樊威偉 馬偉強(qiáng) 胡澤勇 馬耀明 楊耀先 韓翔

摘要 ?北大西洋-東亞和北亞（簡(jiǎn)稱(chēng)NAENA）型遙相關(guān)是夏季歐亞大陸對(duì)流層上層經(jīng)向風(fēng)異常的第二主導(dǎo)模態(tài)，對(duì)歐亞大陸多尺度氣候變率有顯著影響。本文在分析NAENA型維持的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)上，研究了該遙相關(guān)型對(duì)新疆夏季旱澇異常的影響及其可能機(jī)制。大氣波列的渦度收支分析表明，氣候態(tài)的旋轉(zhuǎn)緯向風(fēng)引起的擾動(dòng)渦度平流可以被擾動(dòng)旋轉(zhuǎn)經(jīng)向風(fēng)引起的平均渦度平流所補(bǔ)償。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程分析表明，該大氣波列有效地從平均流中提取有效位能，通過(guò)斜壓能量轉(zhuǎn)換過(guò)程得以維持。大西洋海溫異常三極子模態(tài)則是NAENA型維持的重要外強(qiáng)迫因子?；貧w分析表明NAENA型遙相關(guān)能通過(guò)促進(jìn)南疆夏季降水，顯著影響新疆的旱澇異常。NAENA型位于中亞的氣旋性低壓一方面增強(qiáng)了南疆地區(qū)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氣旋性環(huán)流將更多的水汽輸送到該地區(qū)，有利于水汽在對(duì)流層中低層的異常輻合，進(jìn)而對(duì)南疆的降水有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞 ?遙相關(guān)型; 新疆降水; 維持機(jī)制; 年際變化

新疆位于我國(guó)西北地區(qū)，地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，是典型的干旱半干旱氣候區(qū)。干旱少雨的氣候特點(diǎn)使得新疆地表類(lèi)型主要以荒漠戈壁為主，我國(guó)最大的沙漠——塔克拉瑪干沙漠就位于新疆的南疆地區(qū)。干旱少雨的氣候特點(diǎn)使新疆地區(qū)旱澇異常的年際年代際預(yù)測(cè)預(yù)估對(duì)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展變得尤為重要。研究表明新疆旱澇異常受厄爾尼諾、青藏高原熱力異常、印度洋海溫、北大西洋海溫以及中高緯大氣環(huán)流等因素的影響（趙勇等，2013;王前等，2017;Wei et al.，2017;霍文等，2019;Xu et al.，2022a）。近幾十年來(lái)，隨著全球變暖的加劇，以新疆為主體的我國(guó)西北干旱區(qū)呈現(xiàn)出顯著的暖濕化特征。伴隨著新疆的暖濕化過(guò)程，該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境也出現(xiàn)了較大程度的改變，比如植被生長(zhǎng)得到促進(jìn)、水循環(huán)過(guò)程加劇、生態(tài)系統(tǒng)多樣性好轉(zhuǎn)等。與此同時(shí)，新疆極端降水事件也在近幾十年來(lái)出現(xiàn)顯著的變化，Lu et al.（2021）研究表明自20世紀(jì)60年代以來(lái)新疆極端降水開(kāi)始日期提前，結(jié)束日期推遲。伴隨著極端降水的突變性增長(zhǎng)，西風(fēng)帶及高原區(qū)夏季大氣環(huán)流、水汽輸送及大氣不穩(wěn)定度在1986年前后發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)變，為極端降水的增加創(chuàng)造了有利條件。歸因分析表明西北地區(qū)暖濕化的原因與大西洋多年代際振蕩（AMO）關(guān)系密切（Wang et al.，2019）。AMO正位相時(shí)的北大西洋海溫增暖可能通過(guò)激發(fā)大氣行星波列影響新疆的降水異常。在年際尺度，大氣行星波列也能顯著影響新疆降水異常，比如Chen et al.（2012）研究表明絲綢之路遙相關(guān)引起的新疆降水異常呈現(xiàn)緯向偶極型，歐洲-中國(guó)型遙相關(guān)則能顯著增強(qiáng)新疆全域的降水。

