曾剛　高琳慧

摘要采用1961—2014年逐月全球標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）數(shù)據(jù)集、ORAS4海溫資料及NCEP/NCAR再分析資料，對(duì)華南地區(qū)秋季干旱的年代際轉(zhuǎn)折及其與熱帶印度洋熱含量的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：華南秋季SPEI主要表現(xiàn)為全區(qū)一致變化型，且具有明顯的年代際變化特征，在1988年發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折后（前）為偏旱（澇）期。進(jìn)一步分析表明，華南秋季SPEI與同期熱帶西印度洋海洋熱含量變化呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)秋季熱帶西印度洋熱含量偏低時(shí)，華南地區(qū)SPEI偏小，易發(fā)生干旱。熱帶西印度洋熱含量異常影響華南秋季干旱的可能機(jī)制為：秋季熱帶印度洋熱含量變化表現(xiàn)為“<”型的東西向偶極子分布，即當(dāng)熱帶西印度洋熱含量偏低時(shí)，熱帶東印度洋熱含量將會(huì)偏高；而熱帶東印度洋熱含量偏高將會(huì)使熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度偏高、外逸長(zhǎng)波輻射偏小、降水增多，凝結(jié)潛熱釋放增強(qiáng)，產(chǎn)生偏強(qiáng)的東亞Hadley環(huán)流，使華南地區(qū)存在異常下沉運(yùn)動(dòng)，不利于產(chǎn)生降水；熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度偏高，還會(huì)使西北太平洋副熱帶高壓位置偏西、面積偏大，西北太平洋存在氣旋性環(huán)流異常，使華南地區(qū)受偏北氣流異?？刂疲瑥亩魅趿讼蛉A南地區(qū)的水汽輸送。熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度年代際變化是熱帶西印度洋熱含量異常影響華南秋旱年代際變化的重要環(huán)節(jié)，因此用NCAR CAM51全球大氣環(huán)流模式進(jìn)行了熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度年代際變化的敏感性試驗(yàn)，證實(shí)該區(qū)海表溫度年代際升高對(duì)華南秋季年代際干旱具有重要作用。

關(guān)鍵詞華南；秋季干旱；標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)；熱帶印度洋熱含量；年代際轉(zhuǎn)折

IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告（IPCC，2013）指出，從1880—2012年近百年來全球地表溫度上升了085 ℃（065～106 ℃），由全球變暖現(xiàn)象引起的干旱災(zāi)害問題正日益得到世界的關(guān)注（王勁松等，2015）。華南地區(qū)是我國(guó)旱澇災(zāi)害發(fā)生較頻繁的地區(qū)之一，秋旱是其常見的季節(jié)性旱災(zāi)。受東亞季風(fēng)影響，9月華南地區(qū)的雨季結(jié)束后便進(jìn)入了少雨干燥季節(jié)，氣溫高、蒸發(fā)量大，作物蒸騰作用強(qiáng)，需水較多，易釀成秋旱甚至秋冬連旱。近年來該地區(qū)連續(xù)發(fā)生了幾次特大干旱事件，例如1998、2004、2005年的秋旱便是典型例子，給華南的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生活造成了嚴(yán)重影響（陸丹，2001；趙運(yùn)峰等，2005；簡(jiǎn)茂球等，2006；簡(jiǎn)茂球和喬云亭，2012）。因而，研究華南秋旱的特征及其可能原因，對(duì)該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

賈子冰等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，華南秋季降水具有明顯的年代際變化，1985年以前降水偏多，之后偏少。李偉光等（2012a）也指出，20世紀(jì)70年代華南秋季干旱和極端干旱事件較少，其后明顯增多，干旱持續(xù)時(shí)間也有所延長(zhǎng)。在空間分布上，秋季華南地區(qū)以全區(qū)性的干旱出現(xiàn)居多（簡(jiǎn)茂球等，2006；簡(jiǎn)茂球和喬云亭，2012），干旱化最嚴(yán)重的區(qū)域是海南島、廣西南部和西部地區(qū)，廣西的干旱程度總體上要重于廣東（李偉光等，2012a；王春林等，2015）。

