潘婕，紀(jì)立人

夏季歐亞中高緯持續(xù)流型的年代際變化

潘婕1，紀(jì)立人2

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081；2.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，北京100029）

利用夏季歐亞中高緯大氣環(huán)流持續(xù)流型指數(shù)的年代際變化來(lái)反映歐亞中高緯大氣環(huán)流的多年振動(dòng)，嘗試揭示夏季歐亞中高緯持續(xù)流型的年代際變化與我國(guó)降水、全球海溫以及北大西洋濤動(dòng)（NAO）的年代際變化之間的聯(lián)系，主要結(jié)論如下:（1）1959—2000年夏季歐亞中高緯流型指數(shù)有明顯的年代際變化，1980年前后流型指數(shù)均值發(fā)生了年代際突變；（2）夏季歐亞中高緯流型指數(shù)的年代際變化特征與我國(guó)夏季降水、6月全球海表溫度距平的年代際變化趨勢(shì)具有一致性，印證了SSTA與夏季歐亞中高緯持續(xù)流型、持續(xù)流型與我國(guó)夏季降水之間的關(guān)聯(lián)；（3）冬季NAO指數(shù)和夏季流型指數(shù)在年代際尺度上關(guān)系甚為密切，它們的年際相關(guān)也存在著年代際變化；（4）合成分析表明，NAO高指數(shù)及E型過(guò)程對(duì)應(yīng)的春季SSTA分布形勢(shì)極為相似，且突變前后與E、C型環(huán)流對(duì)應(yīng)的海溫異常的分布特征和關(guān)鍵區(qū)，在中期-月及年代際不同時(shí)間尺度上也表現(xiàn)出了一致性，印證了下墊面強(qiáng)迫在夏季歐亞中高緯持續(xù)流型的形成和維持中的作用。

夏季歐亞中高緯；持續(xù)異常；年代際變化；降水；海溫；北大西洋濤動(dòng)

1 引言

大范圍的持續(xù)性異常天氣往往同大氣環(huán)流持續(xù)異常有關(guān)。如果大氣環(huán)流存在多年振動(dòng)，那么和它相聯(lián)系的大范圍天氣特征也就必然要隨之發(fā)生多年的變化，揭露大氣環(huán)流的多年振動(dòng)規(guī)律可為大范圍天氣的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)提供比較可靠的依據(jù)。

關(guān)于年代際變化的研究已有很多，林學(xué)椿[1]應(yīng)用滑動(dòng)T檢驗(yàn)方法進(jìn)行研究，指出在20世紀(jì)70年代末、80年代初確實(shí)存在著一次明顯的年代際氣候躍變，躍變前后北半球海平面氣壓、500 hPa高度和北太平洋海溫結(jié)構(gòu)都有明顯的差異；李峰等[2-4]利用1958—1997年共40 a的資料分析了東亞夏季風(fēng)以及我國(guó)華北夏季降水的年代際變化特征及其與北太平洋SSTA的關(guān)系，指出東亞夏季風(fēng)在70年代中期發(fā)生顯著變化，1976年前后東亞夏季風(fēng)由偏強(qiáng)轉(zhuǎn)為偏弱，受其影響華北地區(qū)夏季由降水偏多轉(zhuǎn)為少雨，北太平洋海表溫度（Sea Surface Temperature，SST）由正距平變?yōu)樨?fù)距平，東亞夏季風(fēng)與北太平洋海溫異常之間相互作用亦存在著年代際變化特征；鐘姍姍等[5]對(duì)太平洋次表層海溫年代際變率及其突變特征的研究表明，太平洋次表層海溫在1980年前后從上至下，先后經(jīng)歷了一次顯著的年代際突變；周連童等[6]對(duì)我國(guó)夏季氣候年代際變化特征的研究也表明，我國(guó)夏季降水、氣溫以及熱帶太平洋SST均有明顯的年代際變化，在1976年前后發(fā)生了一次明顯的氣候躍變，尤其是降水，從1977年到2000年夏季長(zhǎng)江流域的降水明顯增加，而華北地區(qū)和黃河流域降水則明顯減少，出現(xiàn)了嚴(yán)重干旱?？梢?jiàn)，20世紀(jì)70年代中后期、80年代初全球氣候都發(fā)生了一次突變。

楊修群等[7]分析比較全球海氣系統(tǒng)年際和年代際變化的主要時(shí)空特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，全球大氣年代際變化主要位于中高緯地區(qū)，而實(shí)際天氣演變活動(dòng)充分表明，夏季歐亞中高緯環(huán)流的持續(xù)異常往往同我國(guó)的夏季旱澇相聯(lián)系，如1954年、1991年夏季江淮流域發(fā)生特大洪水期間，鄂霍次克海上空均維持穩(wěn)定的阻塞形勢(shì)[8-9]；1998年長(zhǎng)江流域的梅雨異常并由此產(chǎn)生嚴(yán)重洪水，最直接原因是歐亞大范圍環(huán)流持續(xù)異常，其中最明顯的特征之一是烏拉爾阻塞形勢(shì)長(zhǎng)時(shí)間維持[10]。那么，夏季歐亞中高緯持續(xù)異常流型是否也存在著年代際變化特征？

