郭品文 吳冰菁

摘要 利用1958—2014年印度熱帶氣象研究所的全印度降水量、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）、日本氣象廳（JRA-55）及美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心與國(guó)家大氣預(yù)報(bào)中心（NCEP/NCAR）的再分析資料，研究了索馬里急流（SoMali Jet，SMJ）與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：1983年之前，SMJ與印度夏季降水有顯著的正相關(guān)關(guān)系，這跟以往的認(rèn)識(shí)一致，但在1983年之后兩者的正相關(guān)關(guān)系顯著減弱。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在1983年之前，南印度洋及索馬里沿岸有越赤道氣流正異常，阿拉伯海、印度西北地區(qū)存在西南風(fēng)正異常，異常強(qiáng)的SMJ對(duì)應(yīng)著異常強(qiáng)的阿拉伯海西南季風(fēng)，從而增加印度夏季的水汽輸送，進(jìn)而加強(qiáng)季風(fēng)降水，且SMJ與南亞高壓聯(lián)系密切;但在1983年后，阿拉伯海北部及印度西北地區(qū)的西南風(fēng)正異常減弱了，特別是在印度西海岸的西南風(fēng)正異常顯著減弱了，而且其與南亞高壓的關(guān)系也顯著減弱了，從而導(dǎo)致SMJ與印度夏季降水的正相關(guān)關(guān)系顯著減弱。另外，在印度夏季降水與ENSO、SMJ相關(guān)關(guān)系減弱的同時(shí)，初步顯示它與東亞/太平洋遙相關(guān)型（EAP）的相關(guān)關(guān)系卻有所加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 索馬里急流;印度夏季降水;相關(guān)關(guān)系;減弱

越赤道氣流是熱帶大氣環(huán)流的重要組成部分，它是南北兩半球大氣相互聯(lián)系、相互作用的重要紐帶;南、北半球通過越赤道氣流進(jìn)行質(zhì)量、動(dòng)量、水汽的交換（Findlater，1969a;Findlater，1969b;趙宗慈和王紹武，1979;曾慶存和李建平，2002;王會(huì)軍和薛峰，2003）。東半球有5支越赤道氣流，其中索馬里越赤道氣流（又稱索馬里急流SMJ）最為強(qiáng)盛。這支越赤道氣流，寬度不到赤道緯圈的2%，但幾乎有50%的越赤道輸送量是由它來完成的（Rao，1964）。

SMJ作為印度夏季風(fēng)系統(tǒng)的重要成員之一（Krishnmurti et al.，1976），它的強(qiáng)度與印度地區(qū)夏季降水存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（Findlater，1977;Cadet and Desbois，1981;Dube et al.，1990;Ju and Slingo，1995;Halpern and Woiceshyn，1999，2001;Kulkarni and Satyan，2002）。彭維耿和蔣尚城（2003）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)SMJ強(qiáng)度3 a左右的周期振蕩是造成印度季風(fēng)雨量2～3 a周期變化的主要原因之一。且強(qiáng)的SMJ與阿拉伯海西南風(fēng)正異常有關(guān)，該西南風(fēng)正異?？梢詾橛《燃撅L(fēng)區(qū)帶來更多的水汽（Findlater，1977;Chakraborty et al.，2009），因此，印度地區(qū)也將會(huì)有更多的降水。

