东亚副热带西风急流变化特征及其与长江中下游地区夏季降水关系研究

彭筱

摘 要：本文研究急流强度指数与长江中下游地区夏季降水关系时，发现急流强度与长江中下游地区降水有很好的正相关关系。当急流偏强时，西北太平洋副热带高压偏强，位置偏西偏南，长江中下游地区低层有较强的辐合气流，对应高层有较强的气流辐散，气流上升运动增强，降水偏多;急流偏弱时，西太平洋副热带高压偏弱，位置偏东偏北，长江中下游地区低层的风场辐散，上升气流较偏弱，降水偏少。本文利用CMIP5的BCC_CSM气候系统模式检验了该模式对东亚副热带西风急流的模拟性能，结果表明该模式没有较好地模拟出急流的年际、年代际变化。

关键词：东亚副热带西风带急流;急流强度;长江中下游

中图分类号：P426.615 文献标识码：A 文章编号：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、北半球副热带地区，对流层上部各存在一支强而窄的高速气流带，称之为副热带西风急流，位置的南北移动以及强度异常可以引起大范围的环流异常，进而导致中国乃至东亚地区天气气候异常，与东亚大气环流的季节转换、亚洲夏季风爆發、中国东部地区夏季降水等有密切联系。当副热带西风急流处于东亚-西太平洋地区北部时，称之为东亚副热带西风急流，是东亚季风气候系统的重要组成部分，是影响我国天气气候的重要环流系统，我国大部分地区雨季的开始和结束都与其南北移动以及强度变化有紧密联系。而长江中下游地区位于我国的中部，自然地理条件多样，地质结构复杂，是我国重要的工业和经济中心，气候类型为亚热带季风气候，在东亚气候系统中占重要位置。对长江中下游地区夏季降水的影响因子很多，其中，包括厄尔尼诺、青藏高压积雪、暖湿气流、西北太平洋副热带高压、东亚副热带西风急流等。早在1998年，Xin、Wei等[1]研究中国东部季风降雨和东亚急流时，发现急流南移使夏季江南降水偏多;反之，急流偏北使夏季华北地区降雨偏多。在2004年，高守亭等[2]研究北半球夏季副热带西风急流变异及其对东亚夏季风气候异常的影响，发现东亚夏风强度偏弱，东亚副热带西风急流异常偏南，夏季长江中下游及江南，华南降水偏多;东亚夏季风强度偏强，东亚副热带西风急流异常偏北，夏季长江中下游及江南，华南降水偏少。在2005年，林中达[3]研究了夏季西太平洋急流经向位置异常与南亚高压，西太平洋副热带高压的关系，结果表明：当东亚夏季高空西风急流偏南，7—8月南亚高压显著南移，6—8月副热带高压南移。从以往的研究可以看出：东亚副热带西风急流强度和位置的年际变化对我国长江中下游地区降水存在显著影响。因此，本文根据金荣花等[4]人的研究，定义了急流强度指数为关键区域（30°N～37.5°N，110°E～130°E）内纬向风平均值，分析急流强度指数的变化与长江中下游地区夏季降水的关系。

1 资料

①国家气候中心160个台站月平均降水资料，时间为1958—2000年。

②NCEP/NCAR月平均再分析平均资料，时间为1958年1月至2000年12月，夏季（6—8月），所选要素包括风场、高度场，资料分辨率为2.5°×2.5°，垂直方向为17层。

③ERA-40月平均再分析月平均资料，时间为1958年1月至2000年12月，夏季（6—8月），所选要素包括风场、高度场，资料的分辨率为2.5°×2.5°，垂直方向为23层。

④CMIP5的BCC_CSM气候系统模式模拟的1850—2012年逐月风场资料。

2 夏季东亚副热带西风急流的年际变化

为了较好地说明东亚副热带西风急流的年际变化，引用金荣花等人定义的急流强度指数，把急流强度指数定义为200 hPa等压面上给定区域内纬向风速的区域平均值，可以表征局地西风急流强度的大小。考虑到急流的位置，把（30°N～37°N，110°～130°E）作为西风急流强度指数所选定的区域。