近年來(lái)有研究表明[11]，冬季的北大西洋濤動(dòng)（North Atlantic Oscillation，NAO）與夏季鄂霍次克海高壓有關(guān)聯(lián)，一月份NAO為正（負(fù)）位相時(shí)，六月鄂霍次克海高壓將偏強(qiáng)（弱）。一系列研究表明，NAO指數(shù)無(wú)論是振幅還是位相都表現(xiàn)出明顯的年代際變化特征[12-13]。夏季歐亞中高緯持續(xù)異常如果存在年代際變化特征，其與NAO、海溫以及我國(guó)降水的年代際變化之間的關(guān)系又是如何的？這有待于在本工作中進(jìn)行考察和研究。

本文將利用潘婕等[14]定義的夏季歐亞中高緯持續(xù)流型指數(shù)的年代際變化來(lái)反映歐亞中高緯大氣環(huán)流的多年振動(dòng)，嘗試揭示夏季歐亞中高緯持續(xù)流型的年代際變化與NAO、海溫以及我國(guó)降水等的年代際變化之間的聯(lián)系。

2 資料

本文所使用的資料包括：（1）潘婕等[14]定義的1959—2000年6—8月夏季歐亞中高緯500 hPa流型指數(shù)I；（2）中國(guó)氣象局的336站逐月降水量資料，覆蓋時(shí)段1959—1994年6—8月；（3）美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）全球海溫格點(diǎn)場(chǎng)月平均資料，覆蓋時(shí)段為1959—2000年6—8月，經(jīng)緯度網(wǎng)格距為2°×2°，緯向格點(diǎn)序數(shù)i=1—180，經(jīng)向格點(diǎn)序數(shù)j=1—90；（4）1958—2000年冬季（12、1、2、3月）NAO指數(shù)[15]。

其中，資料（1）中流型指數(shù)I的意義主要用于表征夏季歐亞中高緯500 hPa高度場(chǎng)持續(xù)流型，當(dāng)I≥0.9（I≤-0.9）且持續(xù)時(shí)間≥10 d時(shí)為E（C）型過(guò)程。E型特點(diǎn)是歐洲西海岸為長(zhǎng)波槽，烏拉爾山、貝加爾湖、鄂霍次克海地區(qū)分別為長(zhǎng)波脊、槽、脊；C型環(huán)流的槽脊位置與E型相反。

3 流型指數(shù)的年代際變化

圖1為1959—2000年夏季歐亞中高緯平均流型指數(shù)I的直方圖。從圖1a可看出，夏季流型指數(shù)時(shí)間序列的分布存在一定的年代際變化或階段性特征，20世紀(jì)60、70年代以負(fù)指數(shù)為主，80年代除了1981年和1982年為弱的負(fù)指數(shù)為其余年份均為正指數(shù)，90年代正負(fù)指數(shù)出現(xiàn)頻數(shù)相當(dāng)。

由圖1還可看到，6月份（見(jiàn)圖1b）歐亞中高緯流型指數(shù)I的逐年均值分布形勢(shì)與夏季的最為相似，兩者的正負(fù)值所出現(xiàn)的年份多數(shù)吻合。由平均指數(shù)正負(fù)值的發(fā)生頻數(shù)也可看出它們的年代際變化趨勢(shì)也很相近：夏季平均圖上，1961—1980年出現(xiàn)正值10次，負(fù)值10次，1981—2000年出現(xiàn)正值12次，負(fù)值8次，即1980年以前出現(xiàn)正（負(fù)）值的頻數(shù)少（多）于1980年之后；而1980年以前6月份出現(xiàn)正（負(fù)）值的頻數(shù)也明顯少（多）于1980年之后，1980年以前出現(xiàn)正值8次，負(fù)值12次，1980年之后出現(xiàn)正值14次，負(fù)值6次。兩段時(shí)期7月份的正負(fù)值發(fā)生頻數(shù)趨于一致，到了8月份，正負(fù)值發(fā)生頻數(shù)已與6月份相反。

而流型指數(shù)的線性變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖2）又略有不同。從總體上考察，夏季指數(shù)呈上升趨勢(shì)，6月更明顯，7月幾乎不變，8月則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而從分時(shí)段的趨勢(shì)看，夏季的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變與7月較相似，且7月的趨勢(shì)轉(zhuǎn)折最為明顯，由60、70年代的上升趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)?0、90年代的下降趨勢(shì)；6、8月則是由下降轉(zhuǎn)為上升?？傊?，流型指數(shù)的變化趨勢(shì)也存在著年代際變化特征。

