西南風(fēng)，穿過(guò)中南半島到達(dá)南海轉(zhuǎn)為異常西風(fēng)，在孟加拉灣赤道附近越赤道氣流較強(qiáng)，而在1994—2016年季風(fēng)爆發(fā)偏早，孟加拉灣沒(méi)有顯著異常風(fēng)場(chǎng)，主要是從菲律賓和西太平洋形成的異常西南風(fēng)。用在85～90 °E，2.5 °S～2.5 °N 的區(qū)域平均來(lái)計(jì)算西南風(fēng)強(qiáng)度[31]，結(jié)果表明在1994—2016年中孟加拉灣西南風(fēng)氣候平均值強(qiáng)度較弱，1979—1993年孟加拉灣越赤道氣流較強(qiáng)（圖略）。因此，南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏早，孟加拉灣越赤道氣流較弱，副熱帶高壓脊線偏北，而南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚則反之。

圖7 1979—1993年南海季風(fēng)爆發(fā)晚年（a、c）和1994—2016年南海季風(fēng)爆發(fā)早年（b、d）850 hPa（a、b）、925 hPa（c、d）風(fēng)場(chǎng)異常（箭頭，單位：m/s）、OLR（填色，單位：W/m2）

在1979—1993年期間，南海季風(fēng)爆發(fā)偏晚，夏季索馬里越赤道氣流弱而澳大利亞北部越赤道氣流強(qiáng)，在1994—2016年兩支越赤道氣流特征則相反，從年代際時(shí)間尺度，索馬里與澳大利亞北部越赤道氣流的反相協(xié)同變化對(duì)副熱帶高壓是否有影響有待后文進(jìn)一步研究。那么由于孟加拉灣越赤道氣流與副高的變化影響著東亞副熱帶的水汽輸送，為了進(jìn)一步解釋環(huán)流對(duì)降水分布的影響，給出不同年代際夏季的低層水汽通量異常和水汽通量散度異常（圖8），比較可發(fā)現(xiàn)圖8a 在1979—1993年，季風(fēng)爆發(fā)偏晚，副高脊線偏南，由于孟加拉灣的越赤道氣流較強(qiáng)，從孟加拉灣往我國(guó)東部輸送的水汽偏強(qiáng)，由于副高的阻擋水汽輸送方向從華南開(kāi)始轉(zhuǎn)向后在江淮流域集聚，水汽通量散度負(fù)異常區(qū)與降水的正異常區(qū)吻合，所以江淮到日本南部降水偏多。而圖8b 中，1994—2016年，季風(fēng)爆發(fā)偏早，孟加拉灣越赤道氣流相對(duì)較弱，所以從孟加拉灣輸往我國(guó)的水汽偏弱，而副高脊線偏北，有利于從南海北部和西北太平洋往我國(guó)東部輸送的水汽較強(qiáng)，大部分水汽從西太平洋輸往我國(guó)華南地區(qū)，使得華南降水顯著增多。

圖8 1979—1993年（a）、1994—2016年（b）典型年份925 hPa 異常水汽通量（箭頭）和異常水汽通量散度（填色）

5 年代際尺度上南海夏季風(fēng)影響副熱帶夏季降水異常的成因

上述分析表明，1979—1993年，南海季風(fēng)爆發(fā)偏晚，夏季副高脊線偏南，孟加拉灣越赤道氣流偏強(qiáng)；1994—2016年，南海季風(fēng)爆發(fā)偏早，夏季副高脊線偏北，孟加拉灣越赤道氣流偏弱。副高和孟加拉灣西南風(fēng)的強(qiáng)弱不同使得東亞副熱帶的水汽輸送不同，從而導(dǎo)致降水產(chǎn)生差異。本節(jié)則主要討論副熱帶高壓脊線偏北的成因。南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間對(duì)夏季澳大利亞北部的越赤道氣流有影響（圖4），那么這與副高脊線的位置變化是否有聯(lián)系呢？用南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與夏季低層赤道平均經(jīng)向風(fēng)作相關(guān)，其緯向分布如圖9。從圖9 中可以看出南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與菲律賓（115～125 °E 左右）越赤道氣流有正相關(guān)，通過(guò)0.1 顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏早，夏季菲律賓越赤道氣流偏弱；南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚，夏季菲律賓越赤道氣流則偏強(qiáng)。這一結(jié)論與圖7c 和圖7d 是吻合的。