影響華南秋季干旱的因子很多。研究表明，西北太平洋副熱帶高壓是影響華南秋季干旱的重要大氣環(huán)流系統(tǒng)之一（趙運(yùn)峰等，2005；賈子冰，2009），其面積指數(shù)和強(qiáng)度指數(shù)的變化周期與華南地區(qū)干旱的變化周期一致（趙金彪，2003）。水汽的輸送和積聚也是旱澇異常的重要原因之一，秋季輸送至華南的水汽主要來源于西太平洋地區(qū)、南海、孟加拉灣（周長(zhǎng)艷等，2006；李秀珍等，2010），當(dāng)華南上空有向東北（西南）的水汽通量距平，將導(dǎo)致華南上空水汽匯偏強(qiáng)（弱）（簡(jiǎn)茂球等，2006）。敖婷（2014）研究發(fā)現(xiàn)，夏季青藏高原中部熱源強(qiáng)時(shí)，其后秋季輸送到華南的水汽將減少。海表溫度作為重要的下墊面因子，其異常對(duì)華南秋季干旱有重要影響。例如，Zhang et al.（2011）指出，暖池厄爾尼諾會(huì)使中國(guó)南方秋季降水減少，易偏旱，而冷舌厄爾尼諾會(huì)使中國(guó)南方秋季降水增加；簡(jiǎn)茂球和喬云亭（2012）研究發(fā)現(xiàn)，秋季海表溫度負(fù)異常的極值中心位于赤道東太平洋時(shí)，或者當(dāng)海表溫度正異常的極值中心位于赤道中太平洋時(shí)，華南秋季易發(fā)生干旱。另外，賈子冰等（2015）、簡(jiǎn)茂球和喬云亭（2012）還初步探討了華南秋季降水與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的關(guān)系。不少研究者通過個(gè)例分析，也對(duì)華南秋旱成因進(jìn)行了探討（張勇等，2000；陸丹，2001）。

研究一個(gè)地區(qū)的干旱特征，選取合適的干旱指標(biāo)非常重要。目前，國(guó)內(nèi)外常見的氣象干旱指標(biāo)包括標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（McKee et al.，1993）、Palmer干旱指數(shù)（Palmer，1965）、相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)（Richard and Heim，2002）、綜合氣象干旱指數(shù)（張強(qiáng)等，2006；米紅波等，2016；朱偉軍等，2016）以及區(qū)域旱澇指數(shù)（譚桂容等，2002）等。馬柱國(guó)等（2003，2006，2007）研究表明，極端干旱事件的頻發(fā)區(qū)大多是增溫最明顯的區(qū)域。因此，在氣候變暖的背景下研究干旱需要綜合考慮降水和蒸發(fā)對(duì)干旱發(fā)展過程的影響機(jī)制。VicenteSerrano et al.（2010）在標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的基礎(chǔ)上引入潛在蒸散項(xiàng)，構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）。因此，在全球變暖的背景下，選用這種能夠同時(shí)表征降水和氣溫變化影響的指標(biāo)來進(jìn)行干旱的識(shí)別和監(jiān)測(cè)較選用其他指數(shù)要好（李偉光等，2012b；段瑩等，2013；莊少偉，2013；王林和陳文，2014）。李偉光等（2012a）也指出，SPEI在中國(guó)華南地區(qū)具有較好的適用性。

綜上所述，已有一些研究針對(duì)華南秋旱的特征及其可能原因進(jìn)行了分析，但是這些研究大多從個(gè)例分析、降水變化以及與海表溫度的關(guān)系等去探討，較少采用既考慮到降水影響又考慮到氣溫影響的SPEI干旱指數(shù)去探討華南秋季干旱的年代際轉(zhuǎn)折。而且，也很少有研究探討華南秋季干旱與熱含量的關(guān)系。近年來，一些研究考慮到整個(gè)海洋上層的熱狀況比海表溫度具有更大的穩(wěn)定性（王麗娟等，2011），年際變率也更大，對(duì)大尺度海氣事件的響應(yīng)也更加敏感（陳永利和胡敦欣，2003），引入了熱含量來表征海洋熱狀態(tài)。因此，本文將基于SPEI分析華南秋季干旱年代際轉(zhuǎn)折及其對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流特征，并探討其與海洋熱含量變化的關(guān)系，從而為華南秋季干旱的可能機(jī)理提供一些參考依據(jù)。