另外，從1959—2000年夏季歐亞中高緯各型異常環(huán)流持續(xù)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看（見(jiàn)參考文獻(xiàn)[14]中表2），夏季E、C型過(guò)程發(fā)生頻數(shù)的年代際變化特征是很明顯的，而6月份的E、C型過(guò)程的發(fā)生頻數(shù)年代際變化則更顯著，但6月份是日歷上的日期，為了更好體現(xiàn)天氣意義，我們考慮了我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)平均出梅日期（7月8日）之前的一段時(shí)間（6月1日—7月8日）：1961—1980年C型過(guò)程在7月8日前出現(xiàn)的次數(shù)（9次）遠(yuǎn)多于E型（5次），而1981—2000年則是E型出現(xiàn)的次數(shù)多于C型，分別為7次和2次；就累積天數(shù)而言，發(fā)生日期在這段時(shí)間內(nèi)的E、C型過(guò)程在前20 a分別為72 d和124 d，后20 a分別為110 d和37 d，也就是說(shuō)，前20 a，C型出現(xiàn)的頻數(shù)和累積天數(shù)超過(guò)E型，而后20 a，E型出現(xiàn)頻數(shù)和累積天數(shù)則遠(yuǎn)超過(guò)C型?？梢?jiàn)E、C型過(guò)程的年代際變化特征是很明顯的，而6月份這種特征最為顯著，這主要是因?yàn)楸疚乃x的夏季歐亞中高緯持續(xù)流型出現(xiàn)頻率在6月份占多數(shù)，因此6月份的變化特征與整個(gè)夏季最相似、最有代表性。

上述種種跡象表明，夏季歐亞中高緯持續(xù)流型很有可能存在著年代際突變。為了更好地加以判斷，我們對(duì)1959—2000年逐日流型指數(shù)序列用滑動(dòng)t-檢驗(yàn)檢測(cè)其均值突變（滑動(dòng)t-檢驗(yàn)方法詳見(jiàn)魏鳳英[16]）。取子序列長(zhǎng)度n1＝n2＝10，計(jì)算出的t-統(tǒng)計(jì)量序列如圖3所示。

從圖3看出，t-統(tǒng)計(jì)量極值分別出現(xiàn)在1980年和1990年，1980年為正值，1990年為負(fù)值，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了1%的顯著性水平。說(shuō)明在這42 a間，流型指數(shù)10 a均值的兩次最大突變出現(xiàn)在1980年左右和1990年左右。1980年左右經(jīng)歷了一次由負(fù)值到正值的轉(zhuǎn)變，1990年左右又由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值。這與前面的分析是一致的。

圖1 流型指數(shù)逐年均值直方圖（虛線為其所在時(shí)間區(qū)間的20 a平均值）

此外我們還計(jì)算了子序列長(zhǎng)度n1＝n2＝20的滑動(dòng)t-統(tǒng)計(jì)量，1979、1980、1981年的t-統(tǒng)計(jì)量數(shù)值分別為1.73、3.08、2.96，1980年和1981年均達(dá)到了1%顯著性水平，1979年也達(dá)到了10%的顯著性水平，可見(jiàn)1980年前后流型指數(shù)均值確實(shí)發(fā)生了年代際突變。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證流型指數(shù)的年代際變化及提取其振蕩周期，對(duì)1959—2000年流型指數(shù)的夏季均值時(shí)間序列進(jìn)行了小波分析，圖4為流型指數(shù)夏季均值小波變換平面圖，圖的上半部分為低頻振蕩區(qū)，等值線相對(duì)稀疏，對(duì)應(yīng)較長(zhǎng)尺度的周期振蕩；下半部分是高頻振蕩，等值線相對(duì)密集，對(duì)應(yīng)較短尺度周期的振蕩?？梢钥吹剑?2 a變化中，7—8 a、14—15 a及20 a的周期振蕩都很清楚，不同周期內(nèi)小波系數(shù)的振幅強(qiáng)度和振蕩中心位置都有所不同，較長(zhǎng)尺度周期均呈現(xiàn)比較均勻的振蕩態(tài)勢(shì)，在7—10 a周期、11—20 a周期內(nèi)小波系數(shù)都分別以一定的振蕩規(guī)律分布著，沒(méi)有出現(xiàn)很劇烈的振動(dòng)，說(shuō)明夏季歐亞中高緯持續(xù)異常在較長(zhǎng)時(shí)間尺度上是有規(guī)律可循的。

圖2 流型指數(shù)逐年均值曲線及線性變化趨勢(shì)

圖3 流型指數(shù)滑動(dòng)t-統(tǒng)計(jì)量曲線

在小波變化曲線圖上（見(jiàn)圖5）可以清楚的看到，流型指數(shù)的年代際變化很明顯，在15—20 a的周期振蕩中，年代際突變點(diǎn)在1976/1977年附近，即1976/1977年前后流型指數(shù)有正負(fù)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。

以上分析表明，對(duì)于夏季歐亞中高緯環(huán)流場(chǎng)，無(wú)論是持續(xù)過(guò)程還是逐日流型，均存在著明顯的年代際變化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)在1980年前后。因此后面將以1980年為時(shí)間分界點(diǎn)討論其前后兩段時(shí)期流型指數(shù)與各要素場(chǎng)的聯(lián)系。

圖4 流型指數(shù)夏季均值小波變換

圖5 流型指數(shù)夏季均值小波變換曲線

4 流型指數(shù)與我國(guó)夏季降水年代際變化的聯(lián)系

由歐亞中高緯流型指數(shù)I的夏季均值年代際變化來(lái)看：1980年以前流型指數(shù)正（負(fù)）值少（多）于1980年以后的，相應(yīng)的，1980年以前E（C）型少（多）于1980年以后。從持續(xù)流型與我國(guó)夏季降水異常的相關(guān)關(guān)系分析[14]得知：夏季歐亞中高緯流型指數(shù)I與我國(guó)月降水總量在長(zhǎng)江下游地區(qū)、東北大部為正相關(guān)，華北、華南為負(fù)相關(guān)，因此1980年前一段時(shí)期江淮降水與后一段時(shí)期相比應(yīng)偏少，華北、華南則偏多。再?gòu)?月、8月的環(huán)流指數(shù)年代際變化來(lái)看：6月，情況與整個(gè)夏季相似；8月，1980年以前正指數(shù)多于1980年以后，由于8月環(huán)流指數(shù)與江淮流域降水為負(fù)相關(guān)，與華北為正相關(guān)，那么1980年以前江淮流域降水應(yīng)偏少，華北偏多，1980年以后則應(yīng)是江淮流域降水偏多，華北偏少。

