岳陽(yáng)，管兆勇，諶偉

(1.湖北省氣象局，湖北武漢430074;2.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210044;3.武漢中心氣象臺(tái)，湖北武漢430074)

夏季105～125°E垂直經(jīng)圈環(huán)流變化特征及其與海溫的聯(lián)系

岳陽(yáng)1，2，管兆勇2，諶偉3

(1.湖北省氣象局，湖北武漢430074;2.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210044;3.武漢中心氣象臺(tái)，湖北武漢430074)

采用NCEP/NCAR再分析資料，利用質(zhì)量流函數(shù)方案和EOF(empirical orthogonal function，經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù))分解，研究了1979—2006年夏季105～125°E范圍垂直經(jīng)圈環(huán)流的變化特征及其與鄰近海域海溫變化的聯(lián)系。結(jié)果表明:1)在105～125°E區(qū)域，夏季北半球Hadley環(huán)流明顯偏強(qiáng)，和南半球Hadley環(huán)流對(duì)稱出現(xiàn)，形成明顯的“Hadley環(huán)流對(duì)”。2)小波分析顯示，Hadley環(huán)流變化有準(zhǔn)2～4 a和4～6 a周期。近28 a來(lái)，南半球Hadley環(huán)流有南退趨勢(shì)，北半球Hadley環(huán)流逐漸增強(qiáng)，尤其是20世紀(jì)90年代中期之前，這種變化較顯著。3)105～125°E區(qū)域夏季“Hadley環(huán)流對(duì)”的異常和鄰近海域海表溫度關(guān)系密切。無(wú)論是IOD(Indian Ocean Dipole)事件還是ENSO均對(duì)東亞經(jīng)圈剖面內(nèi)“Hadley環(huán)流對(duì)”產(chǎn)生影響，Hadley環(huán)流的主要模態(tài)EOF1與同期和滯后的SSTA的相關(guān)在太平洋上表現(xiàn)出El Nino發(fā)展期、盛期的海溫分布形態(tài)。南半球Hadley環(huán)流偏北(南)，北半球Hadley環(huán)流減弱(增強(qiáng))，則到來(lái)的冬季的El Nino(La Nina)發(fā)展，這對(duì)ENSO事件具有一定的預(yù)報(bào)意義。IOD事件對(duì)南半球Hadley環(huán)流的影響是顯著的，當(dāng)負(fù)IOD事件時(shí)，南半球Hadley環(huán)流減弱，但正IOD事件時(shí)并未顯著相反。

Hadley環(huán)流對(duì);EOF;海面溫度;ENSO

0 引言

在赤道地區(qū)上升、副熱帶地區(qū)下沉的Hadley環(huán)流(簡(jiǎn)稱HC)是尺度和強(qiáng)度最大的垂直環(huán)流，也是大氣熱量、動(dòng)量、水汽輸送和能量轉(zhuǎn)換的重要機(jī)制。在夏季東亞大陸，由于亞洲東南部西南季風(fēng)區(qū)是個(gè)巨大的熱源，溫度高于陸地南邊的海洋，這一帶的經(jīng)圈環(huán)流與其他地區(qū)的Hadley環(huán)流相反，存在北部上升、南部下沉的垂直環(huán)流(Koteswarm，1958;陳秋士等，1964)。早在1979年葉篤正等(1979)就對(duì)東亞和太平洋上的平均垂直環(huán)流進(jìn)行過(guò)計(jì)算和分析，并特別指出西南季風(fēng)區(qū)與東太平洋區(qū)的經(jīng)圈環(huán)流存在差異。陳月娟等(2001)分析和討論了1961—1997年110～140°E垂直經(jīng)圈環(huán)流的特征，指出它取代了北半球的Hadley環(huán)流，使低層越過(guò)赤道的氣流一直到達(dá)55°N，在30～50°N的上空出現(xiàn)一個(gè)上升氣流區(qū)。目前，區(qū)域經(jīng)圈環(huán)流的研究依然較少，環(huán)流的描述也多為矢量法，該方法在定量表示HC時(shí)存在困難。秦育婧等(2006)、秦育婧和王盤(pán)興(2010)用質(zhì)量流函數(shù)(mass stream function，MSF)表示局域HC，對(duì)季風(fēng)區(qū)、Nino區(qū)的HC進(jìn)行研究，認(rèn)為其差異與不同的下墊面密切相關(guān)。本文延用質(zhì)量流函數(shù)法定量表示HC，研究105～125°E東亞季風(fēng)區(qū)HC的氣候特征及年際變化規(guī)律。