1資料和方法

所用資料如下：1）全球逐月SPEI數(shù)據(jù)集，下載鏈接為http：//digital.csic.es/handle/10261/128892，水平分辨率為05°×05°。該數(shù)據(jù)集是采用VicenteSerrano et al.（2010）的算法，基于CRU（Climate Research Unit）TS323的降水和溫度資料構(gòu)建的。2）全球逐月平均的CRUTS323的降水和溫度資料；GPCP（Global Precipitation Climatology Project）降水資料，水平分辨率為25°×25°（Adler et al.，2003）。3）全球逐月平均的ORA（ECMWF Ocean Reanalysis）S4海溫資料，水平分辨率為10°×10°，垂直方向分42層（Balmaseda et al.，2013）。選用了上部17層（50～400 m）的海溫資料計(jì)算其算術(shù)平均值，用于構(gòu)造海洋熱含量。海表溫度資料為Hadley環(huán)流中心提供的HadISST資料，水平分辨率為10°×10°（Rayner et al.，2003）。4）大氣環(huán)流資料取自NCEP/NCAR逐月再分析資料集，包括位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、垂直速度場(chǎng)、比濕場(chǎng)和外逸長(zhǎng)波輻射（Outgoing Longwave Radiation，OLR）場(chǎng)等，水平分辨率為25°×25°（Kalnay et al.，1995）。

所用統(tǒng)計(jì)方法主要有經(jīng)驗(yàn)函數(shù)正交分解（EOF）、相關(guān)分析、合成差值分析和T檢驗(yàn)等方法（魏鳳英，2007）。文中資料均取1961—2014年，并采用1971—2000年30 a的平均值作為氣候平均態(tài)，秋季指9—11月。華南地區(qū)選取的范圍是（105～120°E，18～26°N）。

文中數(shù)值試驗(yàn)所用模式為美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）2011年研制發(fā)布的CAM51全球大氣環(huán)流模式，他是NCAR通用地球系統(tǒng)模式（Community Earth System Model 104，CESM104）的大氣模塊。本文試驗(yàn)均采用模式的T42水平分辨率，即緯向均勻分布128個(gè)格點(diǎn)，經(jīng)向分布64個(gè)格點(diǎn)，垂直方向采用σp混合坐標(biāo)，共30層；使用模式自帶的真實(shí)地形、海陸分布等邊界條件。為與NCEP/NCAR再分析資料作比較，所有試驗(yàn)結(jié)果均采用雙線性插值方法處理成25°×25°水平網(wǎng)格資料。

2華南秋季干旱的年代際轉(zhuǎn)折

圖1a、1b分別給出了1961—2014年華南地區(qū)秋季氣溫距平和降水距平序列，可見，華南地區(qū)秋季降水和氣溫呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，氣溫顯著上升，而降水則為明顯減少趨勢(shì)，但是自2010年以后趨勢(shì)均有所減緩。兩序列的11 a滑動(dòng)平均曲線顯示，華南地區(qū)秋季氣溫和降水具有明顯的年代際變化，氣溫在20世紀(jì)80年代初期發(fā)生了年代際變化，降水在20世紀(jì)80年代中后期發(fā)生了年代際變化，氣溫年代際偏高，降水年代際偏少。所以，研究華南干旱時(shí)，不僅要考慮降水的影響，還需要考慮氣溫對(duì)干旱的作用，因此，本文采用SPEI作為華南旱澇的判定標(biāo)準(zhǔn)，SPEI值為負(fù)（正）代表偏旱（澇），其絕對(duì)值越大，表示越旱（澇）。

圖1c為1961—2014年華南秋季SPEI序列，可以看出華南秋季SPEI呈明顯的下降趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后期之后華南地區(qū)秋季偏旱的年份明顯增多，連續(xù)偏旱年頻繁出現(xiàn)，1992年和2004年為近50 a最干旱的兩年。11 a滑動(dòng)平均曲線序列顯示（代表年代際變化），序列在1988年發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折，SPEI由正轉(zhuǎn)負(fù)，偏澇年主要集中在1988年之前，而偏旱年則主要在1988年之后，這與采用其他干旱指標(biāo)的研究結(jié)論一致（李曉娟等，2007；黃晚華等，2010；王春林等，2015）。