為了解1980年前后兩段時(shí)期江淮流域以及華北的降水量分布，分別對(duì)1980年前后兩段時(shí)期我國(guó)月降水量距平進(jìn)行合成。

從合成圖上看，1980年以前（見(jiàn)圖6a），夏季江淮流域、東北地區(qū)降水確實(shí)為負(fù)距平，華北除內(nèi)蒙外基本為正距平，但達(dá)到置信水平為90%的區(qū)域相對(duì)較少，華南大部為正距平區(qū)，而1980年以后（見(jiàn)圖6b）江淮流域降水為正距平，華北、華南為負(fù)距平，而這些都分別與E、C型過(guò)程的夏季月降水量距平合成圖（見(jiàn)參考文獻(xiàn)[14]中圖7）分布特征相吻合：1980年以前的分布與C型過(guò)程的相似，1980以后的則與E型過(guò)程的相似。

在林學(xué)椿[1]對(duì)20世紀(jì)70年代末、80年代初氣候躍變的研究中也指出，躍變前東亞地區(qū)由低緯度到高緯度500 hPa高度距平呈－＋－分布，我國(guó)江淮流域降水偏少；而躍變后東亞地區(qū)由低緯度到高緯度500 hPa高度距平呈＋－＋分布，我國(guó)江淮流域降水偏多?？梢?jiàn)這些結(jié)論是一致的。

圖6 兩段時(shí)期夏季月降水量距平合成圖（單位：mm）

圖7 兩段時(shí)期6月海溫距平合成圖（單位：℃）

前面指出，C型過(guò)程與華北夏季降水正距平相對(duì)應(yīng)。陸日宇[17]在研究華北夏季不同月份降水的年代際變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)夏季降水量具有明顯的年代際變化，在20世紀(jì)50年代及60年代前半期，華北降水量明顯偏多，在1965年附近，降水量急劇減少，進(jìn)入70年代降水量略有回升，而整個(gè)80年代華北地區(qū)夏季降水量最少，進(jìn)入90年代后，降水量略呈上升趨勢(shì)。孫淑清[18]也指出，華北降水距平有明顯的20 a左右的年代際變化，從總體上講，從50年代初至70年代為豐水期，70年代至90年代則為枯水期，而從1992年以后又開(kāi)始變?yōu)檎嗥?。這些都與本工作中所討論的C型持續(xù)過(guò)程在60年代發(fā)生頻次較多，70年代稍減少，而80年代甚至一例都未出現(xiàn)，到了1993年又開(kāi)始出現(xiàn)這種年代際變化相對(duì)應(yīng)。

可見(jiàn)，夏季歐亞中高緯流型指數(shù)的年代際變化特征與我國(guó)夏季降水的年代際變化趨勢(shì)是存在相關(guān)的。

5 海表溫度距平的年代際變化

正如引言所提到的，林學(xué)椿[1]在研究20世紀(jì)70年代末、80年代初氣候躍變及其影響時(shí)指出北太平洋海溫在70年代末、80年代初確實(shí)存在著一次明顯的躍變，而我們前面也曾指出，E、C型過(guò)程發(fā)生頻數(shù)在1980年前后也有明顯對(duì)比。因此，以1980年為突變點(diǎn)，考察突變前后的海表溫度場(chǎng)特征。

由于6月的情況能較好地表征整個(gè)夏季的特征，因此以6月為例。圖7a、b分別為1961—1980年和1981—2000年的6月海溫距平合成圖?？梢钥闯?，在印度洋、太平洋和大西洋地區(qū)兩段時(shí)期的海溫距平符號(hào)幾乎完全相反，作為兩段時(shí)期的距平圖，這種結(jié)果是很自然的，但其差異很明顯，說(shuō)明此結(jié)果還是有意義的。

1961—1980年，正距平區(qū)主要位于30°—50°N太平洋，印度洋、暖池區(qū)、美洲西岸和北太平洋高緯地區(qū)基本都是負(fù)距平，北大西洋大部分也為負(fù)距平，這與6月C型過(guò)程的海溫距平場(chǎng)（圖略）相似。在1981—2000年圖上也有對(duì)應(yīng)的分布特征，只是距平符號(hào)相反，并與E型過(guò)程的海溫距平場(chǎng)（圖略）相似。