海洋是影響氣候變化的重要物理因子，海陸熱力對(duì)比引起的溫度梯度增大(減小)，經(jīng)圈環(huán)流很可能增強(qiáng)(減弱)。秦育婧和王盤(pán)興(2010)對(duì)比了季風(fēng)區(qū)、Nino區(qū)的HC，認(rèn)為它們與太平洋SST(sea surface temperature)關(guān)系密切。研究表明，熱帶太平洋是影響東亞夏季風(fēng)和東半球越赤道氣流年際變化的關(guān)鍵區(qū)域(曾剛，2008)，印度洋偶極子型海溫的異常變化對(duì)東亞大氣環(huán)流和氣候異常亦有重要作用(于波和管兆勇，2009)。本文將通過(guò)分析105～125°E區(qū)HC異常與太平洋和印度洋海表溫度異常分布型的聯(lián)系，了解不同海域?qū)ζ溆绊懙牟町悺?/p>

1 資料和方法

使用1979—2006年NCEP/NCAR再分析月平均資料(Kalnay，1996)，包括經(jīng)向風(fēng)速(v)、垂直速度(ω)、溫度(T)。還使用了海表面溫度(Rayner and Parker，2003)、NOAA衛(wèi)星月平均射出長(zhǎng)波輻射(outgoing longwave radiation，OLR)資料等。除海溫資料的分辨率為2°×2°外，其余均為2.5°×2.5°。

眾所周知，由球面—?dú)鈮鹤鴺?biāo)系下連續(xù)方程得到的質(zhì)量流函數(shù)ψ計(jì)算公式中，［v］、［ω］為緯圈平均量(以“［］”表示此量的平均值)，其構(gòu)成的垂直環(huán)流在經(jīng)圈剖面是無(wú)輻散的。如此，緯向平均經(jīng)圈環(huán)流質(zhì)量流函數(shù)ψ的計(jì)算可使用迭代方案(吳國(guó)雄和Tibaldi，1988)。然而，當(dāng)計(jì)算局地經(jīng)圈環(huán)流時(shí)，迭代方案不再可用。那么，如何才能獲得局地經(jīng)圈環(huán)流的質(zhì)量流函數(shù)呢?由于垂直氣流由水平風(fēng)場(chǎng)輻合、輻散造成，水平無(wú)輻散運(yùn)動(dòng)對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)無(wú)直接貢獻(xiàn)，因此，只要考慮輻散分量即可。注意到局地范圍內(nèi)緯向質(zhì)量的輻合輻散不恒為0，這樣球面—?dú)鈮鹤鴺?biāo)系下的連續(xù)方程在［105°E，125°E］區(qū)間平均后(以“［］”表示此區(qū)間上的平均)，有如下等式

其中:ω為垂直速度;φ為緯度;a為地球半徑;uχ和vχ為水平風(fēng)場(chǎng)的輻散分量;uχ、λ的下標(biāo)r、l分別代表所截取經(jīng)度范圍右、左邊界的范圍，即125°E、105°E;等式右端項(xiàng)代表了緯向質(zhì)量?jī)敉?，即左右邊界處?duì)輻合輻散產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。要強(qiáng)調(diào)的是，若(1)式右端項(xiàng)過(guò)大，則意味著區(qū)間內(nèi)流入的質(zhì)量受緯向側(cè)邊界處輻散輻合的影響較大。此時(shí)，因計(jì)算質(zhì)量流函數(shù)時(shí)使用到垂直速度速度ω，而ω不僅受到經(jīng)向輻合影響，亦受緯向輻合影響，故迭代方案將不適合用于求解質(zhì)量流函數(shù)。若(1)式右端項(xiàng)較小，則不可壓關(guān)系近似可用，可用迭代方案計(jì)算質(zhì)量流函數(shù)(吳國(guó)雄和Tibaldi，1988)。