由1961—2014年華南地區(qū)秋季SPEI場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF）的第一模態(tài)結(jié)果（圖2）可見，第一模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率為451%，華南地區(qū)的特征值分布主要表現(xiàn)為全區(qū)一致變化型，時(shí)間系數(shù)呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。綜合特征值分布及其時(shí)間系數(shù)，可知華南地區(qū)秋季旱澇情況全區(qū)基本一致，且在20世紀(jì)80年代后期之后，由偏澇轉(zhuǎn)為偏旱。21世紀(jì)初期華南秋旱仍較嚴(yán)重，但2010年之后有所減緩。

3華南秋季年代際干旱對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流特征

由第2節(jié)可知，華南秋季SPEI在1988年發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折，由于SPEI在1961—1972年間變化趨于平緩，所以將1972—1987年定義為偏澇期，1988—2007年定義為偏旱期。大氣環(huán)流異常是天氣氣候異常的直接原因，因此下文將從西北太平洋副熱帶高壓、水汽輸送和垂直運(yùn)動(dòng)3個(gè)方面對(duì)華南地區(qū)秋季偏旱期和偏澇期的大氣環(huán)流特征做合成差值分析。下文討論合成差值分析時(shí)，均指偏旱期減去偏澇期。

圖3a給出了華南秋季500 hPa位勢(shì)高度差值場(chǎng)以及西北太平洋副熱帶高壓體（取586 dagpm等值線所包圍的反氣旋范圍來代表）的變化。相對(duì)于偏澇期，華南地區(qū)位勢(shì)高度有所升高；西北太平洋副熱帶高壓面積偏大、強(qiáng)度偏強(qiáng)、西伸明顯，使華南地區(qū)受其控制的范圍變大，使得該地區(qū)降水偏少，易引發(fā)干旱。西北太平洋副熱帶高壓的控制還會(huì)導(dǎo)致華南地區(qū)秋季氣溫偏高，而高溫又是引發(fā)干旱的一個(gè)重要因素。

圖3b為1 000～100 hPa整層水汽通量差值場(chǎng)，可以發(fā)現(xiàn)在中國(guó)南部—西北太平洋存在一個(gè)氣旋性差值水汽輸送環(huán)流，華南地區(qū)存在偏北氣流異常。因而，在偏旱期，從西北太平洋和南海向華南地區(qū)的水汽輸送明顯偏弱，使華南地區(qū)水汽匱乏，降水減少，易造成干旱。圖3c為500 hPa垂直速度差值場(chǎng)，可以發(fā)現(xiàn)秋季華南大部分地區(qū)為差值下沉區(qū)，特別是廣西地區(qū)。下沉運(yùn)動(dòng)不利于水汽輻合上升，而對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生降水的基本條件之一，從而導(dǎo)致該地區(qū)降水減少。

4熱帶印度洋熱含量異常對(duì)華南秋季干旱的影響

由于熱含量相比于海表溫度具有更大的穩(wěn)定性，因此，熱含量變化及其區(qū)域氣候效應(yīng)逐漸引起了學(xué)者們的關(guān)注。研究表明，前期冬春季暖池?zé)岷慨惓?duì)南海夏季風(fēng)爆發(fā)、西北太平洋夏季風(fēng)、長(zhǎng)江中下游夏季降水和東北地區(qū)夏季降水都有重要影響（王麗娟等，2011；王曉芳等，2013；盧楚翰等，2014；祁莉等，2014）。黃科（2011）也指出，熱帶印度洋熱含量變異對(duì)我國(guó)夏季降水有重要影響。但是，熱含量是否也會(huì)對(duì)我國(guó)秋季干旱造成影響？所以，下文將對(duì)華南秋季干旱和熱含量變化之間的聯(lián)系進(jìn)行分析。