然而，研究發(fā)現(xiàn)SMJ的垂直結(jié)構(gòu)在1995年左右發(fā)生了年代際變化（邱金晶和孫照渤，2013;謝磊等，2013;邱金晶等，2014）。Zhu（2012）研究發(fā)現(xiàn)，索馬里越赤道急流在20世紀(jì)70年代后期和20世紀(jì)90年代后期都經(jīng)歷了顯著的年代際變化。Xiao et al.（2015）研究也發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層高、低層的SMJ在20世紀(jì)90年代后期經(jīng)歷一個(gè)顯著的年代際轉(zhuǎn)換。另外，陳兵等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，SMJ與ENSO的關(guān)系在20世紀(jì)70年代末變?nèi)?。Kumar et al.（1999）等發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)70年代后期，ENSO與印度季風(fēng)降水關(guān)系開始減弱。Yun et al.（2010）也發(fā)現(xiàn)在1997/1998年El Nio后印度季風(fēng)區(qū)上空大氣出現(xiàn)了顯著的絕熱冷卻。綜上所述，SMJ、印度夏季風(fēng)與ENSO的關(guān)系均發(fā)生了年代際變化，不禁想問：SMJ與印度夏季降水是否能保持穩(wěn)定正相關(guān)關(guān)系呢？如果它們的相關(guān)關(guān)系有發(fā)生變化，那又是什么原因造成的呢？這是本文所要探索的問題。

1 資料

1.1 資料

1）印度熱帶氣象研究所1958—2014年夏季全印度總降水量（以下簡(jiǎn)稱全印降水指數(shù)）;

2）歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的1958—1982年ERA-40和1983—2014年ERA-interim月平均再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°;日本氣象廳JRA-55 1958—2014年月平均再分析資料，水平分辨率為1.25°×1.25°;美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心與國(guó)家大氣預(yù)報(bào)中心NECP/NCAR 1958—2014年月平均再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°;使用的氣象要素包括：850 hPa風(fēng)場(chǎng)，100 hPa高度場(chǎng)，可降水量場(chǎng)等。

1.2 索馬里急流指數(shù)

采用陳兵等（2005）定義的索馬里急流指數(shù)：夏季40°～50°E，5°S～5°N區(qū)域平均的850 hPa經(jīng)向風(fēng)V850風(fēng)速，來表征索馬里急流的強(qiáng)度。

2 SMJ與印度夏季降水關(guān)系的年代際變化

為研究SMJ與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系，用歐洲中心、日本氣象廳及NCEP/NCAR資料計(jì)算的SMJ指數(shù)分別與夏季可降水量場(chǎng)作相關(guān)（圖1）。從圖1a、b、c中均可以看到，SMJ與阿拉伯海、印度夏季降水均有較顯著的正相關(guān)關(guān)系，通過了95%置信度的顯著性檢驗(yàn)，特別是在印度西海岸，相關(guān)系數(shù)可以達(dá)到0.5，這樣的結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致（Findlater，1977;Cadet and Desbois，1981;Ju and Slingo，1995;Halpern and Woiceshyn，2001）。

用SMJ指數(shù)與全印降水指數(shù)作21 a滑動(dòng)相關(guān)時(shí)（圖2a）發(fā)現(xiàn)，在20世紀(jì)80年代初期之前，SMJ指數(shù)與全印降水指數(shù)相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.45以上，可以通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn)，這跟以往的研究結(jié)果一致;但在20世紀(jì)80年代初期之后，兩者的正相關(guān)關(guān)系顯著減弱，相關(guān)系數(shù)平均在0.15左右，不能通過90%置信度的顯著性檢驗(yàn)。由此可見，SMJ與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系在20世紀(jì)80年代初期之后減弱了。

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果，取印度地區(qū)（70°～85°E、10°S～25°N）區(qū)域平均的夏季可降水量作為印度夏季可降水量指數(shù)，與SMJ指數(shù)作21 a滑動(dòng)相關(guān)（圖2b）。從圖2b中可以看到，在20世紀(jì)80年代初期之前，SMJ指數(shù)與印度夏季可降水量指數(shù)的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.45以上，通過了95%置信度的顯著性檢驗(yàn)，但在20世紀(jì)80年代初期之后兩者的正相關(guān)關(guān)系明顯減弱，相關(guān)系數(shù)平均在0.15左右，不能通過90%置信度的顯著性檢驗(yàn)。因此，從可降水量資料與SMJ指數(shù)計(jì)算的21 a滑動(dòng)相關(guān)結(jié)果也可以得到SMJ與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系在20世紀(jì)80年代初期之后減弱了，再次驗(yàn)證上文的結(jié)論。