為了估計(jì)(1)式右端項(xiàng)帶來(lái)的影響，定義某月的誤差量

其中:n為年份(n=28)。顯然，Err＜1。當(dāng)Err趨向于1時(shí)，表明側(cè)邊界處uχ的影響較小;而當(dāng)Err趨向于0時(shí)，表明緯向側(cè)邊界處的輻散輻合影響很大。

計(jì)算得到105～125°E剖面內(nèi)誤差Err(圖1)，可見(jiàn)，較小。因此，可將(1)式近似成

這樣，可參考吳國(guó)雄和Tibaldi(1988)的迭代方案，近似地求取105～25°E區(qū)域平均的質(zhì)量流函數(shù)。

圖1 1979—2006年6月105～125°E剖面Err分布(陰影區(qū)數(shù)值小于0.5)Fig.1 The cross-section for Errover 105—125°E in June from 1979 to 2006(areas of values lower than 0.5 are shaded)

2 105 ～125E經(jīng)圈環(huán)流的氣候特征

2.1 105 ～125E經(jīng)圈環(huán)流與其他經(jīng)度經(jīng)圈環(huán)流特征對(duì)比

分別計(jì)算105～125°E區(qū)域和此區(qū)間外其余部分即125°E～180°～105°E區(qū)域各月28 a平均的質(zhì)量流函數(shù)［ˉψ］。為突出Hadley環(huán)流及中低緯東亞地區(qū)的特征，緯度范圍均取30°S～60°N。圖2為105～125°E Hadley環(huán)流的氣候變化特征。

計(jì)算結(jié)果顯示，105～125°E區(qū)域冬半年環(huán)流型及演變與125°E～180°～105°E區(qū)HC類似(圖略)。但顯著不同是，3月30～40°N對(duì)流層中下層分離出一個(gè)閉合正環(huán)流圈(稱新環(huán)流圈)(圖2)。夏半年環(huán)流型與125°E～180°～105°E區(qū)HC差異較大，主要表現(xiàn)為4月開(kāi)始0°～20°N區(qū)域北半球環(huán)流圈迅速減弱;5月，新環(huán)流圈發(fā)展起來(lái)取代了原北半球的HC圈，占據(jù)20°N以北的區(qū)域，這與秦育婧和王盤(pán)興(2010)結(jié)論一致，但出現(xiàn)時(shí)間更早。由于夏半年亞洲大陸、青藏高原和孟加拉灣的熱源作用，105～125°E區(qū)HC在5°S～30°N形成寬廣的上升氣流區(qū)，5—10月北半球新環(huán)流圈和南半球HC圈對(duì)稱出現(xiàn)，一起構(gòu)成“Hadley環(huán)流對(duì)”，并在6—8月最強(qiáng)。由于此環(huán)流圈對(duì)的公共上升支強(qiáng)弱、位置變動(dòng)與東亞夏季風(fēng)的基本特征(降水和斜壓性)密切相關(guān)，以下著重討論“Hadley環(huán)流對(duì)”(簡(jiǎn)稱”HC對(duì)”)的變化。

2.2 夏季105～125°E經(jīng)圈環(huán)流及年際變率

與125°E～180°～105°E經(jīng)圈夏季(6—8月)平均的氣候態(tài)(圖略)相比，105～125°E經(jīng)圈環(huán)流出現(xiàn)明顯“HC對(duì)”特征(圖3a)。質(zhì)量流函數(shù)距平場(chǎng)的均方差如圖3b，反映出夏季“HC對(duì)”年際演變的一些特征:夏季“HC對(duì)”年際變化中心位于赤道附近(0°～10°N)上空，對(duì)流層中層尤其明顯。此變化中心位置隨月份南北振蕩(圖略)，反映了HC位置的經(jīng)向移動(dòng)和強(qiáng)度在不同年份間存在較大變化。