這個(gè)分析結(jié)果與孫淑清[18]給出的對(duì)應(yīng)華北豐水期和枯水期的夏季海溫平均距平分布特征是一致的。

此外，以往的研究表明，太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation，PDO）與東亞大氣環(huán)流及中國(guó)氣候的年代際變化關(guān)系密切[19]，PDO在1976年前后發(fā)生了冷暖位相的轉(zhuǎn)換，而PDO暖位相期，夏季華北地區(qū)降水異常偏少、長(zhǎng)江中下游則偏多，也暗示著太平洋海溫變化可能與流型指數(shù)在1980年前后的變化之間存在聯(lián)系，其影響規(guī)律及物理機(jī)制有待今后的工作進(jìn)一步考察。

以上分析表明夏季歐亞中高緯持續(xù)流型、我國(guó)華北、華南及江淮流域降水與海表溫度場(chǎng)的年代際變化可能有十分密切的關(guān)系。

6 流型指數(shù)與NAO指數(shù)年代際變化的關(guān)系

Ogi等[20]指出，NAO信號(hào)能被雪蓋、海冰、海表溫度等記憶，從而影響到夏季大氣環(huán)流。盡管NAO是北大西洋地區(qū)海平面氣壓的南北向“蹺蹺板”現(xiàn)象，但有研究表明，500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)同樣存在這種變化[21]。一系列研究表明，無(wú)論是NAO指數(shù)的振幅還是位相都表現(xiàn)出明顯的年代際變化特征，在20世紀(jì)70年代末80年代初發(fā)生了轉(zhuǎn)折[13,15，21]，那么，持續(xù)流型與NAO之間是否存在一定聯(lián)系？為了了解這個(gè)問(wèn)題，我們首先考察冬季（DJFM）NAO指數(shù)與持續(xù)流型之間的關(guān)系。

圖8是流型指數(shù)與前期冬季NAO指數(shù)的曲線圖（經(jīng)過(guò)三點(diǎn)平滑），可以看出，在1980年以前流型指數(shù)與前期冬季NAO指數(shù)關(guān)系比較好，而在1980年以后則未表現(xiàn)出明顯的關(guān)系。

以1959—2000年為時(shí)間序列考察二者的相關(guān)性，前期NAO指數(shù)與夏季流型指數(shù)的年際相關(guān)系數(shù)為0.193，與6月流型指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.270，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)后者達(dá)到了90%的置信水平，可見(jiàn)至少6月份的持續(xù)流型與前期冬季NAO存在關(guān)聯(lián)，為顯著的正相關(guān)關(guān)系。

將流型指數(shù)和NAO指數(shù)分別作11 a、21 a滑動(dòng)平均后再求相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為：11 a滑動(dòng)平均后：0.723（與夏季流型指數(shù)），0.884（與6月流型指數(shù)）；21 a滑動(dòng)平均后：0.828（與夏季流型指數(shù)），0.955（與6月流型指數(shù)）。均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了99%的置信水平，說(shuō)明冬季NAO變化與后期夏季歐亞中高緯持續(xù)異常在年代際尺度上關(guān)系更為密切。

由于冬季NAO信號(hào)可能被海溫所儲(chǔ)存從而影響到夏季大氣環(huán)流，而NAO指數(shù)與流型指數(shù)之間又存在相當(dāng)好的正相關(guān)關(guān)系，我們合成了冬季NAO指數(shù)高值和低值對(duì)應(yīng)年的春季SST距平（見(jiàn)圖9），選取NAO指數(shù)高、低值的標(biāo)準(zhǔn)為絕對(duì)值大于1.672（該值是1959—2000年冬季NAO指數(shù)絕對(duì)值的42 a平均值）。

與E、C型過(guò)程前期（春季）SST距平合成圖（圖略）相比，NAO高指數(shù)對(duì)應(yīng)的SST距平（見(jiàn)圖9a）與E型過(guò)程對(duì)應(yīng)的SST距平分布非常相似，太平洋到大西洋上，由赤道往北有3條正負(fù)相間的傾斜距平帶，說(shuō)明冬季NAO變化很可能通過(guò)海溫的“記憶”功能影響了夏季歐亞中高緯持續(xù)異常。

不過(guò)，這種帶狀分布形勢(shì)在NAO低指數(shù)對(duì)應(yīng)的SST距平合成場(chǎng)（見(jiàn)圖9b）上并不明顯，這種不同是否意味著前期冬季NAO變化對(duì)歐亞中高緯持續(xù)正異常由春入夏的演變更具有指示意義？這需要后面更深入的工作進(jìn)行考察。

上述分析表明，E、C過(guò)程前期冬季NAO與E、C過(guò)程存在著聯(lián)系，前冬NAO指數(shù)的年際變化趨勢(shì)與流型指數(shù)相似，且總的年際相關(guān)很好，而年代際尺度上的關(guān)系更為密切。因此考察了流型指數(shù)與NAO指數(shù)年代際變化之間的關(guān)系。

將1959—2000年流型指數(shù)夏季、6月均值和前期冬季（DJFM）NAO指數(shù)分別做11 a和21 a滑動(dòng)平均（見(jiàn)圖10和圖11），圖中橫坐標(biāo)代表滑動(dòng)窗口的中項(xiàng)，比如圖10中1964指示著1959—1969年，1965指示著1960—1970年，圖11中1969指示著1959—1979年，以此類(lèi)推。