从图1中可以看出BCC_CSM模拟的急流强度指数模拟效果不好，ERA_40资料和NCEP资料计算的急流强度指数相关系数达到0.98，通过0.001信度的显著性检验。夏季副热带西风急流指数具有明显的年际变化，根据急流强度指数9点滑动平均变化看出：急流强度指数在20世纪70年代末存在增强的转变。

3 东亚副热带西风急流强度与长江中下游地区夏季降水的关系

根据中国160个台站月降水总量资料，计算长江中下游地区平均的夏季降水量。本文讨论的夏季降水均指6—8月总降水量，以“九五”重中之重项目所规定的长江中下游地区17站（南京、合肥、上海、杭州、安庆、宁波、南昌、衢县、长沙、屯溪、常德、贵溪、汉口、岳阳、宜昌、钟祥、九江）平均的夏季降水量代表长江中下游地区平均夏季降水量，具体选取站点分布见图2。

图3是长江中下游夏季降水和东亚副热带西风急流强度指数的时间序列。从中可以看出，长江中下游地区夏季降水与夏季东亚副热带西风急流强度指数随时间的变化趋势，长江中下游地区夏季降水和急流强度指数的年际变化相关密切，二者的相关系数为0.49，通过0.05信度的显著性检验。

4 东亚副热带西风急流强度对长江中下游地区夏季降水的影响

以东亚副热带西风急流强度指数标准化大于1为强指数年，标准化小于-1为弱指数年，得到东亚副热带西风急流偏强年份有1969、1977、1980、1982、1983、1986、1987年和1998年;东亚副热带西风急流偏弱年份有1961、1963、1973、1978、1994年和1997年。分别对上述年份做中国夏季降水的合成分析（图4），通过计算急流强度异常年长江中下游地区夏季降雨量的平均值，发现急流偏强年的降雨量约为214mm，急流偏弱年的降雨量约为149mm，而夏季平均的降雨量约为170mm。从分析得知：东亚副热带西风急流偏强年，长江中下游地区夏季平均降水比常年偏多2%～3%，而河套地区和华南沿海地区夏季平均降水比常年偏少;急流偏弱年，长江中下游地区夏季平均降水比常年偏少约2%，而华北大部分地区和华南沿海地区夏季平均降水比常年偏多。

从图5东亚副热带西风急流强度指数与中国夏季降水相关图可看出：主要的相关区位于长江流域，相关系数在0.2以上，华北大部及华南沿海地区为负相关。

5 结论与讨论

①本文定义的东亚副热带西风急流强度指数能够比较准确地反映出东亚副热带西风急流强度对长江中下游地区降水的影响，具有一定的参考价值。

②急流强度与长江中下游地区夏季降水有较好的相关关系，二者年际变化形势趋于相同。当东亚副热带西风急流强度指数偏强时，急流轴位置会偏南，长江中下游地区夏季降水偏多;当东亚副热带西风急流强度指数偏强时，急流轴位置偏北，长江中下游地区夏季的降水会偏少。

③东亚副热带西风急流强度的异常年，对流层的高层和低层的大气环流都存在一定的差异性，导致气流辐合区的强度不同，从而导致降水偏多或偏少。急流强度偏强时，西太平洋副高偏强、位置偏南偏西，较强辐合上升气流区在长江流域，且上升气流较常年偏强，降水偏多;急流强度偏弱时，西太平洋副高偏弱、位置偏北偏东，长江流域上空低层风场辐散，上升气流较常年偏弱，降水偏少。

④BCC_CSM模式不能较好地模拟出夏季东亚副热带西风急流的年际、年代际变化。

本文讨论了东亚副热带西风急流强度偏强和偏弱时对长江中下游夏季降水的影响，还分析了因大气环流的差异而导致的降水差异。但造成急流强弱差异的因素不能确定，有待进一步研究。

参考文献：

[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，王會军，等.北半球夏季副热带西风急流变异对东亚夏季风气候异常的影响[J].地球物理学报，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]金荣花，李维京，张博.东亚副热带西风急流活动与长江中下游梅雨异常关系的研究[J].大气科学，2012（4）：722-732.