3 夏季105～125°E“HC對(duì)”主要模態(tài)及其變化

為更好地研究“HC對(duì)”的變化規(guī)律，對(duì)105～125°E區(qū)域28 a夏季平均的質(zhì)量流函數(shù)距平場(chǎng)［ψ'］進(jìn)行EOF(empirical orthogonal function，經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù))分析，前兩個(gè)特征向量的空間分布及其時(shí)間系數(shù)序列見(jiàn)圖4。前兩個(gè)向量的累計(jì)方差貢獻(xiàn)為65.6%，且均通過(guò)置信水平檢驗(yàn)(North et al.，1982)，能基本反映相應(yīng)年夏季105～125°E“HC對(duì)”的空間和時(shí)間變化特征。

3.1 EOF1與EOF2揭示的空間分布

EOF第1特征向量方差貢獻(xiàn)為47.3%，反映出夏季“HC對(duì)”變化的最主要空間分布(圖4a)。由圖4a可知，當(dāng)時(shí)間系數(shù)大于0，105～125°E區(qū)域10°S以北為異常反環(huán)流，以南為異常正環(huán)流，表明這些年份的南半球HC中心北移，北半球HC減弱，此時(shí)7.5～30°N的上升運(yùn)動(dòng)異常增強(qiáng);反之，當(dāng)時(shí)間系數(shù)小于0，10°S以北為異常正環(huán)流，以南為異常反環(huán)流，此時(shí)7.5～30°N的上升運(yùn)動(dòng)減弱。進(jìn)一步的分析表明，當(dāng)時(shí)間系數(shù)為負(fù)時(shí)，“HC對(duì)”變化呈現(xiàn)出南半球HC中心南移(圖略)。

圖2 1979—2006年105～125°E區(qū)(a，c，e，g，i)及125°E～180°～105°E區(qū)(b，d，f，h，j)HC(單位:106t/s)a，b.3月;c，d.4月;e，f.5月;g，h.7月;i，j.10月Fig.2 Hadley circulations over(a，c，e，g，i)105—125°E and(b，d，f，h，j)125°E—180°—105°E(units:106t/s)a，b.March;c，d.April;e，f.May;g，h.July;i，j.October

第2特征向量方差貢獻(xiàn)率為18.3%，是EOF1方差貢獻(xiàn)的1/3，但由于兩個(gè)異常中心位置分別位于10°S和20°N附近，對(duì)南半球的HC中心強(qiáng)度和位置(圖3)有較大影響。由圖4b可知，當(dāng)時(shí)間系數(shù)大于0，環(huán)流異常場(chǎng)在10°N以北為異常正環(huán)流，以南為異常負(fù)環(huán)流，此時(shí)，10°S以南的下沉運(yùn)動(dòng)異常增強(qiáng)，10°S～20°N上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，20～50°N下沉運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。反之，當(dāng)時(shí)間系數(shù)小于0，南半球HC中心向赤道靠近(圖略)，10°S以南下沉運(yùn)動(dòng)減弱，10°S～20°N上升運(yùn)動(dòng)減弱，20～50°N上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。這種南半球HC與北半球HC表現(xiàn)出的隨時(shí)間變化的一致性，顯示了南半球和東亞地區(qū)環(huán)流變化的密切聯(lián)系。

圖3 1979—2006年夏季(6—8月)105～125°E緯向平均質(zhì)量流函數(shù)(a;單位:106t/s)及其均方差(b;單位:106t/s)Fig.3 (a)The zonal mean mass stream function(106t/s)and(b)its mean root squared deviation(106t/s)over 105—125°E in JJA during 1979—2006