圖8 流型指數(shù)與前期冬季（DJFM平均）NAO指數(shù)3點(diǎn)平滑曲線

圖9 冬季NAO高、低指數(shù)對(duì)應(yīng)的后期（春季）海溫距平合成圖（單位：℃）

顯然，它們的十年或年代際變化是十分清楚的，不管是夏季還是6月的流型指數(shù)均值與冬季NAO指數(shù)的年代際變化位相都較一致，而且趨勢(shì)也都是由負(fù)指數(shù)向正指數(shù)發(fā)展，雖然流型指數(shù)11 a滑動(dòng)平均的結(jié)果（見(jiàn)圖10虛線）在20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)下滑趨勢(shì)，但在更長(zhǎng)時(shí)間尺度上（21 a滑動(dòng)平均）（見(jiàn)圖11）二者均具有由負(fù)指數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎笖?shù)的年代際變化特征，可以說(shuō)二者的年代際變化是十分相似的。

將圖10、圖11中各個(gè)小圖里的兩條曲線求相關(guān)，所得相關(guān)系數(shù)分別為：0.723（見(jiàn)圖10a）、0.884（見(jiàn)圖10b）、0.828（見(jiàn)圖11a）、0.955（見(jiàn)圖11b），均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了1%的顯著性水平，表明夏季歐亞中高緯持續(xù)流型指數(shù)與前期冬季NAO指數(shù)在年代際尺度上關(guān)系甚為密切。

為了進(jìn)一步探討這種關(guān)系，圖12給出了夏季和6月流型指數(shù)均值和前期冬季NAO指數(shù)的滑動(dòng)相關(guān)圖?；瑒?dòng)窗口為21 a，時(shí)間段為1959—1979年到1980—2000年。圖中橫坐標(biāo)指示滑動(dòng)窗口的時(shí)間中項(xiàng)（與滑動(dòng)平均的橫坐標(biāo)意義相同）。

圖10 流型指數(shù)與前期冬季（DJFM平均）NAO指數(shù)11 a滑動(dòng)平均曲線

圖11 流型指數(shù)與前期冬季（DJFM平均）NAO指數(shù)21 a滑動(dòng)平均曲線

由圖12可見(jiàn)，兩個(gè)指數(shù)之間在年際尺度上基本上為正相關(guān)關(guān)系（時(shí)間序列長(zhǎng)度為21 a），1980年之前兩者的正相關(guān)關(guān)系比較穩(wěn)定，基本圍繞在90%置信水平臨界值附近波動(dòng)，隨后夏季流型指數(shù)與NAO指數(shù)的相關(guān)性逐漸減弱，1984—1989年間相關(guān)系數(shù)接近零值，幾乎線性獨(dú)立，到1990年轉(zhuǎn)變?yōu)檩^明顯的負(fù)相關(guān)。而6月流型指數(shù)與NAO指數(shù)的相關(guān)性較好，1985年之前相關(guān)系數(shù)大體上維持在90%置信度水平臨界值附近，之后也開(kāi)始出現(xiàn)下滑，但下滑幅度較弱，仍然有較明顯的正相關(guān)關(guān)系，也是到了1990年出現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

圖12的滑動(dòng)相關(guān)曲線表明，在流型指數(shù)和NAO指數(shù)均值由負(fù)位相轉(zhuǎn)向正位相過(guò)程中，兩者之間的關(guān)系也發(fā)生了變化，負(fù)指數(shù)居多時(shí)，兩者為正相關(guān)且相關(guān)較好，當(dāng)正指數(shù)偏多時(shí)，兩者正相關(guān)關(guān)系減弱或者轉(zhuǎn)為負(fù)相關(guān)。

圖12 流型指數(shù)與前期冬季（DJFM平均）NAO指數(shù)21 a滑動(dòng)相關(guān)曲線

7 結(jié)論與討論

本文主要利用流型指數(shù)分析了夏季歐亞中高緯持續(xù)異常的年代際變化特征，并初步探討了流型指數(shù)年代際變化與我國(guó)夏季降水、海表溫度距平場(chǎng)、北大西洋濤動(dòng)等年代際變化之間的聯(lián)系。結(jié)果表明：

（1）夏季歐亞中高緯流型指數(shù)I有明顯的年代際變化，1980年前后流型指數(shù)均值發(fā)生了年代際突變，前期為負(fù)值，后期為正值；持續(xù)流型也以1980年為突變點(diǎn)存在著年代際突變，20世紀(jì)60、70年代C型過(guò)程出現(xiàn)頻數(shù)較高，80年代E型過(guò)程出現(xiàn)頻數(shù)增高而C型過(guò)程未出現(xiàn)，90年代兩類(lèi)過(guò)程頻數(shù)相當(dāng)。即1980年前后有明顯的差異。從分月情況看，6月跟整個(gè)夏季的情況最為相似，8月則不同；

（2）夏季歐亞中高緯流型指數(shù)的年代際變化特征與我國(guó)降水的年代際變化趨勢(shì)有一定的關(guān)系?？偟膩?lái)說(shuō)，負(fù)指數(shù)偏多的60、70年代華北、華南降水偏多，而正指數(shù)占優(yōu)勢(shì)的80年代華北、華南降水則明顯偏少；江淮流域的情況則相反；

