朱曉煒，孫銀川*，譚志強(qiáng)，柳佳俊

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川750002；2.寧夏氣候中心，寧夏 銀川750002；3.寧夏氣象臺(tái),寧夏 銀川 750002；4.寧夏災(zāi)防中心,寧夏 銀川 750002）

越赤道氣流本質(zhì)上是太陽輻射季節(jié)變化導(dǎo)致南北半球產(chǎn)生熱力差異造成的，是熱帶大氣環(huán)流重要組成部分，對(duì)南北半球之間質(zhì)量、動(dòng)量和水汽輸送起著關(guān)鍵作用。在北半球夏季，南半球的低空東南風(fēng)越過赤道到達(dá)北半球，受科里奧利力影響會(huì)轉(zhuǎn)向。同樣，北半球冬季低空的東北風(fēng)越過赤道到達(dá)南半球也會(huì)轉(zhuǎn)向。Simpson.G.[1]首次注意到印度洋低空越赤道氣流的存在，隨后Findlater[2]對(duì)索馬里低空急流的活動(dòng)特征及其作用進(jìn)行了分析。李曾中[3]分析了北半球夏季風(fēng)期間東半球?qū)α鲗痈叩涂盏脑匠嗟罋饬魍ǖ溃⒏鶕?jù)連續(xù)方程得到東半球兩支主要季風(fēng)經(jīng)圈環(huán)流。施能[4]指出夏季太平洋越赤道氣流的強(qiáng)度變化與南方濤動(dòng)有明顯關(guān)系。吳恒強(qiáng)[5]指出印緬槽的移動(dòng)與越赤道氣流的建立和加強(qiáng)有密切關(guān)系。林新彬[6]分析了索馬里越赤道氣流變化對(duì)7—9月副高位置的影響。邱金晶[7]、謝磊[8]分別研究了夏季索馬里越赤道氣流與東亞、南亞夏季風(fēng)活動(dòng)的關(guān)系。西北地區(qū)東部位于內(nèi)陸地區(qū)，處于多個(gè)氣候系統(tǒng)的交叉影響區(qū)域，對(duì)天氣氣候變化較為敏感。研究表明，該地區(qū)水汽主要來源印度洋及孟加拉灣，而越赤道氣流對(duì)孟灣附近的天氣氣候活動(dòng)有直接影響。因此，本文以越赤道氣流結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)，分析其演變規(guī)律，研究其與西北地區(qū)東部夏季降水的相關(guān)關(guān)系，然后從風(fēng)場、大氣環(huán)流和水汽輸送方面揭示其影響機(jī)理。

1 數(shù)據(jù)和方法

本文采用數(shù)據(jù)為NCEP/NOAA再分析資料，網(wǎng)格格點(diǎn)是2.5°×2.5°。西北地區(qū)東部1961—2012年155站點(diǎn)的逐月氣象站點(diǎn)降水觀測(cè)資料。

2 越赤道氣流的氣候特征

2.1 越赤道氣流通道的確定

施能[2]，林新彬[4]，趙振國[9]，施寧[10]，汪衛(wèi)平[11]等分別確定了越赤道氣流通道（表1）。180°E以西主要越赤道氣流有 5 條，集中在 50°E、90°E、105°E、125°E、150°E附近?？紤]到再分析資料的選取和時(shí)間序列有區(qū)別，不同學(xué)者確定的通道寬度略有差異。本文選取1961—2012年NECP/NOAA資料，夏季經(jīng)向風(fēng)沿赤道經(jīng)度—高度剖面見圖1。自西向東水汽輸送的通道依次為索馬里、蘇門答臘、中國南海、西太平洋、巴布亞新幾內(nèi)亞[12]，各條越赤道氣流的通道范圍見表1。其中索馬里氣流核心區(qū)氣流強(qiáng)度最強(qiáng)，≥2 m/s的氣流最高到達(dá)近600 hPa，其他4個(gè)通道寬度差別不大，≥2 m/s的氣流集中在850 hPa高度以下。

參考李國昌[13]、趙振國[8]、閆一鳴[14]等人方法，利用 5°W～5°N、1000～850 hPa高度區(qū)域內(nèi)經(jīng)向風(fēng)的平均風(fēng)速作為表征越赤道氣流的強(qiáng)度指標(biāo)。

