東亞副熱帶西風急流變化特征及其與長江中下游地區夏季降水關系研究

彭筱

摘 要：本文研究急流強度指數與長江中下游地區夏季降水關系時，發現急流強度與長江中下游地區降水有很好的正相關關系。當急流偏強時，西北太平洋副熱帶高壓偏強，位置偏西偏南，長江中下游地區低層有較強的輻合氣流，對應高層有較強的氣流輻散，氣流上升運動增強，降水偏多;急流偏弱時，西太平洋副熱帶高壓偏弱，位置偏東偏北，長江中下游地區低層的風場輻散，上升氣流較偏弱，降水偏少。本文利用CMIP5的BCC_CSM氣候系統模式檢驗了該模式對東亞副熱帶西風急流的模擬性能，結果表明該模式沒有較好地模擬出急流的年際、年代際變化。

關鍵詞：東亞副熱帶西風帶急流;急流強度;長江中下游

中圖分類號：P426.615 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0146-04

Research on Variation Characteristics of Subtropical Westerly Jet in East Asia and Its Relationship with Summer Precipitation in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

PENG Xiao

（Lanzhou Central Meteorological Station，Lanzhou Gansu 730020）

Abstract： This paper studied the relationship between jet intensity index and summer precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River， it is found that there is a good positive correlation between jet intensity and precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River. When the intensity index of the East Asian subtropical westerly jet is strong， the position of the jet axis is south， and the precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River is more in summer. When the intensity index of the East Asian subtropical westerly jet is weak， the position of the jet axis is north， and the precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River is less in summer. This paper used the BCC_CSM climate system model of CMIP5 to test the simulation performance of the model for the East Asian subtropical westerly jet. The results showed that the model does not simulate the interannual and interdecadal variations of the jet well.

Keywords： East Asian subtropical westerly jet;rapid flow intensity;the middle and lower reaches of the Yangtze River

在南、北半球副熱帶地區，對流層上部各存在一支強而窄的高速氣流帶，稱之為副熱帶西風急流，位置的南北移動以及強度異常可以引起大范圍的環流異常，進而導致中國乃至東亞地區天氣氣候異常，與東亞大氣環流的季節轉換、亞洲夏季風爆發、中國東部地區夏季降水等有密切聯系。當副熱帶西風急流處于東亞-西太平洋地區北部時，稱之為東亞副熱帶西風急流，是東亞季風氣候系統的重要組成部分，是影響我國天氣氣候的重要環流系統，我國大部分地區雨季的開始和結束都與其南北移動以及強度變化有緊密聯系。而長江中下游地區位于我國的中部，自然地理條件多樣，地質結構復雜，是我國重要的工業和經濟中心，氣候類型為亞熱帶季風氣候，在東亞氣候系統中占重要位置。對長江中下游地區夏季降水的影響因子很多，其中，包括厄爾尼諾、青藏高壓積雪、暖濕氣流、西北太平洋副熱帶高壓、東亞副熱帶西風急流等。早在1998年，Xin、Wei等[1]研究中國東部季風降雨和東亞急流時，發現急流南移使夏季江南降水偏多;反之，急流偏北使夏季華北地區降雨偏多。在2004年，高守亭等[2]研究北半球夏季副熱帶西風急流變異及其對東亞夏季風氣候異常的影響，發現東亞夏風強度偏弱，東亞副熱帶西風急流異常偏南，夏季長江中下游及江南，華南降水偏多;東亞夏季風強度偏強，東亞副熱帶西風急流異常偏北，夏季長江中下游及江南，華南降水偏少。在2005年，林中達[3]研究了夏季西太平洋急流經向位置異常與南亞高壓，西太平洋副熱帶高壓的關系，結果表明：當東亞夏季高空西風急流偏南，7—8月南亞高壓顯著南移，6—8月副熱帶高壓南移。從以往的研究可以看出：東亞副熱帶西風急流強度和位置的年際變化對我國長江中下游地區降水存在顯著影響。因此，本文根據金榮花等[4]人的研究，定義了急流強度指數為關鍵區域（30°N～37.5°N，110°E～130°E）內緯向風平均值，分析急流強度指數的變化與長江中下游地區夏季降水的關系。

1 資料

①國家氣候中心160個臺站月平均降水資料，時間為1958—2000年。

②NCEP/NCAR月平均再分析平均資料，時間為1958年1月至2000年12月，夏季（6—8月），所選要素包括風場、高度場，資料分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向為17層。

③ERA-40月平均再分析月平均資料，時間為1958年1月至2000年12月，夏季（6—8月），所選要素包括風場、高度場，資料的分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向為23層。

④CMIP5的BCC_CSM氣候系統模式模擬的1850—2012年逐月風場資料。

2 夏季東亞副熱帶西風急流的年際變化

為了較好地說明東亞副熱帶西風急流的年際變化，引用金榮花等人定義的急流強度指數，把急流強度指數定義為200 hPa等壓面上給定區域內緯向風速的區域平均值，可以表征局地西風急流強度的大小。考慮到急流的位置，把（30°N～37°N，110°～130°E）作為西風急流強度指數所選定的區域。