3.2 周期分析

對(duì)EOF模態(tài)時(shí)間序列進(jìn)行Molet小波變換，用來(lái)了解“HC對(duì)”的周期變化特征。

去除頭部影響，EOF1所示的夏季“HC對(duì)”的擾動(dòng)在1990—2000年存在顯著的準(zhǔn)2～4 a周期(圖4e)，與大氣的準(zhǔn)2 a和3.5 a振蕩基本吻合。

EOF2所示的夏季“HC對(duì)”的擾動(dòng)存在顯著的4～6 a周期(圖4f)，并且1981—1986年準(zhǔn)2～3 a變化較強(qiáng)。已有的研究表明，El Nino主周期為3～7 a，次周期為準(zhǔn)2 a振蕩(Lau and Shen，1988)，EOF2的周期接近ENSO的周期，這種特征間接反映了“HC對(duì)”與ENSO的可能聯(lián)系。

4 夏季105～125°E“HC對(duì)”與鄰近海域海溫的聯(lián)系

為弄清東亞“HC對(duì)”與海溫異常的聯(lián)系，擬研究EOF1與OLR異常及SST的相關(guān)關(guān)系。

4.1 EOF時(shí)間序列與OLR的聯(lián)系

計(jì)算夏季“HC對(duì)”的EOF1時(shí)間系數(shù)序列與同期OLR的相關(guān)(圖5)，在印尼群島及赤道東印度洋區(qū)為顯著正相關(guān)(最大相關(guān)系數(shù)超過(guò)0.8)，赤道中太平洋為負(fù)相關(guān)區(qū)(最大負(fù)相關(guān)系數(shù)超過(guò)－0.6)。表明在南半球HC偏北時(shí)，印尼附近和150°E以東赤道太平洋地區(qū)為對(duì)流加強(qiáng)地區(qū)。該相關(guān)形態(tài)與劉曉冉等(2008)揭示的OLR變化的第1模態(tài)一致，顯示我國(guó)華南地區(qū)夏季降水偏多，而川渝地區(qū)和內(nèi)蒙古東部地區(qū)降水偏少。當(dāng)南半球HC偏南時(shí)，則相反。

4.2 ENSO、IOD年?yáng)|亞季風(fēng)區(qū)HC合成分析

根據(jù)Nino3區(qū)指數(shù)(來(lái)源http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/sstoi.indices)，挑選El Nino發(fā)展的7月:1982、1987、1991、1997、2002年共5 a;La Nina發(fā)展的7月:1988、1995、1998年共3 a。根據(jù)Saji et al.(1999)定義的印度洋偶極子IOD(Indian Ocean Dipole)指數(shù)挑選正偶極子pDM(positive Dipole Mode)事件較強(qiáng)的1982、1987、1994、1997年，負(fù)偶極子nDM(negative Dipole Mode)事件出現(xiàn)的1980、1992、1996年，做105～125°E區(qū)“HC對(duì)”異常場(chǎng)的ENSO冷暖事件、正負(fù)IOD事件合成分析。

由圖6a、b可知，在El Nino年7月，5°S以北是異常反環(huán)流，以南為異常正環(huán)流，“HC對(duì)”表現(xiàn)出南半球HC中心北移，北半球HC的MSF數(shù)值減弱，但在30°N以南上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng);而在La Nina年7月，10°S以北為異常正環(huán)流，以南為異常反環(huán)流，此時(shí)北半球HC的MSF增強(qiáng)，但在30°N以南上升運(yùn)動(dòng)減弱。異常環(huán)流型與EOF分解第1模態(tài)的環(huán)流異常型(由圖4a的數(shù)值與圖4b的數(shù)值相乘得到)相一致，這樣的異常環(huán)流結(jié)構(gòu)有利于中國(guó)長(zhǎng)江以南在El Nino年降水增強(qiáng)，而30°N以北降水減少。反過(guò)來(lái)，在La Nina年，長(zhǎng)江以南降水減弱，而在江淮地區(qū)降水增強(qiáng)。