（3）6月海表溫度距平的年代際變化與夏季歐亞中高緯持續(xù)環(huán)流的年代際變化具有一致性，SSTA在1980年前后也有明顯變化，且1961—1980年（1981—2000年）的海表溫度距平合成與C（E）型個(gè)例合成基本一致，印證了SSTA與夏季歐亞中高緯持續(xù)環(huán)流的關(guān)聯(lián)；

（4）考察前期（冬季）NAO指數(shù)，發(fā)現(xiàn)其年際變化趨勢(shì)與流型指數(shù)相似，且年際相關(guān)很好，而年代際尺度上的關(guān)系更為密切。流型指數(shù)與前期冬季NAO指數(shù)的年代際變化在位相和趨勢(shì)上都表現(xiàn)出一致性，兩者在年代際尺度上存在密切的正相關(guān)關(guān)系；而它們的年際相關(guān)也存在著年代際變化，隨著流型指數(shù)值由80年代前的負(fù)值居多轉(zhuǎn)為80年代后的正值居多，兩者的相關(guān)關(guān)系也由顯著正相關(guān)逐漸減弱。

綜上所述，流型指數(shù)不僅在季內(nèi)有指示作用，也可用于年代際分析。夏季歐亞中高緯典型持續(xù)流型有明顯的年代際變化，這種年代際變化不是孤立現(xiàn)象，跟全球氣候變化有一致性。其影響因子也有相應(yīng)的年代際變化，且年代際變化突變點(diǎn)前后兩段時(shí)期的合成圖與相應(yīng)C、E型過(guò)程的合成圖有一致性，印證了下墊面強(qiáng)迫、大氣環(huán)流遙相關(guān)等在夏季歐亞中高緯持續(xù)環(huán)流的形成和維持中的作用。

NAO高指數(shù)與E型過(guò)程對(duì)應(yīng)的SST距平的相似性暗示著冬季NAO變化很可能通過(guò)海溫的“記憶”功能影響了夏季歐亞中高緯環(huán)流持續(xù)異常；另外，楊修群等[22]的研究表明，前冬NAO與格陵蘭海冰變化也存在顯著聯(lián)系，若NAO減弱，將使得東北風(fēng)有所加強(qiáng)，導(dǎo)致春季格陵蘭海冰面積向南擴(kuò)展，反之，NAO正位相時(shí)，格陵蘭海冰面積持續(xù)減小，而我們考察E、C型過(guò)程前春北極海冰面積時(shí)也發(fā)現(xiàn)，E型過(guò)程（對(duì)應(yīng)前冬NAO正位相）格陵蘭海冰面積減小。數(shù)值模擬也發(fā)現(xiàn)，春季北大西洋海溫異常對(duì)夏季歐亞中高緯環(huán)流異常有很大影響。前冬NAO與春季海溫、海冰及夏季E、C型過(guò)程之間的這些聯(lián)系為我們提供“前期NAO影響海溫、海冰→春季海溫、海冰儲(chǔ)存前冬NAO變化信號(hào)→春季海溫、海冰作用于春、夏中高緯環(huán)流”的思路來(lái)認(rèn)識(shí)前冬NAO和夏季歐亞中高緯環(huán)流持續(xù)異常的相關(guān)性。這有待于進(jìn)一步的數(shù)值試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

我們定義的C型持續(xù)環(huán)流自1981到1992年未出現(xiàn)一次，存在明顯的年代際變化特征。這個(gè)現(xiàn)象不是孤立的，以前不少研究都已指出類(lèi)似的現(xiàn)象，例如東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度[3,23]、北大西洋濤動(dòng)[24]、華北降水[17-18]、太平洋海溫[1,4-5]等等，都在上世紀(jì)80年代出現(xiàn)明顯的變化。它們相互印證全球大氣環(huán)流自1980年發(fā)生的年代際變化。眾所周知，中高緯度環(huán)流的變化更具有混沌性質(zhì)，但卻同樣顯示了清楚的年代際變化，這是很有意思的。它和其它環(huán)流要素變化之間的聯(lián)系及其發(fā)生的共同原因值得深入研究。

[1]林學(xué)椿.1998:70年代末、80年代初氣候躍變及其影響[M]//,.見(jiàn):王明星主編.東亞季風(fēng)和中國(guó)暴雨.北京:氣象出版社,1998: 240-249.

[2]李峰,何金海.2000:北太平洋海溫異常與東亞夏季風(fēng)相互作用的年代際變化[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2000,16(3):260-271.

[3]李峰,何金海.2001a:東亞夏季風(fēng)與北太平洋SSTA關(guān)系的年代際變化特征及其機(jī)制研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2001a,24(2): 199-206.

[4]李峰,何金海.2001b:太平洋區(qū)域海溫躍變及其與東亞夏季風(fēng)的關(guān)系[J].氣象科學(xué),2001b,21(1):28-35.

[5]鐘姍姍,何金海,劉宣飛.2002:太平洋次表層海溫年代際變率及其突變特征[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2002,25(5):595-602.

[6]周連童,黃榮輝.,2003:關(guān)于我國(guó)夏季氣候年代際變化特征及其可能成因的研究[J].氣候與環(huán)境研究,2003,8(3):274-290.

[7]楊修群,郭燕娟,徐桂玉,等.2002:年際和年代際氣候變化的全球時(shí)空特征比較[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,38(3): 308-317.

