夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

范倩莹　李忠贤

摘要基于1979—2014年ERAInterim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料，采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明：1）夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显，具有3～4 a的周期。2）夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3）当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时，850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常，这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合，使得该区域降水出现明显偏多，同时热带东印度洋低层为东风异常，受其影响，热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散，使得该区域降水偏少；此外，在我国东南沿海为一个气旋式风场异常，不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区，使得该地区降水偏少；反之亦然。4）当夏季南海低空越赤道气流偏强时，东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱，低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升，赤道附近及30～40°N地区出现异常下沉运动，使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少；反之亦然。

关键词南海越赤道气流；降水；大气环流；夏季

越赤道气流（CrossEquatorial Flow，CEF），是热带大气环流的重要组成部分，其时空变化特征及通道分布对全球大气环流尤其是中低纬大气环流系统有重要影响。越赤道气流在南、北半球之间的动量、质量、水汽交换中扮演重要角色，是反映并影响南、北半球天气发生、气候异常的重要因素之一，尤其与亚洲季风、夏季降水以及台风等重要天气均有密切联系，同时也是南北半球最主要的环流系统（李曾中等，1998；李崇银和吴静波，2002；赵小平等，2012）。

国内外对于越赤道气流已经开展了广泛的研究，对越赤道气流通道有了较为一致的结论，研究者们普遍认为有5支夏季东半球越赤道气流，分别为：45°E越赤道气流（索马里）、85°E越赤道气流（孟加拉湾）、105°E越赤道气流（中国南海）、125°E越赤道气流（菲律宾）、150°E越赤道气流（巴布亚新几内亚），其中索马里越赤道气流最强，南海越赤道气流强度次之（李曾中和楼光平，1987；刘向文，2008；唐碧等，2009）。也有学者将中国南海、西太平洋和新几内亚的越赤道气流视为统一的澳大利亚越赤道气流（韩慎友，2002；唐碧等，2009；黄亮等，2012；Zhu，2012；Li and Li，2014）。在众多的越赤道气流通道中以索马里越赤道气流和南海越赤道气流两通道最为重要，这主要是由于它们强度大，季节变化显著，且与两半球的季风均有显著的联系（彭维耿和蒋尚城，2003）。索马里和南海越赤道气流对亚洲夏季风的形成和强度变化起到至关重要的作用（毛天松等，1990；彭维耿和蒋尚城，2003；王会军和薛峰，2003；李向红等，2004；高辉和薛峰，2006；丛菁等，2007；汪卫平和杨修群，2014）。近年来，索马里越赤道气流持续受到广泛关注，且研究成果较为丰富，然而索马里急流并不直接影响我国的气候（闫一铭等，2013）。施能等（2007）指出，夏季南海越赤道气流年际变化比索马里越赤道气流更为显著。研究指出，源于澳大利亚的越赤道气流对东亚夏季降水的影响更直接（王继志和李麦村，1982；Simmonds，1999）。

以往的研究侧重于分析南海越赤道气流对亚洲夏季风，尤其是东亚和南海夏季风的影响，但是对于南海越赤道气流自身的变化特征及南海越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常联系的研究较少。本文分析了南海越赤道气流的空间结构和时间变化，探讨了夏季南海越赤道气流与亚澳季风区降水异常的联系，并通过对大气环流、水汽输送和局地Hadley环流的分布特征等因子的分析，进一步提出了夏季南海越赤道气流变化对亚澳季风区降水异常影响的可能物理机制。

1资料和方法

11资料

1）风场和水汽通量

欧洲中期天气预报中心（the European Centre for MediumRange Weather Forecasts，ECMWF）提供的ERAInterim逐月的纬向、经向风场、垂直速度场（垂直层数为17层）和垂直积分的水汽通量（Dee et al.，2011）。水平分辨率为25°×25°，时段为1979年1月—2014年12月。

2）降水

采用GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月的降水率资料（Adler et al.，2003），水平分辨率为25°×25°，时段为1979年1月—2014年12月。

12方法

主要采用功率谱分析、相关分析、合成分析等统计分析方法。

2南海越赤道气流的空间结构

21东半球低层越赤道气流的空间结构

图1给出了1979—2014年平均沿赤道夏季经向风的垂直—经度剖面，可以看出，夏季东半球低层盛行由南向北的越赤道气流，且存在5个明显的通道（越赤道气流速度大于等于2 m/s），分别位于45°E、85°E、105°E、125°E和150°E。其中索马里急流最强，南海（105°E）越赤道气流强度次之，菲律宾（125°E）和孟加拉湾（85°E）越赤道气流强度较弱，巴布亚新几内亚（150°E）越赤道气流强度最弱。