由圖6c、d可知，在pDM年7月，10°S以北出現(xiàn)更強(qiáng)的異常反環(huán)流，以南為異常正環(huán)流，“HC對(duì)”南半球HC中心北移，北半球HC的MSF減弱，此時(shí)30°N以南上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng);而在nDM年7月，30°S以北均為異常正環(huán)流，此時(shí)南半球HC的MSF減弱，北半球HC強(qiáng)度變化微弱，30°N以南上升運(yùn)動(dòng)減弱。注意到正IOD和負(fù)IOD事件導(dǎo)致的環(huán)流異常并不完全相反(于波和管兆勇，2009)，正IOD事件時(shí)的HC異常表現(xiàn)出類似El Nino年的特征，可能是由于正IOD事件顯著的1982、1987、1997年同時(shí)有El Nino發(fā)生，而選取的負(fù)IOD事件年份并無(wú)明顯La Nina事件發(fā)生，至少說(shuō)明IOD對(duì)南半球HC的影響是顯著的。單純IOD事件與105～125°E范圍“HC對(duì)”的顯著關(guān)系至少需要在部分濾除ENSO影響后才能更為清晰。

圖4 1979—2006年夏季質(zhì)量流函數(shù)距平場(chǎng)EOF分析前兩個(gè)特征向量的空間分布(a，b)和對(duì)應(yīng)時(shí)間系數(shù)(c，d)及時(shí)間系數(shù)的Morlet小波分析(e，f)(圖c，d中點(diǎn)實(shí)線為時(shí)間系數(shù);實(shí)線為線性回歸趨勢(shì);點(diǎn)劃線為二段線性回歸)Fig.4 (a，b)The spatial distributions，(c，d)time series and(e，f)their Morlet wavelet analysis respectively of the first and second EOF components of MSF in JJA in 1979—2006(dotted solid lines denote time series;solid lines denote the linear trend;dashed lines denote two-stage linear trend)

綜上所述，當(dāng)ENSO事件、IOD事件發(fā)生時(shí)，南北半球HC的MSF并不一致地增強(qiáng)或減弱，“HC對(duì)”的強(qiáng)度變化顯得較為復(fù)雜。然而，在El Nino年和La Nina年之間或者是在pDM年和nDM年之間，異常的HC確實(shí)存在非常大的不同甚至相反的狀況。為了進(jìn)一步弄清東亞剖面“HC對(duì)”與海溫異常的聯(lián)系，下文將利用滯后相關(guān)求解EOF1與鄰近海域SST的相關(guān)關(guān)系的演變。

圖5 1979—2006年夏季HC和同期OLR距平的相關(guān)(陰影通過(guò)95%置信水平的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn))Fig.5 The correlations between HC in summer and OLR departure of the same period in 1979—2006(shaded areas denote significance over 95%confidence level)

圖6 ENSO事件、IOD事件中105～125°E區(qū)異常Hadley環(huán)流合成a.El Nino年;b.La Nina年;c.pDM年;d.nDM年Fig.6 The composite Hadley circles over 105—125°E in ENSO and IOD yearsa.El Nino;b.La Nina;c.pDM;d.nDM

4.3 EOF1時(shí)間序列與海溫的相關(guān)

圖7 HC的EOF第1時(shí)間系數(shù)序列與超前、滯后SSTA相關(guān)(陰影通過(guò)95%置信水平的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn))a.滯后冬季;b.滯后秋季;c.同期夏季;d.超前春季;e.超前冬季Fig.7 The correlations between SSTA and time series of coefficients of the leading EOF mode for Hadley circles in 1979—2006(shaded areas denote significance over 95%confidence level)a.coming winter;b.coming fall;c.summer;d.past spring