2.2 越赤道氣流的變化特征

1961—2012年索馬里越赤道氣流平均風(fēng)速為2.87 m/s，速率為每 10 a增強(qiáng) 0.048 m/s（圖 2）。年內(nèi)南北風(fēng)更替，冬半年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，夏半年為南風(fēng)，發(fā)生風(fēng)向轉(zhuǎn)換的時(shí)期為3月和11月（圖3）。索馬里氣流向北輸送的動(dòng)能高于向南的輸送，能量交換的高峰期集中在夏季，夏季平均風(fēng)速為8.70 m/s，以每10 a 0.07 m/s的速度呈增強(qiáng)。具有顯著的年代際變化特征，20世紀(jì)60、70年代風(fēng)速較低，80—90年代中后期風(fēng)速較高，隨后風(fēng)速又呈略微下降的趨勢(shì)。圖4為夏季索馬里越赤道氣流強(qiáng)度的小波分析[15-19]，索馬里夏季越赤道氣流具有顯著年代際變化周期。除此之外，還呈現(xiàn)14 a和23 a的周期變化。

3 越赤道氣流與西北地區(qū)東部夏季降水的相關(guān)性

圖2 索馬里越赤道氣流強(qiáng)度的變化曲線

圖3 索馬里越赤道氣流強(qiáng)度逐月變化曲線

表1 不同越赤道氣流通道的確定

圖4 索馬里越赤道氣流強(qiáng)度的小波實(shí)部（左）和小波系數(shù)方差（右）

西北地區(qū)東部位于我國內(nèi)陸，降水主要集中在夏季，由表2可知夏季索馬里越赤道氣流與西北地區(qū)東部6—8月各月降水有很好的相關(guān)性。其中6月索馬里越赤道氣流與同期降水、7月索馬里氣流與8月降水、8月索馬里氣流與同期降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.614 4、0.276 8、0.295 2，均通過95%的置信度檢驗(yàn)，尤其6月份通過99%的置信度檢驗(yàn)。圖5為6月索馬里越赤道氣流與同期西北地區(qū)各地降水相關(guān)性分布圖。相關(guān)性自東南向西北遞減，白銀、莊浪、環(huán)縣、子長為高相關(guān)中心，西寧—青銅峽—臨河一線西北側(cè)區(qū)域均未通過置信度檢驗(yàn)。

4 索馬里急流異常影響西北地區(qū)東部降水的成因

4.1 風(fēng)場異常

索馬里急流異常的直接表現(xiàn)形式是風(fēng)場的異常[20]。圖6為6月索馬里急流與同期850 hPa緯向風(fēng)和徑向風(fēng)相關(guān)圖。在緯向上，索馬里急流強(qiáng)盛時(shí)，北半球850 hPa沿赤道附近有異常的西風(fēng)，其影響范圍從38°E延伸至130°E；中低緯度有異常的東風(fēng)，尤其在東亞40°N附近，有沿日本海通過我國華北，向西進(jìn)入西北地區(qū)的異常東風(fēng)，這支攜帶了充沛水汽的氣流可以深入到西北地區(qū)東部。在經(jīng)向上，SML急流偏強(qiáng)時(shí)，在140°E易出現(xiàn)偏強(qiáng)的北風(fēng)，但與西北地區(qū)東部附近風(fēng)場的相關(guān)關(guān)系不顯著。

表2 西北地區(qū)東部夏季降水與索馬里氣流的相關(guān)系數(shù)

圖5 索馬里越赤道氣流與西北地區(qū)東部6月降水的相關(guān)性分布

圖6 6月索馬里急流與同期850 hPa緯向風(fēng)相關(guān)（a）及索馬里急流與同期850 hPa經(jīng)向風(fēng)相關(guān)（b）

4.2 環(huán)流異常

索馬里氣流通過動(dòng)力機(jī)制可以進(jìn)一步影響大氣環(huán)流的調(diào)整。根據(jù)6月索馬里越赤道氣流的變化特征，選取1980年以后越赤道氣流最強(qiáng)和最弱的6 a合成分析，1986、2007、1987、1970、1990、1980 年為強(qiáng)索馬里越赤道氣流年份，2009、1969、1997、1974、1968、1972年為弱索馬里越赤道氣流年份，從500 hPa大氣環(huán)流場的異常配置分析其影響機(jī)制。（同樣，選取1980年以來降水最多和最少的6 a為典型澇年和旱年，其中澇年為2002、1994、1984、2000、1961、1987年；旱年為 1969、1997、1982、1962、1998、1968 年）。

圖7為6月典型旱澇年500 hPa高度場分布。高緯度以負(fù)距平為主，中高緯巴倫支海附近有反氣旋中心，有利于極地冷空氣沿90°E附近向中緯輸送。中緯度以100°E為界存在西低東高的分布型，負(fù)值中心位于巴爾喀什湖附近，正值中心位于黃海附近，該分布型屬于我國西北降水偏多的典型高度場分布型。圖8為6月索馬里強(qiáng)弱年500 hPa高度場合成，在高緯度地區(qū)同樣存在負(fù)距平，中高緯度巴倫支海附近為正距平，強(qiáng)度較圖7偏弱，正距平中心不明顯。中緯度存在西低東高的分布型，負(fù)值中心位于里海附近，較圖7偏西，正值中心位于我國東北，位置較圖7偏北但中心強(qiáng)度偏強(qiáng)。整體來看，索馬里急流偏強(qiáng)年與西北地區(qū)東部降水偏多年在500 hPa環(huán)流場上有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖7 6月澇旱年500 hPa高度場合成圖（澇—旱）