图2给出了1979—2014年平均的沿赤道夏季經向风均方差的垂直—经度剖面，可以发现，夏季索马里急流年际变率最小，中心数值仅为05 m/s左右，而其他越赤道气流年际变率均较为显著，其中南海越赤道气流年际变率最大，中心数值超过07 m/s。

22南海低空越赤道气流强度指数的定义

夏季南海低空越赤道气流的最大值位于925 hPa等压面（图1），其中心主要位于（1025～1075°E，25°S～5°N）区域内（图3）。因此，本文选取925 hPa等压面上该区域内各点经向风的平均值定义为南海低空越赤道气流强度指数。为表征南海低空越赤道气流的年际异常，将其强度指数的标准化数值大于1的年份定义为南海低空越赤道气流强年（1979、1982、1991、1994、1997、2006、2012年，共7 a），标准化数值小于-1的年份定义为南海低空越赤道气流弱年（1989、1996、1998、2007、2010、2013年，共6 a）。

3南海低空越赤道气流的时间变化

31年际变化

图4给出了南海低空越赤道气流强度指数的标准化曲线，可以发现夏季南海低空越赤道气流强度存在明显的年际变化特征，其强度指数最大值出现在1994年，最小值出现在2010年。

32周期特征

利用功率谱分析方法，对南海低空越赤道气流强度指数进行分析。由图5可知，南海低空越赤道气流强度指数存在3～4 a的周期。此外，在12 a处还存在一个峰值，但未通过α=005的显著性水平检验线。可见，在1979—2014年间南海越赤道气流强度指数的年代际变化特征并不显著，而年际变化特征较为明显。

4夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

41相关性

图6是夏季南海低空越赤道气流变化与同期亚澳季风区降水异常的相关系数分布，从图6中可以看出，南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域的夏季降水异常具有显著的负相关关系，中心数值为-07（通过001信度的显著性检验）；而与热带西太平洋夏季降水异常有显著的正相關关系，中心数值大于06（通过001信度的显著性检验）；此外，还与我国中部地区夏季降水异常存在较好的负相关关系，中心数值为-03（通过01信度的显著性检验）。这说明夏季南海低空越赤道气流变化对亚澳季风区降水异常的影响是十分明显的，对亚洲夏季气候的预测具有重要意义。由南海越赤道气流强弱年对应的亚澳季风区降水率距平合成差值（图7）可知，当南海低空越赤道气流强度偏强时，热带东印度洋和海洋性大陆区域降水显著减少，在热带西太平洋降水显著增多，我国中部地区降水亦有减少，反之亦然。

42大气环流及水汽输送

850 hPa风场及其输送的水汽变化对中国东部降水有重大影响，且该风场变化能够很好地反映东亚季风环流的变化（郝立生等，2012；秦育婧和王盘兴，2015），为讨论南海低空越赤道气流强度变化所对应的大尺度环流异常，下文进一步分析了南海低空越赤道气流强弱年对应的850 hPa风场距平合成差值及水汽输送特征。

如图8所示，南海低空越赤道气流偏强时，自阿拉伯海向东，一直延伸到热带西太平洋850 hPa风场上均为西风异常，这种环流形势有利于水汽向热带西太平洋输送，形成水汽辐合（图9），导致该区域降水出现明显的偏多；而此时热带东印度洋850 hPa风场为东风异常，热带东印度洋和海洋性大陆为一个异常的水汽辐散中心（图9），导致该区域降水异常偏少，反之亦然；与此同时，当夏季南海越赤道气流强度偏强（弱）时，在我国东南沿海为一个气旋式（反气旋式）风场异常（图8），受其影响，不利于（有利于）来自南边海洋的水汽输送到达我国中部（图9），从而使得我国中部地区降水偏少（偏多）。

43局地Hadley环流的分布特征

经圈环流联系低纬及中高纬的风场，在不同纬度间的热量、水汽和动量交换中起着重要的作用。为了进一步了解南海越赤道气流强、弱年对应的东亚季风区整层环流特征，下文给出了东亚地区（100～130°E）平均的异常垂直环流分布（图10）。如图10所示，当夏季南海低空越赤道气流偏强时，东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱，低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升，赤道附近及30～40°N地区出现异常下沉运动，使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少。