EOF1與同期和滯后海表溫度異常SSTA(sea surface temperature anomaly)的相關(guān)分布型(圖7)在太平洋上表現(xiàn)出El Nino發(fā)展期、盛期的海溫分布。El Nino時(shí)，EOF1正異常，南半球HC偏北，La Nina時(shí)相反。EOF1與Nino3指數(shù)的同期相關(guān)系數(shù)達(dá)0.62，而滯后相關(guān)亦很大(表1)。夏季“HC對(duì)”與ENSO存在顯著相關(guān)，ENSO可能對(duì)夏季“HC對(duì)”的變動(dòng)存在響應(yīng)。事實(shí)上，夏季“HC對(duì)”偏北顯著的1982、1987、1991、1997、2002年的冬季均為El Nino發(fā)展成熟的年份，而夏季“HC對(duì)”偏南的1988、1995、1998年的冬季均為L(zhǎng)a Nina發(fā)展年。夏季“HC對(duì)”的異常對(duì)來(lái)臨的冬季的El Nino存在某種可能影響，對(duì)ENSO事件的預(yù)報(bào)具有一定意義。

有些研究討論了ENSO與季風(fēng)的相互作用問(wèn)題(Webster and Yang，1992)，亦有研究結(jié)果表明“ENSO主要是東亞季風(fēng)異常引起的赤道西太平洋緯向風(fēng)異常所驅(qū)動(dòng)的熱帶太平洋次表層海溫異常的循環(huán)”(李崇銀，2002)。而在印尼群島附近的下沉運(yùn)動(dòng)(OLR與EOF1時(shí)間系數(shù)的相關(guān)為正，圖5)可通過(guò)Walker環(huán)流產(chǎn)生異常赤道西風(fēng)，由此影響到赤道中東太平洋地區(qū)的SSTA。

EOF1與SSTA的同時(shí)、滯后相關(guān)(圖7)在東印度洋區(qū)是負(fù)相關(guān)，在西印度洋區(qū)是正相關(guān)，與滯后秋季的相關(guān)最強(qiáng)。一方面顯示了夏季“HC對(duì)”與印度洋偶極子事件的顯著聯(lián)系，另一方面可能是由于印度洋偶極子型海溫異常的季節(jié)鎖相(近40 a中IODMI(Indian Ocean Dipole mode index)的峰值平均出現(xiàn)在10月)所導(dǎo)致。當(dāng)正IOD事件發(fā)生時(shí)，南半球HC偏北，北半球HC中心減弱。南半球HC的異常偏北，使得HC上升支位置偏北，印尼附近出現(xiàn)異常下沉支，使Walker環(huán)流上升減弱，造成赤道印度洋上東風(fēng)異常，東印度洋冷水上翻，表層暖水在西印度洋聚集，從而加強(qiáng)印度洋正偶極型異常。負(fù)IOD事件時(shí)則相反。

表1 夏季“HC對(duì)”的EOF1時(shí)間系數(shù)和IODMI及Nino3指數(shù)的超前滯后相關(guān)系數(shù)Table 1 Lag and simultaneous correlations of EOF1 time series of“HC pair”in summer with IODMI and Nino3

5 結(jié)論

用質(zhì)量流函數(shù)反映的夏季105～125°E區(qū)緯向平均的HC分布與125°E～180°～105°E區(qū)間緯向平均的HC存在差異，主要表現(xiàn)為，在105～125°E東亞經(jīng)圈剖面內(nèi)，20～40°N存在較強(qiáng)的HC環(huán)流，而在125°E～180°～105°E區(qū)間緯向平均的赤道以北HC則位于熱帶區(qū)域。夏季105～125°E區(qū)間在5°S～30°N為寬廣的上升氣流區(qū)，北半球的HC和南半球HC圈對(duì)稱出現(xiàn)，一起構(gòu)成“HC對(duì)”。

EOF分解第1和第2模態(tài)揭示了南半球HC南北移動(dòng)和北半球HC強(qiáng)弱變化。小波分析表明，“HC對(duì)”的南半球HC北移(南退)、北半球HC中心數(shù)值偏小(大)的周期為準(zhǔn)2～4 a和4～6 a。除了年際變化外，夏季“HC對(duì)”亦存在年代際變化及長(zhǎng)期趨勢(shì)。