為進(jìn)一步研究SMJ與印度夏季降水相關(guān)關(guān)系的年代際變化，根據(jù)前文的分析，本文將研究時(shí)段分為1958—1982年和1983—2014年，即分為SMJ與印度夏季降水相關(guān)關(guān)系顯著的時(shí)段和相關(guān)關(guān)系減弱了的時(shí)段。

為研究SMJ與印度夏季風(fēng)降水的相關(guān)模態(tài)，本文作了SMJ指數(shù)與夏季可降水量資料的場(chǎng)相關(guān)（圖3）。從圖3a、b、c中均可以看到，1983年之前，SMJ與北印度洋、阿拉伯海、印度及孟加拉灣等地區(qū)的可降水量有較顯著的正相關(guān)關(guān)系，且都通過95%的顯著性檢驗(yàn)，特別是在印度西海岸地區(qū)相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.7及以上。而從圖3d、e、f均可以看到SMJ與印度夏季可降水量的正相關(guān)關(guān)系在1983年之后發(fā)生了顯著的年代際減弱，相關(guān)關(guān)系不能通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn)。進(jìn)一步證明SMJ與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系在1983年之后發(fā)生了年代際減弱。

3 SMJ與印度夏季風(fēng)環(huán)流關(guān)系的年代際變化的原因

為探究SMJ與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系發(fā)生年代際減弱的原因，分別計(jì)算了與SMJ指數(shù)相對(duì)應(yīng)的夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)、水汽通量散度的回歸及指數(shù)與100 hPa高度場(chǎng)的相關(guān)分布（圖4、5、6）

圖4為與SMJ指數(shù)相對(duì)應(yīng)的夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)回歸，其中灰色陰影部分通過95%的顯著性檢驗(yàn)。從圖4a、b、c中均可以看到，在1983年之前，南印度洋及索馬里沿岸有越赤道氣流正異常，阿拉伯海、印度西北地區(qū)存在西南風(fēng)正異常，且可以通過95%顯著性檢驗(yàn)，因此，異常強(qiáng)SMJ對(duì)應(yīng)著異常強(qiáng)的阿拉伯海、印度西海岸西南風(fēng)，強(qiáng)的西南風(fēng)會(huì)給印度帶來更多的水汽，造成印度西海岸水汽的異常輻合（圖5a、b、c），從而使印度地區(qū)夏季有更多的降水，所以在這個(gè)時(shí)期，SMJ與印度夏季降水有非常顯著的正相關(guān)關(guān)系。但在1983年之后（圖4d、e、f），阿拉伯海北部及印度西北地區(qū)的西南風(fēng)正異常減弱了，特別是在印度西海岸的西南風(fēng)正異常顯著減弱了，印度西海岸水汽的異常輻合也減弱了（圖5d、e、f），故在這個(gè)時(shí)期，SMJ與印度夏季降水的相關(guān)關(guān)系顯著減弱了。

圖6為SMJ指數(shù)與100 hPa高度場(chǎng)的相關(guān)系數(shù)分布，從圖6a、b、c可以看到，在1983年之前，北半球的顯著正相關(guān)主要分布在南非、阿拉伯半島北部、伊朗高原、青藏高原西部及印度北部等區(qū)域，這個(gè)時(shí)期，SMJ與南亞高壓有顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.6及以上，即當(dāng)SMJ異常強(qiáng)時(shí)，南亞高壓也就異常強(qiáng)，會(huì)使這些地區(qū)低層的氣壓降低，從而加強(qiáng)西南風(fēng)，加強(qiáng)印度夏季風(fēng)，加強(qiáng)印度夏季降水。但從圖6d、e、f均可以看到，在1983年之后，分布在伊朗高原、青藏高原西部及印度北部地區(qū)的顯著正相關(guān)消失了，在這個(gè)時(shí)期，SMJ與南亞高壓的相關(guān)關(guān)系顯著減弱了，所以SMJ不能通過與南亞高壓聯(lián)系來影響印度地區(qū)，因此SMJ與印度夏季降水的關(guān)系減弱了。