將華南秋季干旱指數(shù)與同期秋季全球50～400 m熱含量（Heat Content，HC）作相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)，僅在熱帶西印度洋有顯著的正相關(guān)區(qū)域，與全球其他海域的相關(guān)性均不顯著，陰影部分通過005信度的顯著性水平檢驗(yàn)（圖4a）。本文將區(qū)域（40～80°E，10°S～10°N）作為影響華南秋旱的熱含量關(guān)鍵區(qū)，并將該關(guān)鍵區(qū)的區(qū)域平均熱含量異常（Heat Content Anomaly，HCA）作為熱帶西印度洋熱含量指數(shù)，得到圖4b。用該指數(shù)與華南秋季干旱指數(shù)作相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)為037，通過了005信度的顯著性水平檢驗(yàn)，表明當(dāng)同期秋季熱帶西印度洋熱含量偏低時(shí)，華南秋季SPEI值偏小，易偏旱。圖4b顯示，秋季熱帶西印度洋熱含量在20世紀(jì)80年代后期由正轉(zhuǎn)為負(fù)，這與華南秋季干旱的年代際轉(zhuǎn)折有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說明華南秋季年代際旱澇與同期熱帶西印度洋熱含量的年代際變化存在密切聯(lián)系。

海表面是海氣相互作用的直接界面，次表層的異常信號(hào)最終還是要通過海表異常來影響對(duì)流層的大氣環(huán)流。將華南秋季干旱指數(shù)與同期秋季熱帶印度洋海表溫度作相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)，與熱帶西印度洋海表溫度并沒有顯著的相關(guān)，而在熱帶東印度洋—西太平洋有顯著的負(fù)相關(guān)區(qū)域（圖5a）。將區(qū)域（90～130°E，15°S～10°N）作為海表溫度影響華南秋旱的關(guān)鍵區(qū)，圖5b給出了該關(guān)鍵區(qū)的區(qū)域平均海表溫度異常與華南秋季SPEI的序列，兩者相關(guān)系數(shù)為-030，通過了005信度的顯著性水平檢驗(yàn)，表明當(dāng)同期秋季熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度偏高時(shí)，華南秋季SPEI值偏小，易偏旱。

由上文的分析可知，華南秋季干旱指數(shù)與熱帶西印度洋海表溫度并沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，說明熱帶西印度洋熱含量異?？赡懿皇峭ㄟ^影響該區(qū)域上層海表溫度，再影響華南地區(qū)的旱澇變化的。值得注意的是，華南秋季干旱指數(shù)與熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度關(guān)系密切，是否是熱帶西印度洋熱含量異常先引起熱帶東印度洋熱含量變化，再由熱帶東印度洋熱含量影響該區(qū)域表層海表溫度，從而造成華南秋旱呢？熱帶西印度洋和東印度洋熱含量變化的關(guān)系又是怎樣的呢？

鄭冬梅和張啟龍（2008）利用美國(guó)Scripps海洋研究所提供的熱含量資料，發(fā)現(xiàn)印度洋上層熱含量距平場(chǎng)全年均存在著一種顯著的東西向偶極型振蕩，與趙永平等（2008）利用SODA次表層海溫得到的熱帶印度洋第一模態(tài)的空間分布也比較一致。利用上文得到的熱帶西印度洋熱含量指數(shù)與秋季整個(gè)印度洋的熱含量作相關(guān)分析，也得到了類似的結(jié)果（圖6a），熱帶印度洋熱含量變化表現(xiàn)為“<”型的東西向偶極子分布，即當(dāng)熱帶西印度洋熱含量偏低（偏高）時(shí)，熱帶東印度洋熱含量會(huì)偏高（偏低）。因此，初步推測(cè)，熱帶西印度洋熱含量變化可能會(huì)通過影響熱帶東印度洋熱含量變化，然后再對(duì)華南秋季干旱造成影響，下文也將繼續(xù)驗(yàn)證這一點(diǎn)。將區(qū)域（85～105°E，10°S～15°N）作為影響華南秋旱的關(guān)鍵區(qū)，并將該關(guān)鍵區(qū)的熱含量距平作為熱帶東印度洋熱含量指數(shù)。在圖6b中，實(shí)線為熱帶東印度洋熱含量指數(shù)，虛線為熱帶西印度洋熱含量指數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)指數(shù)呈反相變化，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-059，通過了005信度的顯著性水平檢驗(yàn)。