圖9 南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與夏季（JJA）925 hPa 赤道（5 °S～5 °N）經(jīng)向風(fēng)的相關(guān)系數(shù)緯向分布黑色實(shí)線代表通過(guò)0.1 顯著性檢驗(yàn)。

南海夏季風(fēng)的爆發(fā)與夏季菲律賓越赤道氣流的變化相關(guān)聯(lián)，那么在南海夏季風(fēng)爆發(fā)出現(xiàn)年代際轉(zhuǎn)折的背景下，菲律賓越赤道氣流是如何變化的？從圖10 夏季菲律賓（115～125 °E）越赤道氣流強(qiáng)度的時(shí)間序列中可以看出：越赤道氣流的強(qiáng)度在1993/1994年左右也出現(xiàn)一個(gè)年代際轉(zhuǎn)變，在1979—1993年菲律賓越赤道氣流偏強(qiáng)，而1994—2016年菲律賓越赤道氣流偏弱。為了定量分析此次年代際變化，對(duì)菲律賓越赤道氣流指數(shù)進(jìn)行了MK 檢驗(yàn)。顯示其在1990年代初期存在非常明顯的年代際轉(zhuǎn)變，與南海夏季風(fēng)爆發(fā)突變時(shí)間相對(duì)應(yīng)。表明南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與夏季菲律賓越赤道氣流強(qiáng)度密切相關(guān)，在1979—1993年，南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏晚，夏季菲律賓越赤道氣流偏強(qiáng)，1994—2016年，南海夏季風(fēng)爆發(fā)偏早，夏季菲律賓越赤道氣流偏弱。

圖10 夏季菲律賓越赤道氣流（5 °S～5 °N經(jīng)向風(fēng)平均）的時(shí)間序列（黑色實(shí)線代表平均值）（a）與MK 檢驗(yàn)（b）黑色：UF；灰色：UB。

那么菲律賓越赤道氣流的變化對(duì)副高脊線的變化有什么影響呢？從圖7d 中分析得出，季風(fēng)爆發(fā)偏早，菲律賓到赤道附近是偏北風(fēng)異常，菲律賓越赤道氣流偏弱，偏北風(fēng)異常將暖池的熱量往赤道輸送，且澳大利亞北部的OLR 低值區(qū)范圍往南延伸，說(shuō)明對(duì)流活躍區(qū)偏南，海洋性大陸區(qū)域?qū)α骰钴S，該區(qū)域?qū)α骰顒?dòng)與中國(guó)降水有密切聯(lián)系[32]，赤道的對(duì)流增強(qiáng)，產(chǎn)生異常上升運(yùn)動(dòng)（圖11b），疊加到Hadley 環(huán)流上升支上使得Hadley 環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng)，因此其擴(kuò)展的范圍增大，所以下沉氣流在偏北的區(qū)域，異常經(jīng)向環(huán)流中下沉主體在30 °N 以北，使得副高脊線位置偏北；季風(fēng)爆發(fā)偏晚，菲律賓到赤道附近是偏南風(fēng)異常，所以赤道附近對(duì)流相對(duì)較弱，導(dǎo)致經(jīng)向環(huán)流有異常下沉運(yùn)動(dòng)（圖11a），異常下沉運(yùn)動(dòng)與北半球Hadley 環(huán)流上升支疊加使得Hadley 環(huán)流強(qiáng)度減弱，因此其擴(kuò)展的范圍對(duì)應(yīng)減小，使得Hadley 環(huán)流下沉支主體在30°N以南，所以副高脊線位置偏南；副高脊線位置的變化使得往東亞副熱帶輸送的水汽通道不同，降水隨之發(fā)生改變。所以南海季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與澳大利亞北部越赤道氣流之間正相關(guān)關(guān)系影響了副高脊線位置的變化，副高影響著雨帶的位置，從而對(duì)降水的異常分布產(chǎn)生影響。