綜上所述，SMJ通過與印度夏季風(fēng)高低層環(huán)流聯(lián)系，可以影響印度夏季風(fēng)的強(qiáng)度，從而影響印度夏季降水。但SMJ與印度夏季風(fēng)高低層環(huán)流的關(guān)系在1983年后發(fā)生了年代際變化，這就是為什么在1983年之前，SMJ與印度夏季降水有著很顯著正相關(guān)關(guān)系，而在1983年之后卻變?yōu)榛緵]有相關(guān)關(guān)系。

4 印度夏季降水與SMJ、ENSO及EAP相關(guān)關(guān)系的年代際變化

由前文的結(jié)論可知印度夏季降水與SMJ的相關(guān)關(guān)系在1983年之后減弱了，而早在1999年，Kumar et al.（1999）就發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)70年代后期，ENSO與印度季風(fēng)降水相關(guān)關(guān)系開始減弱。為研究印度夏季降水在1983年后與其他系統(tǒng)的關(guān)系是怎樣的？本文作了與全印降水指數(shù)相對(duì)應(yīng)的夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)回歸（圖7），其中灰色陰影部分通過95%的顯著性檢驗(yàn)。

從圖7a、c、e中均可以看到，在1983年之前，南印度洋、索馬里半島沿岸、阿拉伯海地區(qū)及印度地區(qū)存在較強(qiáng)的越赤道氣流正異常，可通過95%的顯著性檢驗(yàn);另外，也可以看到在赤道太平洋地區(qū)存在顯著的東風(fēng)異常，且也通過了95%的顯著性檢驗(yàn)，說明在1983年之前印度夏季降水與SMJ有顯著的正相關(guān)關(guān)系（與前文結(jié)果一致），而與ENSO有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（與Kumar的研究結(jié)果一致）。而從圖7b、d、f中均可以看到，在1983年之后，南印度洋、索馬里半島沿岸、阿拉伯海地區(qū)及印度地區(qū)的越赤道氣流正異常顯著減弱了，而且赤道太平洋的東風(fēng)異常也主要集中在赤道太平洋兩部，而圖中顯示太平洋中緯度地區(qū)有氣旋、反氣旋、氣旋等閉合環(huán)流異常，并呈現(xiàn)為東亞/太平洋遙相關(guān)型（EAP）的波列，說明在1983年之后，印度夏季降水與SMJ、ENSO相關(guān)關(guān)系確實(shí)顯著減弱了，另外本文初步認(rèn)為其與EAP的相關(guān)關(guān)系有所加強(qiáng)，至于它們關(guān)系加強(qiáng)的表現(xiàn)及原因有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)果與討論

本文主要研究了SMJ與印度夏季降水相關(guān)關(guān)系的年代際變化，結(jié)果表明：在1983年之前SMJ與印度夏季降水有很顯著的正相關(guān)關(guān)系，這跟以往的研究結(jié)果一致，但在1983年后這兩者的正相關(guān)關(guān)系顯著減弱。

研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在1983年之前，南印度洋及索馬里沿岸有越赤道氣流正異常，阿拉伯海、印度西北地區(qū)存在西南風(fēng)正異常，異常強(qiáng)的SMJ對(duì)應(yīng)著異常強(qiáng)的阿拉伯海西南季風(fēng)，從而增加印度夏季的水汽輸送，進(jìn)而加強(qiáng)印度夏季降水，且SMJ與南亞高壓聯(lián)系密切，南亞高壓能引起高低空輻合輻散，從而影響印度夏季風(fēng)的強(qiáng)度，影響印度夏季降水。但在1983年后，阿拉伯海北部及印度西北地區(qū)的西南風(fēng)正異常減弱了，特別是在印度西海岸的西南風(fēng)正異常顯著減弱了，異常強(qiáng)的SMJ不再對(duì)應(yīng)著印度地區(qū)異常的水汽輻合，而且SMJ與南亞高壓的關(guān)系也顯著減弱了，從而導(dǎo)致在1983年后SMJ與印度夏季降水的正相關(guān)關(guān)系顯著減弱了。