北大西洋-東亞和北亞（NAENA）型遙相關(guān)是夏季歐亞大陸中緯度經(jīng)向風(fēng)異常的第二主導(dǎo)模態(tài)。該波列西起北大西洋，沿極鋒急流向東傳播并在西亞分叉，北支繼續(xù)向東傳播到鄂霍次克海，南支沿著副熱帶西風(fēng)急流傳向東亞。Fan et al.（2022a，2022b）在研究青藏高原夏季風(fēng)年際變化和青藏高原夏季感熱通量年際異常主導(dǎo)模態(tài)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)NAENA型遙相關(guān)是影響二者的重要因素。當(dāng)NAENA型遙相關(guān)處于正位相時(shí)，青藏高原出現(xiàn)異常的低壓和氣旋性輻合，同時(shí)青藏高原東部（西部）的垂直運(yùn)動(dòng)和降水增強(qiáng)（減弱），導(dǎo)致青藏高原夏季風(fēng)增強(qiáng)（Fan et al.，2022b）。此外，NAENA型遙相關(guān)還能使得高原西部云量增加，改變太陽(yáng)向下短波輻射進(jìn)而使得高原西部感熱出現(xiàn)正異常東部感熱出現(xiàn)負(fù)異常，形成年際時(shí)間尺度高原地表感熱西正東負(fù)的主導(dǎo)模態(tài)（Fan et al.，2022a）。那么年際時(shí)間尺度NAENA型遙相關(guān)對(duì)新疆旱澇是否存在影響呢？如果存在影響，其影響的關(guān)鍵區(qū)以及相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制是什么呢？這有待進(jìn)一步的探究。

1 資料和方法

使用的資料包括：1）1981—2018年逐月CRU全球降水?dāng)?shù)據(jù)，空間分辨率為0 5°×0 5°（Harris et al.，2014）。2）1981—2018年逐月GPCC全球降水?dāng)?shù)據(jù)，空間分辨率為0 5°×0 5°（Becker et al.，2013）。3）1981—2018年逐月的美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心／國(guó)家大氣環(huán)境中心（NCEP／NCAR）的再分析資料（Kalnay et al.，1996），包括風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)等，空間分辨率為2 5°×2 5°。4）1981—2018年逐月美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的月平均SST資料。

使用的統(tǒng)計(jì)方法有EOF分析、回歸分析。并對(duì)EOF分析結(jié)果進(jìn)行North檢驗(yàn)（North et al.，1982）、對(duì)回歸分析結(jié)果進(jìn)行雙尾 t 檢驗(yàn)。此外還用到了波通量表征波列能量的傳播方向（Takaya and Nakamura，2001），其表達(dá)式如下：

W= 1 2| ??| ??（ ψ ??′2 ?x- ψ′ψ′ ??xx ）+v （ ψ′ ?x ψ′ ?y- ψ′ψ′ ??xy ）

（ ψ′ ?x ψ′ ?y- ψ′ψ′ ??xy ）+ （ ψ ?′2 ??y- ψ′ψ′ ??yy ） 。 （1）

其中： u是緯向風(fēng)；v是經(jīng)向風(fēng)； ψ是 流函數(shù)；上劃線(xiàn)代表平均態(tài)，撇號(hào)代表擾動(dòng)值。

根據(jù)Fan et al.（2022a，2022b）的研究，NAENA型遙相關(guān)的定義如下：對(duì)夏季0°～150°E、 20°～ 60°N區(qū) 域內(nèi)的200 hPa經(jīng)向風(fēng)做EOF，把第二模態(tài)定義為NAENA型遙相關(guān)。圖1a為1981—2018年夏季0°～150°E、20°～60°N區(qū)域內(nèi)的200 hPa經(jīng)向風(fēng)EOF的第二模態(tài)，其解釋方差為15 4％，且通過(guò)了North檢驗(yàn)（North et al.，1982）。