圖11 1979—1993 南海季風(fēng)爆發(fā)晚年（a）及1994—2016 南海季風(fēng)爆發(fā)早年（b）125～135 °E緯向平均異常經(jīng)向環(huán)流（箭頭）和異常垂直速度（填色）

6 小結(jié)與討論

基于1979—2016年NCEP 逐月再分析資料和JRA-55 降水資料，本文討論了南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間年代際轉(zhuǎn)折與東亞副熱帶夏季降水的關(guān)系及可能成因得到如下結(jié)論。

（1）南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間在1993/1994年出現(xiàn)年代際轉(zhuǎn)變，1979—1993年爆發(fā)時(shí)間偏晚，夏季華南降水偏少，江淮到日本南部降水偏多；1994—2016年爆發(fā)時(shí)間偏早，夏季華南降水偏多，江淮到日本南部降水偏少。

（2）菲律賓越赤道氣流在南海夏季風(fēng)爆發(fā)的年代際轉(zhuǎn)折與東亞副熱帶夏季降水關(guān)聯(lián)中發(fā)揮了橋梁作用。南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與夏季菲律賓越赤道氣流強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)，使得菲律賓越赤道氣流強(qiáng)度在1993/1994年間產(chǎn)生年代際轉(zhuǎn)變。在1994—2016年，菲律賓越赤道氣流偏弱，從菲律賓到赤道一帶有偏北風(fēng)異常，將暖池的熱量往赤道輸送，使得赤道對(duì)流增強(qiáng)，產(chǎn)生異常上升運(yùn)動(dòng)匯入Hadley 環(huán)流上升支，Hadley 環(huán)流增強(qiáng)導(dǎo)致下沉主體偏北，所以副高脊線偏北，1979—1993年菲律賓越赤道氣流偏強(qiáng)，副高脊線反之偏南。

（3）由于菲律賓越赤道氣流強(qiáng)度的年代際變化導(dǎo)致副高脊線位置在1993/1994年前后發(fā)生變化，影響了我國(guó)夏季降水水汽通道的強(qiáng)弱。在1994—2016年夏季副高脊線偏北，孟加拉灣的越赤道氣流強(qiáng)度減弱，所以從西北太平洋往副熱帶東亞輸送的水汽通道在1993年之后變強(qiáng)，水汽在華南集聚，有利于降水的增多，因此南海季風(fēng)爆發(fā)偏早，華南降水偏多，江淮降水偏少；而在1979—1993年夏季副高脊線偏南，孟加拉灣越赤道氣流強(qiáng)度增強(qiáng)，導(dǎo)致從孟加拉灣往我國(guó)的水汽輸送增強(qiáng)，并且由于副高的阻擋水汽輸送從華南開(kāi)始轉(zhuǎn)向，在江淮一帶集聚，促使江淮一帶降水的增多。

基于上述結(jié)論，我們了解了在不同年代際南海夏季風(fēng)爆發(fā)早晚年的夏季東亞地區(qū)降水的差異與可能成因，但本文僅給出南海夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間與菲律賓越赤道氣流強(qiáng)度的關(guān)系，南海夏季風(fēng)與海陸熱力差異有關(guān)，而越赤道氣流也與南北半球的熱力差異有關(guān)，那么南海夏季風(fēng)的爆發(fā)時(shí)間怎樣影響越赤道氣流的強(qiáng)度，二者之間相互作用的物理機(jī)制有待進(jìn)一步探討。夏季風(fēng)爆發(fā)早晚在具體影響夏季降水中的過(guò)程性差異需要進(jìn)一步探討，目前文章提到的亞澳季風(fēng)系統(tǒng)的越赤道氣流和副熱帶高壓系統(tǒng)還需要更緊密綜合在一起。