105～125°E區(qū)夏季“HC對(duì)”的異常和鄰近海域SST關(guān)系密切。EOF1與同期和滯后SSTA的相關(guān)在太平洋上表現(xiàn)出El Nino發(fā)展期、盛期的海溫分布形態(tài)。夏季“HC對(duì)”對(duì)到來(lái)的冬季的El Nino/La Nina出現(xiàn)存在可能的影響，這對(duì)ENSO事件預(yù)報(bào)具有意義。

無(wú)論是IOD事件還是ENSO均對(duì)東亞經(jīng)圈剖面內(nèi)“HC對(duì)”產(chǎn)生影響，如當(dāng)El Nino時(shí)，西太平洋及印尼群島地區(qū)海溫負(fù)異常，而當(dāng)正IOD事件時(shí)，赤道東印度洋地區(qū)海溫亦為負(fù)異常。這種負(fù)異常海溫強(qiáng)迫大氣，可導(dǎo)致北半球大陸地區(qū)上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，對(duì)“HC對(duì)”產(chǎn)生影響。

致謝:國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)地球科學(xué)部南京信息工程大學(xué)大氣資料服務(wù)中心提供資料服務(wù)。再分析資料取自http://www.cdc.noaa.gov/。謹(jǐn)致謝忱!

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Characteristics of summer meridional circulation changes over 105—125°E and their relations with SST

YUE Yang1，2，GUAN Zhao-yong2，CHEN Wei3

(1.Hubei Meteorological Bureau，Wuhan 430074，China;2.Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education，NUIST，Nanjing 210044，China;3.Wuhan Central Meteorological Observatory，Wuhan 430074，China)

Based on the mass stream function scheme and EOF(empirical orthogonal function)，the NCEP/NCAR reanalysis data were used to investigate the meridional circulation changes and their relations with SSTA(sea surface temperature anomaly)form 1979 to 2006.The conclusions are as follows:(1)The south Hadley cell emerges together with the boreal Hadley cell which is more intensive over 105—125°E in boreal summer.These two meridional circulations are named as the“Hadley cell pair”;(2)During the past 28 years，this pair of Hadley cells varies with periodicities of 2—4 and 4—6 years.The south Hadley cell tends to move southward while the intensity of boreal Hadley cell tends to stronger，especially before the mid 1990s;(3)Variations of Hadley cell pair is significantly correlated with IOD(Indian Ocean Dipole)and ENSO events.Lag and simultaneous correlations of the leading EOF mode forHadley cells with SSTA is consistent with the SST pattern of El Nino developing or prevailing period over the Pacific.That the south Hadley cell is northward(southward)and that the boreal Hadley cell is weak(severe)are correlated with the development of El Nino(La Nina)in the coming winter.This can be a potential indicator in predicting ENSO events.The IOD SSTA is able to change the south Hadley cell.With negative IOD events，the south Hadley cell is weakened.However，with positive IOD events，there is no obvious opposite phenomenon.

Hadley cell pair;EOF;SST;ENSO

P434

A

1674-7097(2011)04-0400-10

2010-09-05;改回日期:2011-04-15

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011CB403406);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40475028)

岳陽(yáng)(1982—)，女，河南內(nèi)鄉(xiāng)人，碩士，研究方向?yàn)槎唐跉夂蝾A(yù)測(cè)，yueyang826@yahoo.com.cn;管兆勇(通信作者)，教授，博士生導(dǎo)師，guanzy@nuist.edu.cn.

岳陽(yáng)，管兆勇，諶偉.2011.夏季105～125°E垂直經(jīng)圈環(huán)流變化特征及其與海溫的聯(lián)系［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，34(4):400-409.

Yue Yang，Guan Zhao-yong，Chen Wei.2011.Characteristics of summer meridional circulation changes over 105—125°E and their relations with SST［J］.Trans Atmos Sci，34(4):400-409.

(責(zé)任編輯:劉菲)