本文利用基于線(xiàn)性化渦度方程的渦度收支分析來(lái)解釋NAENA型遙相關(guān)的維持機(jī)制。根據(jù)Kosaka and Nakamura（2006）的研究，在地轉(zhuǎn)近似假設(shè)的平衡狀態(tài)下，線(xiàn)性化渦度方程可表示為：

S - ??ψ ?ζ′ ??x ????ZA ??- ??ψ ?ζ′ ??y ????MA ??-u′ ?ψ ?????x ?????β_ x ??-v′ ?ψ ?（ f+ ?） ??y ????β_ y ?- Res =0。 （2）

其中S代表線(xiàn)性化正壓羅斯貝波波源（ RWS ），可以表示為：

S=- SymbolQC@

H·{ u ′ ?χ（ f+ ?）}- SymbolQC@

H·{ ???χζ′}。 ?（3）

其中： SymbolQC@

H代表水平梯度算符; u =（u，v）指水平風(fēng)速， u 的下標(biāo)ψ和χ分別代表旋轉(zhuǎn)風(fēng)和輻散風(fēng)分量;ζ代表相對(duì)渦度; f是科里奧利參數(shù)。 ZA（MA） 項(xiàng)分別代表氣候態(tài)旋轉(zhuǎn)風(fēng)的緯向分量（經(jīng)向分量）對(duì)擾動(dòng)渦度的輸送。 β_ x（ β _y）項(xiàng)代表擾動(dòng)緯向（經(jīng)向）旋轉(zhuǎn)風(fēng)對(duì)平均渦度的輸送。 Res項(xiàng)為殘差項(xiàng)，包括耗散、非線(xiàn)性效應(yīng)、傾斜項(xiàng)和數(shù)據(jù)的不確定性等。正值表示在渦度方程中對(duì)氣旋渦度趨勢(shì)具有正貢獻(xiàn)。

本文應(yīng)用能量收支分析來(lái)評(píng)估與NAENA型遙相關(guān)相聯(lián)系的正壓能量（CK）轉(zhuǎn)換和斜壓能量（CP）轉(zhuǎn)換。根據(jù)前人研究（Kosaka and Nakamura，2006），CK和CP的表達(dá)式如下：

CK = ?v ??′2 - u ??′2 ?2 ??????????x - ????????y ?-u′v′ ?????????y + ????????x ?， （4）

CP =- f ?σ ??v′T′ ????????p -u′T′ ????????p ?。 （5）

其中： σ是大氣穩(wěn)定度參數(shù)，σ=（R /c pp）-（ ?d ?/ d p ）;R是氣體常數(shù)；c ?p是定壓比容。CK（CP）為正值意味著遙相關(guān)型從平均流提取動(dòng)能（有效位能）。

2 NAENA型遙相關(guān)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

2 1 NAENA型遙相關(guān)的時(shí)空特征

對(duì)歐亞大陸（0°～150°E，20°～60°N）200 hPa經(jīng)向風(fēng)做EOF分析，其第二主導(dǎo)模態(tài)（EOF2）就是NAENA型遙相關(guān)，其空間模態(tài)圖1a所示，可以看到歐亞中緯度和高緯度都存在經(jīng)向風(fēng)異常的大值區(qū)。

如圖1b是EOF2對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列PC2回歸的風(fēng)場(chǎng)和經(jīng)向風(fēng)異常。可以看到一支氣旋與反氣旋交替出現(xiàn)的波列從北大西洋向歐亞大陸傳播。該支波列在大約50°E出現(xiàn)分叉，北支沿對(duì)流層上層的極鋒急流繼續(xù)向東傳播，一直到北亞地區(qū);而另一支則沿著副熱帶西風(fēng)急流向東南傳播，并到達(dá)東亞地區(qū)。該波列有四個(gè)負(fù)的經(jīng)向風(fēng)異常中心，分別位于大不列顛島、西西伯利亞平原、里海東部以及東亞。此外還有三個(gè)正的經(jīng)向風(fēng)異常中心，分別位于東歐平原、外興安嶺和青藏高原地區(qū)。與此相對(duì)應(yīng)的是波羅的海、貝加爾湖和伊朗高原的氣旋性環(huán)流以及烏拉爾山脈和中國(guó)的反氣旋環(huán)流。