圖8 6月索馬里強(qiáng)弱年500 hPa高度場合成圖（強(qiáng)—弱）

4.3 水汽輸送

西北地區(qū)東部處于內(nèi)陸地區(qū)，相比南下的冷空氣，水汽條件是對(duì)降水影響更為重要。圖9為6月旱澇年水汽合成圖。印度洋東部、孟灣以東、青藏高原東南側(cè)、太平洋西部為水汽充沛區(qū)域，配合低空風(fēng)場，太平洋水汽沿緯線方向西進(jìn)，遇到高原地形轉(zhuǎn)向沿東南路徑進(jìn)入西北內(nèi)陸；印度洋和孟灣的水汽一方面沿緯向東進(jìn)，在140°E北上，匯合太平洋方面水汽進(jìn)入內(nèi)陸，另一方面在印度氣旋的作用下北抬，沿高原北側(cè)由西向東進(jìn)入我國西北內(nèi)陸。圖10為索馬里氣流強(qiáng)弱年的700 hPa風(fēng)場和整層水汽輸送場的合成圖。由風(fēng)場可知，當(dāng)SML氣流強(qiáng)盛時(shí)，受地轉(zhuǎn)偏向力影響，南半球的東南風(fēng)越過赤道后逐漸轉(zhuǎn)為西風(fēng)和西北風(fēng)，沿緯線方向向東傳輸。在80°E附近，在印度半島氣旋中心的作用下，緯向風(fēng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，經(jīng)由孟加拉灣進(jìn)入印度半島，分出一支向北輸送深入陸地腹地，在40°N附近轉(zhuǎn)為西風(fēng)進(jìn)入我國境內(nèi)。同時(shí)，印度半島上還有一支氣流沿青藏高原北側(cè)進(jìn)入我國西北，從而影響西北地區(qū)東部的降水。與圖9相比，關(guān)鍵區(qū)域的水汽高值區(qū)比較吻合。在強(qiáng)SML的年份，印度洋會(huì)出現(xiàn)異常偏強(qiáng)西風(fēng)，沿緯向偏轉(zhuǎn)進(jìn)入印度半島，強(qiáng)勁的風(fēng)場更容易攜帶大量暖濕氣流沿青藏高原北側(cè)進(jìn)入我國西北地區(qū)東部，導(dǎo)致西北地區(qū)東部降水偏多。

圖9 典型澇旱年水汽輸送合成（澇—旱）

圖10 強(qiáng)弱索馬里氣流年份水汽輸送合成（強(qiáng)—弱）

5 結(jié)論

（1）索馬里越赤道氣流以每10 a 0.048 m/s的速率呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，年內(nèi)南北風(fēng)更替，冬半年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，夏半年為南風(fēng)，發(fā)生風(fēng)向轉(zhuǎn)換的月份為3月和11月。能量交換最主要的時(shí)期集中在夏季。索馬里夏季氣流具有顯著的年代際的變化周期。除此之外，還有14 a和23 a的周期變化特征。

（2）索馬里越赤道氣流與西北地區(qū)東部夏季降水有非常好的相關(guān)性，尤其6月份越赤道氣流與同期西北地區(qū)東部降水達(dá)到99%的置信水平檢驗(yàn)，從空間分布來看，相關(guān)性自東南向西北遞減，白銀、莊浪、環(huán)縣、子長為高相關(guān)中心，西寧—青銅峽—臨河一線西北側(cè)區(qū)域未通過置信度檢驗(yàn)。

（3）索馬里越赤道氣流異常導(dǎo)致東亞異常的東風(fēng)，進(jìn)而影響西北地區(qū)東部的降水。從500 hPa環(huán)流場來看，索馬里急流偏強(qiáng)年與西北地區(qū)東部降水偏多年有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在強(qiáng)SML的年份，印度洋會(huì)出現(xiàn)異常偏強(qiáng)西風(fēng)，沿緯向偏轉(zhuǎn)進(jìn)入印度半島，強(qiáng)勁的風(fēng)場更容易攜帶大量暖濕氣流沿青藏高原北側(cè)進(jìn)入我國西北地區(qū)東部，使西北地區(qū)東部降水偏多。