另外，研究還發(fā)現(xiàn)，在印度夏季降水與ENSO、SMJ相關(guān)關(guān)系減弱的同時(shí)，初步顯示它與EAP的相關(guān)關(guān)系卻有所加強(qiáng)，至于它們關(guān)系加強(qiáng)的表現(xiàn)及原因有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)（References）

Cadet D L，Desbois M，1981.A case study of a fluctuation of the Somali jet during the Indian summer monsoon[J].Mon Weather Rev，109（1）：182-187.

Chakraborty A，Nanjundiah R S，Srinivasan J，2009.Impact of African orography and the Indian summer monsoon on the low-level Somali jet[J].Int J Climatol，29（7）：983-992.

陳兵，郭品文，向渝川，2005.夏季低空越赤道氣流與ENSO的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，28（1）：36-43. Chen B，Guo P W，Xiang Y C，2005.Relationship between summer cross-equatorial flows and ENSO[J].Trans Atmos Sci，28（1）：36-43.（in Chinese）.

Dube S K，Luther M E，OBrien J J，1990.Relationships between interannual variability in the Arabian Sea and Indian summer monsoon rainfall[J].Meteorol Atmos Phys，44（1/2/3/4）：153-165.

Findlater J，1969a.A major low-level air current near the Indian Ocean during the northern summer[J].Quart J Roy Meteor Soc，95（404）：362-380.

Findlater J，1969b.Interhemispheric transport of air in the lower troposphere over the western Indian Ocean[J].Quart J Roy Meteor Soc，95（404）：400-403.

Findlater J，1977.Observational aspects of the low-level cross-equatorial jet stream of the western Indian Ocean[J].Pure Appl Geophys，115（5/6）：1251-1262.

Halpern D，Woiceshyn P M，1999.Onset of the Somali jet in the Arabian sea during June 1997[J].J Geophys Res：Ocean，104（C8）：18041-18046.

Halpern D，Woiceshyn P M，2001.Somali jet in the Arabian sea，El Nio，and India rainfall[J].J Climate，14（3）：434-441.

Ju J H，Slingo J，1995.The Asian summer monsoon and ENSO[J].Quart J Roy Meteor Soc，121（525）：1133-1168.

Krishnamurti T N，Molinari J，Pan H L，1976.Numerical simulation of the Somali jet[J].J Atmos Sci，33（12）：2350-2362.

Kulkarni J R，Satyan V，2002.The association of surface wind stresses over Indian Ocean with monsoon rainfall[J].Meteorol Atmos Phys，79（3/4）：231-242.

Kumar K K，Rajagopalan B，Cane M A，1999.On the weakening relationship between the Indian monsoon and ENSO[J].Science，284（5423）：2156-2159.

彭維耿，蔣尚城，2003.越赤道氣流特征及其年際變化特征初探[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，19（1）：87-93. Peng W G，Jiang S C，2003.The climatic characteristics of global cross-equatorial flow and its interannual variation in east hemisphere[J].J Trop Meteorol，19（1）：87-93.（in Chinese）.

邱金晶，孫照渤，2013.夏季索馬里越赤道氣流垂直結(jié)構(gòu)的變化特征及其與東亞夏季風(fēng)活動(dòng)的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，37（5）：1129-1142. Qiu J J，Sun Z B，2013.Variation characteristics of the vertical structure of the summer Somali cross-equatorial flow and its relationship with east Asia summer monsoon activity[J].Chin J Atmos Sci，37（5）：1129-1142.（in Chinese）.

邱金晶，孫照渤，鄧偉濤，2014.夏季索馬里越赤道氣流垂直結(jié)構(gòu)的年代際變化[J].氣象學(xué)報(bào)，72（2）：318-336. Qiu J J，Sun Z B，Deng W T，2014.The interdecadal variations of the vertical structure of the summer Somali cross-equatorial flow[J].Acta Meteorol Sin，72（2）：318-336.（in Chinese）.