5结论

1）夏季南海低空越赤道气流强度年际变化特征明显，具有3～4 a的周期。

2）夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区降水异常具有显著的负相关关系，而与热带西太平洋降水异常存在显著的正相关关系；此外，还与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。

3）当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时，自阿拉伯海向东，一直延伸到热带西太平洋850 hPa风场为西风异常，这种环流形势有利于水汽向热带西太平洋输送，导致该区域降水出现明显偏多；与此同时，热带东印度洋850 hPa风场为东风异常，在热带东印度洋和海洋性大陆附近形成一个异常水汽辐散中心，导致上述区域降水异常偏少；此外，在我国东南沿海为一个气旋式风场异常，不利于来自南边海洋的水汽输送到达我国中部地区，使得该地区降水偏少；反之亦然。

4）当夏季南海低空越赤道气流偏强时，东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱，低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升，赤道附近及30～40°N地区出现异常下沉运动，使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少；反之亦然。

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Contact between precipitation anomaly in AsianAustralian monsoon region and lowlevel crossequatorial flow variation over South China Sea in summer

FAN Qianying1，LI Zhongxian1，WANG Jianzhi2

1Key Laboratory of Meteorological Disaster，Ministry of Education（KLME）/Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change（ILCEC）/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters（CICFEMD），Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044，China；

2Meteorological Observatory of Xiamen Air Traffic Management Bureau，Civil Aviation Administration of China，Xiamen 361006，China

The crossequatorial flow（CEF） plays an important role in the momentum，mass and water vapor exchange between the northern and southern hemispheres.It is one of important factors that reflect and affect the weather and climate anomalies in the northern and southern hemispheres，and especially has close connections with Asian monsoon，summer precipitation and typhoons.In recent years，the extensive research on the CEF has been conducted by domestic and foreign researchers.Previous studies have focused on the impact of CEF over the South China Sea（SCS） on Asian summer monsoon，especially on East Asian summer monsoon and South China Sea summer monsoon.However，there are few studies on the characteristics of SCS lowlevel CEF（SCEF） and the connection between SCEF variation and precipitation anomalies in the AsianAustralian monsoon region.

Therefore，according to the latest released Interim reanalysis data by ECMWF and the precipitation rate data by GPCP during 1979—2014，this paper analyzes the spatial structure and temporal variation of summer SCEF by using the correlation analysis and synthesis analysis methods.It discusses the relationship between SCEF and precipitation anomalies in the AsianAustralian monsoon region，and further presents the possible physical process of influence of SCEF variation on precipitation anomalies in the AsianAustralian monsoon region by analyzing characteristics of atmospheric circulation，water vapor transport and local Hadley circulation.Results show that the intensity of SCEF has a significant interannual variation in summer，with a 3—4 yr period.The intensity of SCEF in summer shows significant negative（positive） correlations with precipitation anomalies in the tropical eastern Indian Ocean and the maritime continent（the tropical western Pacific）.In addition，the intensity of SCEF has a clearly negative correlation with precipitation anomalies in central China in summer.When the intensity of SCEF is stronger in summer，there are westerly wind anomalies from the Arabia Sea to the tropical western Pacific and easterly wind anomalies in the tropical eastern India Ocean at 850 hPa，leading to convergence（divergence） of water vapor in the tropical western Pacific（the tropical eastern India Ocean and the maritime continent）.As a result，there are more（less） precipitation in the tropical western Pacific（the tropical eastern India Ocean and the maritime continent），and vice versa.When the intensity of SCEF is stronger（weaker） in summer，there is a cyclone（anticyclone） wind anomaly field in the southeast coast of China，which is unfavourable to（favourable to） water vapor transport from the tropical ocean to the central part of China，leading to less（more） precipitation in central China.When the intensity of SCEF is stronger in summer，the local Hadley circulation in East Asia is abnormally weaker.The anomalous SCEF converges with the cold air from the northern hemisphere around 20°N，and rises.There is an anomalous subsidence near the equator and 30—40°N area，making the precipitation in the tropical maritime continent and central China decrease；and vice versa.

crossequatorial flow over South China Sea；precipitation；atmosphere circulation；summer

doi：1013878/j.cnki.dqkxxb.20161122001

（責任编辑：孙宁）