利用秋季熱帶東、西印度洋熱含量指數(shù)分別與同期海表溫度、OLR和降水求相關(guān)。由圖7a—7c可以發(fā)現(xiàn)，熱帶東印度洋熱含量指數(shù)與熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度（圖7a）和降水（圖7c）呈顯著正相關(guān)，與OLR呈顯著負(fù)相關(guān)（圖7b），均通過005信度的顯著性水平檢驗(yàn)。即當(dāng)秋季熱帶東印度洋熱含量偏高時(shí)，同期熱帶東印度洋—西太平洋OLR偏低，上空增溫；降水增加，有利于凝結(jié)潛熱釋放，也會(huì)導(dǎo)致上空增溫；且熱帶東印度洋—西太平洋這一區(qū)域的海表溫度也較常年偏高。由圖7d—7f可知，熱帶西印度洋的熱含量指數(shù)與熱帶東印度洋—西太平洋上層海表溫度（圖7d）和降水（圖7f）呈顯著負(fù)相關(guān)，與OLR呈顯著正相關(guān)（圖7e），均通過005信度的顯著性水平檢驗(yàn)。即當(dāng)同期秋季熱帶西印度洋熱含量偏低時(shí)，也會(huì)使熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度偏高，上空增溫效應(yīng)顯著。

可以發(fā)現(xiàn)，熱帶東、西印度洋熱含量變化都會(huì)影響熱帶東印度洋—西太平洋的海表溫度、OLR和降水的變化，且影響顯著的區(qū)域大致相同，只是熱帶東印度洋熱含量影響的范圍更大，強(qiáng)度更強(qiáng)，所以影響可能更為直接。因此，熱帶西印度洋熱含量異常對(duì)華南秋旱的影響可能是通過熱帶東印度洋熱含量異常來間接完成的。

熱帶洋面一般可通過影響經(jīng)圈或緯圈環(huán)流來進(jìn)一步影響其他區(qū)域的氣候，沿105～115°E平均作經(jīng)向—垂直環(huán)流差值場(chǎng)（偏旱期減偏澇期），陰影表示通過了005信度的顯著性水平檢驗(yàn)（圖8）。從垂直環(huán)流來看，在華南秋季偏旱期，中低緯處出現(xiàn)異常直接熱力環(huán)流圈，赤道附近存在差值上升運(yùn)動(dòng)，而我國(guó)華南地區(qū)（18～26°N）則存在差值下沉運(yùn)動(dòng)，表明偏旱期從赤道附近到華南地區(qū)存在一個(gè)增強(qiáng)的Hadley環(huán)流。

采用Zhang and Wang（2013）提出的方法定義質(zhì)量流函數(shù)，求得區(qū)域（105～115°E，0°～30°N）的經(jīng)向質(zhì)量流函數(shù)，作為東亞Hadley環(huán)流強(qiáng)度指數(shù)，該指數(shù)與秋季熱帶西印度洋熱含量指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-061，與熱帶東印度洋熱含量指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為050，與秋季熱帶東印度洋—西太平洋（90～130°E，15°S～10°N）海表溫度的相關(guān)性也高達(dá)055，均通過了005信度著性水平檢驗(yàn)。這說明熱帶印度洋熱含量的變化的確可通過影響東亞Hadley環(huán)流變化，從而影響華南秋季旱澇狀況。

綜上所述，由于熱帶印度洋熱含量變化呈東西向偶極子分布，即當(dāng)秋季熱帶西印度洋熱含量偏低（高）時(shí)，熱帶東印度洋熱含量會(huì)偏高（低）。而熱帶東印度洋熱含量偏高又會(huì)使熱帶東印度洋—西太平洋上層海表溫度偏高，上空氣溫也較常年偏高，使該區(qū)域上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，熱帶東印度洋—西太平洋為Hadley環(huán)流的上升支，華南地區(qū)位于Hadley環(huán)流的下沉支，因而東亞Hadley環(huán)流增強(qiáng)，華南地區(qū)的下沉作用增強(qiáng)，華南上空副熱帶高壓控制的范圍增大，強(qiáng)度增強(qiáng)，不利于降水，從而使華南秋季易發(fā)生干旱。