從圖1中可以看出BCC_CSM模擬的急流強度指數模擬效果不好，ERA_40資料和NCEP資料計算的急流強度指數相關系數達到0.98，通過0.001信度的顯著性檢驗。夏季副熱帶西風急流指數具有明顯的年際變化，根據急流強度指數9點滑動平均變化看出：急流強度指數在20世紀70年代末存在增強的轉變。

3 東亞副熱帶西風急流強度與長江中下游地區夏季降水的關系

根據中國160個臺站月降水總量資料，計算長江中下游地區平均的夏季降水量。本文討論的夏季降水均指6—8月總降水量，以“九五”重中之重項目所規定的長江中下游地區17站（南京、合肥、上海、杭州、安慶、寧波、南昌、衢縣、長沙、屯溪、常德、貴溪、漢口、岳陽、宜昌、鐘祥、九江）平均的夏季降水量代表長江中下游地區平均夏季降水量，具體選取站點分布見圖2。

圖3是長江中下游夏季降水和東亞副熱帶西風急流強度指數的時間序列。從中可以看出，長江中下游地區夏季降水與夏季東亞副熱帶西風急流強度指數隨時間的變化趨勢，長江中下游地區夏季降水和急流強度指數的年際變化相關密切，二者的相關系數為0.49，通過0.05信度的顯著性檢驗。

4 東亞副熱帶西風急流強度對長江中下游地區夏季降水的影響

以東亞副熱帶西風急流強度指數標準化大于1為強指數年，標準化小于-1為弱指數年，得到東亞副熱帶西風急流偏強年份有1969、1977、1980、1982、1983、1986、1987年和1998年;東亞副熱帶西風急流偏弱年份有1961、1963、1973、1978、1994年和1997年。分別對上述年份做中國夏季降水的合成分析（圖4），通過計算急流強度異常年長江中下游地區夏季降雨量的平均值，發現急流偏強年的降雨量約為214mm，急流偏弱年的降雨量約為149mm，而夏季平均的降雨量約為170mm。從分析得知：東亞副熱帶西風急流偏強年，長江中下游地區夏季平均降水比常年偏多2%～3%，而河套地區和華南沿海地區夏季平均降水比常年偏少;急流偏弱年，長江中下游地區夏季平均降水比常年偏少約2%，而華北大部分地區和華南沿海地區夏季平均降水比常年偏多。

從圖5東亞副熱帶西風急流強度指數與中國夏季降水相關圖可看出：主要的相關區位于長江流域，相關系數在0.2以上，華北大部及華南沿海地區為負相關。

5 結論與討論

①本文定義的東亞副熱帶西風急流強度指數能夠比較準確地反映出東亞副熱帶西風急流強度對長江中下游地區降水的影響，具有一定的參考價值。

②急流強度與長江中下游地區夏季降水有較好的相關關系，二者年際變化形勢趨于相同。當東亞副熱帶西風急流強度指數偏強時，急流軸位置會偏南，長江中下游地區夏季降水偏多;當東亞副熱帶西風急流強度指數偏強時，急流軸位置偏北，長江中下游地區夏季的降水會偏少。

③東亞副熱帶西風急流強度的異常年，對流層的高層和低層的大氣環流都存在一定的差異性，導致氣流輻合區的強度不同，從而導致降水偏多或偏少。急流強度偏強時，西太平洋副高偏強、位置偏南偏西，較強輻合上升氣流區在長江流域，且上升氣流較常年偏強，降水偏多;急流強度偏弱時，西太平洋副高偏弱、位置偏北偏東，長江流域上空低層風場輻散，上升氣流較常年偏弱，降水偏少。

④BCC_CSM模式不能較好地模擬出夏季東亞副熱帶西風急流的年際、年代際變化。

本文討論了東亞副熱帶西風急流強度偏強和偏弱時對長江中下游夏季降水的影響，還分析了因大氣環流的差異而導致的降水差異。但造成急流強弱差異的因素不能確定，有待進一步研究。

參考文獻：

[1] Xin Z L， Wei C W. Associations Between China Monsoon Rainfall and Tropospheric Jets[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1998（6）：124.

[2]廖清海，高守亭，王會軍，等.北半球夏季副熱帶西風急流變異對東亞夏季風氣候異常的影響[J].地球物理學報，2004（1）：10-18.

[3] Lin Z D， Lu R Y. Interannual Meridional Displacement of the East Asian Upper-tropospheric Jet Stream in Summer[J]. Adv Atmos Sci，2005（2）：199-211.

[4]金榮花，李維京，張博.東亞副熱帶西風急流活動與長江中下游梅雨異常關系的研究[J].大氣科學，2012（4）：722-732.