Rao Y P，1964.Interhemispheric circulation[J].Quart J Ray Meteor Soc，90（384）：190-194.

王會(huì)軍，薛峰，2003.索馬里急流的年際變化及其對(duì)半球間水汽輸送和東亞夏季降水的影響[J].地球物理學(xué)報(bào)，46（1）：18-25. Wang H J，Xue F，2003.Interannual variability of Somali jet and its influences on the inter-hemispheric water vapor transport and on the East Asian summer rainfall[J].Chin J Geophys，46（1）：18-25.（in Chinese）.

Xiao Z N，Shi W J，Yang P，2015.Possible causes of the interdecadal transition of the Somali Jet around the late 1990s[J].J Meteor Res，29（2）：214-227.

謝磊，孫照渤，李忠賢，等，2013.夏季索馬里越赤道氣流垂直結(jié)構(gòu)特征及其與南亞夏季風(fēng)的關(guān)系[J].氣象科學(xué)，33（1）：37-42. Xie L，Sun Z B，Li Z X，et al.，2013.Vertical structure of summer Somali cross-equatorial flow and its relationship with South Asian monsoon[J].J Meteor Sci，33（1）：37-42.（in Chinese）.

Yun K S，Ha K J，Wang B，et al.，2010.Decadal cooling in the Indian summer monsoon after 1997/1998 El Nio and its impact on the East Asian summer monsoon[J].Geophys Res Lett，37（1）：L01805.

曾慶存，李建平，2002.南北兩半球大氣的相互作用和季風(fēng)的本質(zhì)[J].大氣科學(xué)，26（4）：433-448. Zeng Q C，Li J P，2002.Interactions between the northern and southern hemispheric atmospheres and the essence of monsoon[J].Chin J Atmos Sci，26（4）：433-448.（in Chinese）.

趙宗慈，王紹武，1979.南北半球大氣環(huán)流與氣候的相互作用[J].氣象學(xué)報(bào)，37（2）：60-70. Zhao Z C，Wang S W，1979.Interactions between the circulation and climate in northern and southern hemispheres[J].Acta Meteorol Sin，37（2）：60-70.（in Chinese）.

Zhu Y L，2012.Variations of the summer Somali and Australia cross-equatorial flows and the implications for the Asian summer monsoon[J].Adv Atmos Sci，29（3）：509-518.

The whole India summer rainfall data set from the Indian Institute of Tropical Meteorology，monthly Reanalysis data set from European Center for Medium-Range Weather Forecasts（ECMWF），Japan Meteorological Agency/Japan（JRA-55） and National Center for Environment Prediction/National Center for Atmospheric Research（NCEP/NCAR） during 1958—2014 are used to study the relations between Somali jet and Indian summer rainfall.It is found that before 1983，SMJ had significant positive correlation with the Indian summer rainfall，which accorded with our past understanding.But after 1983，the positive correlation has significantly weakened.Further study indicated that before 1983，there was a positive anomaly of the Somali equatorial airflow in the South India ocean and the Somali coast and there was a positive anomalous southwest wind in the Arabia sea and the northwest of India，which increased the summer water vapor transport to India and further strengthened Indian summer precipitation.SMJ was closely related to the South Asia high.However，after 1983，the south-west wind positive anomaly in the north of the Arabia sea and the northwest of India has weakened，particularly in the west coast of India.The correlation between SMJ and the South Asia high has also weakened，which results in the weakening correlation between SMJ and Indian summer rainfall.In addition，while the relations between Indian summer rainfall and ENSO，SMJ are weakening，it is preliminarily shown that the correlation between Indian summer rainfall and East Asia/Pacific Teleconnection （EAP） is significantly strengthening.

Somali jet;India summer rainfall;relations;weakening

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20180106001

（責(zé)任編輯：袁東敏）