5數(shù)值試驗(yàn)

前文分析結(jié)果表明，華南秋季干旱指數(shù)和秋季熱帶東、西印度洋熱含量指數(shù)均與同期熱帶東印度洋—西太平洋的海表溫度存在顯著的相關(guān)關(guān)系，這說明熱帶東印度洋—西太平洋的海表溫度可能是熱帶印度洋熱含量變化影響華南秋季干旱的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了驗(yàn)證熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度變化影響華南秋旱的可能物理機(jī)制，定義華南秋季干旱指數(shù)與海表溫度顯著相關(guān)的區(qū)域（90～130°E，15°S～10°N）為海表溫度關(guān)鍵區(qū)，利用NCAR全球大氣環(huán)流模式CAM51進(jìn)行數(shù)值模擬研究，數(shù)值試驗(yàn)方案詳見表1。試驗(yàn)采用5個(gè)不同的初值場(chǎng)驅(qū)動(dòng)模式，從1月1日起模擬積分10 a，得到5組集合試驗(yàn)結(jié)果。取這5組集合試驗(yàn)平均結(jié)果用于下文分析。

計(jì)算結(jié)果顯示，暖試驗(yàn)?zāi)M出的華南秋季SPEI為-051（偏旱），冷試驗(yàn)?zāi)M出的華南秋季SPEI為039（偏澇）。將敏感性試驗(yàn)（暖試驗(yàn)減冷試驗(yàn)）模擬的500 hPa垂直速度差值場(chǎng)（圖9a）、降水和850 hPa風(fēng)場(chǎng)差值場(chǎng)（圖9b）、以及平均經(jīng)圈環(huán)流差值場(chǎng)（圖9c），分別與觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：暖試驗(yàn)較冷試驗(yàn)，西北太平洋副熱帶高壓位置偏西、面積偏大；赤道地區(qū)為上升運(yùn)動(dòng)差值區(qū)，華南地區(qū)為下沉運(yùn)動(dòng)差值區(qū)（圖9a），在平均經(jīng)圈環(huán)流圖上可以清晰地看到一個(gè)順時(shí)針方向的Hadley環(huán)流異常（圖9c），西北太平洋存在一個(gè)氣旋性環(huán)流異常，華南地區(qū)受偏北氣流異?？刂?，不利于西太平洋水汽向華南地區(qū)的輸送，整個(gè)華南地區(qū)存在降水負(fù)差值（9b）。模擬結(jié)果和觀測(cè)分析結(jié)果較一致。因此，秋季熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度年代際增暖對(duì)華南秋季年代際變旱有著重要的作用。

圖9秋季500 hPa垂直速度的差值場(chǎng)（陰影區(qū)；單位：10-2 Pa·s-1，正值表示下沉，負(fù)值表示上升）和西北太平洋副熱帶高壓位置（單位：dagpm，實(shí)線為暖試驗(yàn)，虛線為冷試驗(yàn)）（a），秋季降水場(chǎng)（單位：mm·d-1；陰影區(qū)表示降水差值為負(fù)）和850 hPa風(fēng)場(chǎng)（箭矢；單位：m·s-1）的差值分布（b），以及秋季經(jīng)向—垂直環(huán)流差值場(chǎng)沿105～115°E平均的緯度—高度剖面（c；黑色陰影區(qū)為地形；垂直風(fēng)速單位：10-2 Pa·s-1，經(jīng)向風(fēng)速單位：m·s-1）（差值場(chǎng)均為暖試驗(yàn)減冷試驗(yàn)）

Fig.9（a）Differences of 500 hPa vertical velocity（shadings；units：10-2 Pa·s-1；positive（negative） values denote downward（upward） motion），with location of the northwestern Pacific subtropical high（units：dagpm） in the warm experiment（solid line） and cold experiment（dashed line） in autumn；（b）Differences of precipitation（units：mm·d-1；shadings denote negative precipitation differences） and 850 hPa winds （arrows；units：m·s-1） in autumn；（c）Latitudeheight section of meridional vertical circulation differences averaged from 105 to 115°E in autumn（black shading is the terrain；units of vertical and meridional wind velocity are 10-2 Pa·s-1 and m·s-1，respectively）（Differences are for the warm experiment minus the cold experiment）