[8]陳漢耀.1957:1954年長(zhǎng)江淮河流域洪水時(shí)期的環(huán)流特征[J].氣象學(xué)報(bào),1957,28(1):1-12.

[9]丁一匯.1993:1991年江淮流域持續(xù)性特大暴雨研究[M].北京:氣象出版社,1993.

[10]陶詩(shī)言,張慶云,張順利.1998:1998年長(zhǎng)江流域洪澇災(zāi)害的氣候背景和大尺度環(huán)流條件[J].氣候與環(huán)境研究,1998,3(4): 290-299.

[11]Ogi,M.,Y.Tachibana Y,K.Yamazaki K.2004:The Connectivity of the Winter North Atlantic Oscillation(NAO)and the Summer Okhotsk High[J].Journal of the Meteorological Society of JapanJ. Met.Soc.Japan,2004,82(3):905-913.

[12]Wallace,J.M,C.Smith C,C.S.Bretherton C S.,1992:Singular Value Decomposition of Wintertime Sea Surface Temperature and 500-mb Height Anomalies[J].Journal of ClimateJ.Climate,1992, 5(6):561-576.

[13]Hurrell,J.W.1995:Decadal Trends in the North Atlantic Oscillation:Regional temperatures and precipitation[J].Science, 1995,269(5224):676-679.

[14]潘婕,王盤(pán)興,紀(jì)立人.2004:夏季歐亞中高緯持續(xù)流型特征I:流型指數(shù)與持續(xù)流型[J].氣象科學(xué),2004,24(2):127-136.

[15]Jones,P.D.,T.Jonsson T,D.Wheeler D.,1997:Extension to the North Atlan-tic Oscillation Using Early Instrumental Pressure Observationsf-romGibraltarandSouth-WestIceland[J]. International.Journal of.Climatology.,1997,17(13):1433-1450.

[16]魏鳳英.1999:現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京:氣象出版社,1999:63-65.

[17]陸日宇.1999:華北夏季不同月份降水的年代際變化[J].高原氣象,1999,18(4):509-519.

[18]孫淑清.1999:近五十年來(lái)華北地區(qū)旱澇特征與全球變化的研究及對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的探討[J].高原氣象,1999,18(4):541-551.

[19]朱益民,楊修群.2003:太平洋年代際振蕩與中國(guó)氣候變率的聯(lián)系[J].氣象學(xué)報(bào),2003,61(6):641-654.

[20]Ogi,M.,Tachibana Y,K.Yamazaki K.,2003:Impact of the Wintertime North Atlantic Oscillation(NAO)on the Summertime Atmospheric Circulation[J].Geophysical Research Letters Geophys.Res.Lett.,2003,30(13):,1701,doi:10.1029/2003GL018545.

[21]Wallace,J.M.,D.S.Gutzler D S.,1981:Teleconnections in the Geopotential Height Field During the Northern Hemisphere Winter[J].Monthly Weather ReviewMon.Wea.Rev.,1981,109 (4):784-812.

[22]楊修群,謝倩,黃士松.1995:夏季赤道中東太平洋海溫和北極海冰異常對(duì)大氣環(huán)流影響的數(shù)值模擬[J].海洋學(xué)報(bào),1995,17 (1):241-3125.

[23]陳月娟,簡(jiǎn)俊,周任君.2002:ENSO循環(huán)各階段東亞夏季風(fēng)特征的診斷研究[J].高原氣象,2002,21(5):441-446.

[24]鄧自旺,施能,王永波.2001:南方濤動(dòng)(SO)與北大西洋濤動(dòng)(NAO)百年變化特征的正交小波分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2001, 17(1):57-64.

Interdecadal variation of the persistent anomalous circulation over Eurasian mid-high latitude in summer

PAN Jie1，JI Li-ren2
（1.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081; 2.Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029)

The interdecadal variation of the persistent general circulation pattern index over Eurasian mid-high latitude in summer(hereinafter referred to as CP-index)is investigated to reflect the interdecadal variation,and try to reveal the relation of the interdecadal variation of the persistent general circulation over Eurasian mid-high latitude in summer to the rainfall in China,global sea surface temperature and North Atlantic Oscillation(NAO). The main conclusions are as follows:(1)From 1959 to 2000,the summertime circulation over Eurasian mid-high latitude experience obvious interdecadal variation,while the index value a shift of the average index around 1980.(2)The trend of interdecadal variation of the CP-index is consistent with that of the rainfall in China, global sea surface temperature anomaly.(3)The NAO index(in winter)and the CP-index(in summer)show a similar trend for interannual and interdecadal variation.Highly statistic significant positive correlativity exists between the two index under interdecadal time-scale.(4)The sea surface temperature in spring corresponding to NAO high-value index is similar to that corresponding to general circulation pattern E,which verifying the underlying surface forcing play main role in the formation and persistence of persistent general circulation pattern over Eurasian mid-high latitude in summertime.

Eurasian mid-high latitude in summer;persistent anomaly;decadal variation;rainfall;sea surface temperature;NAO

P434

：A

：1003-0239（2016）06-0057-12

10.11737/j.issn.1003-0239.2016.06.007

2015-04-20

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAC19B10）。

潘婕（1975-），女，副研究員，博士，從事氣候資源與氣候變化研究。E-mail：panjie@caas.cn