6結(jié)論與討論

采用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）數(shù)據(jù)集、基于海溫構(gòu)建的海洋熱含量數(shù)據(jù)以及NCEP/NCAR大氣再分析資料等，應(yīng)用觀測(cè)統(tǒng)計(jì)分析和全球大氣環(huán)流模式NCAR CAM51數(shù)值試驗(yàn)，探討了華南秋季干旱的年代際轉(zhuǎn)折及其與海洋熱含量的關(guān)系，得到如下主要結(jié)論：

1）華南秋季SPEI主要表現(xiàn)為全區(qū)一致變化型，且具有明顯的年代際變化，在1988年發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折后（前）為偏旱（澇）期。

2）華南秋季偏旱期主要環(huán)流特征為：西北太平洋副熱帶高壓面積偏大，強(qiáng)度偏強(qiáng)，西伸明顯；華南地區(qū)有偏北氣流異常，較常年整層水汽向華南地區(qū)輸送較弱，且華南大部分地區(qū)處于距平氣流下沉區(qū)。

3）華南秋季干旱指數(shù)與同期秋季熱帶西印度洋熱含量呈顯著正相關(guān)，即當(dāng)同期秋季熱帶西印度洋熱含量偏低時(shí)，華南秋季SPEI偏小，該地區(qū)易發(fā)生干旱。

4）熱帶西印度洋熱含量異常影響華南秋季干旱的可能機(jī)制為：熱帶印度洋熱含量變化表現(xiàn)為“<”型的東西向偶極子分布，即當(dāng)秋季熱帶西印度洋熱含量偏低時(shí)，熱帶東印度洋熱含量將偏高；熱帶東印度洋熱含量偏高將會(huì)使熱帶東印度洋—西印度洋海表溫度偏高、OLR偏小、降水凝結(jié)潛熱釋放增強(qiáng)，使得秋季熱帶東印度洋—西太平洋區(qū)域上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，造成東亞Hadley環(huán)流增強(qiáng)，從而使在華南地區(qū)的下沉支也增強(qiáng)，不利于降水。數(shù)值模擬結(jié)果也驗(yàn)證了秋季熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度的年代際偏高將會(huì)引起西北太平洋副熱帶高壓位置偏西，面積偏大，產(chǎn)生偏強(qiáng)的東亞Hadley 環(huán)流，使我國(guó)華南地區(qū)存在異常下沉運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在西太平洋上存在氣旋性環(huán)流異常，使我國(guó)華南地區(qū)被偏北氣流異常控制，減弱了向華南地區(qū)的水汽輸送，從而造成該地區(qū)的秋季干旱。

綜上所述，熱帶西印度洋秋季熱含量的年代際偏低對(duì)華南秋季20世紀(jì)80年代末后的年代際干旱具有重要作用。但是，本文僅討論了熱帶東、西印度洋熱含量的相關(guān)關(guān)系以及熱含量變化與海表溫度、OLR和降水的相關(guān)關(guān)系，有關(guān)熱帶印度洋熱含量變化呈東西向偶極子分布的原因，他們的熱量如何交換，以及熱含量如何影響上層海表溫度等，尚需進(jìn)一步深入研究。另外，一些研究指出，西南地區(qū)秋季旱澇狀況在1994年發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折，由年代際偏澇轉(zhuǎn)為年代際偏旱，熱帶東印度洋—西太平洋以及熱帶西北太平洋的海表溫度年代際增暖對(duì)此次干旱年代際轉(zhuǎn)折有重要作用（Wang et al.，2015a，2015b；張顧煒等，2016），本文也發(fā)現(xiàn)熱帶東印度洋—西太平洋海表溫度的年代際增暖對(duì)華南秋季1988年后的年代際干旱有重要影響。然而，華南和西南秋季年代際干旱的轉(zhuǎn)折時(shí)間點(diǎn)不一樣，其原因也是一個(gè)未來值得深入探討的問題。

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