考慮到對(duì)200 hPa經(jīng)向風(fēng)進(jìn)行EOF分析的目的在于通過(guò)得到經(jīng)向風(fēng)變率顯著的區(qū)域提取遙相關(guān)型，因此參考前人的研究（Wakabayashi and Kawamura，2004;Hu et al.，2020），選取EOF空間模態(tài)中經(jīng)向風(fēng)異?；顒?dòng)中心異常值的絕對(duì)值代數(shù)和定義為NAENA指數(shù)：

NAENAI = 4 7 [ V ?* ?200 （40°E，60°N）+ V ?* ?200 （125°E，57.5°N）+ ??V ?* ?200 （87.5°E，37.5°N）]- 3 7 [ V ?* ?200 （357.5°W，55°N）+ V ?* ?200 （87.5°E，60°N）+ V ?* ?200 （60°E， 40°N ）+ V ?* ?200 （117.5°E，35°N）]。 ?（6）

其中： V ?* ?200 是200 hPa經(jīng)向風(fēng)異常，各經(jīng)向風(fēng)異常中心在圖1a中的紅點(diǎn)中表示。圖1c是PC2和NAENA指數(shù)的變化特征，可以看到標(biāo)準(zhǔn)化PC2和NAENA指數(shù)存在很高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0 92，且通過(guò)了置信度為99％的顯著性檢驗(yàn)。注意到后文所出現(xiàn)的指數(shù)都是經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理的。從圖中可以看到PC2和NAENA指數(shù)都存在顯著的年際變化。圖1d是NAENA指數(shù)回歸的經(jīng)向風(fēng)和風(fēng)場(chǎng)異常，其空間分布特征很好地和圖1b吻合，都呈現(xiàn)從北大西洋向歐亞大陸傳播的波列結(jié)構(gòu)，并在里海附近發(fā)生分叉。以上結(jié)果說(shuō)明NAENA指數(shù)能很好的表征NAENA的時(shí)間演變特征，其相應(yīng)的環(huán)流異常也很好地與NAENA模態(tài)對(duì)應(yīng)。值得注意的是NAENA型遙相關(guān)北側(cè)的活動(dòng)中心與英國(guó)-貝加爾湖走廊（British-Baikal Corridor，BBC）型遙相關(guān)（徐霈強(qiáng)，2019;Xu et al.，2019）的活動(dòng)中心一致，但是NAENA型在里海附近出現(xiàn)了南傳特征，因此兩者的聯(lián)系將在后續(xù)的研究中進(jìn)一步討論。

此外，對(duì)比了NAENA型和英國(guó)-鄂霍次克海（British-Okhotsk Corridor，BOC）（徐霈強(qiáng)，2019;Xu et al.，2022b）型遙相關(guān)的空間結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)NAENA型和BOC型遙相關(guān)存在1／4個(gè)位相差。NAENA指數(shù)與BOC指數(shù)相關(guān)性為0 55，解釋的方差在30％左右。說(shuō)明NAENA型相對(duì)于BOC型遙相關(guān)具有一定的獨(dú)立性。

2 2 NAENA型遙相關(guān)的渦度收支特征

圖2顯示了與NAENA型遙相關(guān)對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性化渦度方程中各項(xiàng)的收支情況。羅斯貝波源由沿著NAENA型遙相關(guān)的幾個(gè)正負(fù)值中心組成，其位置領(lǐng)先NAENA型遙相關(guān)大約四分之一波長(zhǎng)。根據(jù)Sardeshmukh and Hoskins（1988）的研究，Rossby波源可以進(jìn)一步分解為渦度拉伸項(xiàng)和渦度平流項(xiàng)，前者與氣流的輻合輻散有關(guān)，后者代表輻散風(fēng)產(chǎn)生的渦度平流。發(fā)現(xiàn)異常散度引起的渦度拉伸項(xiàng)對(duì)Rossby波源起到主要貢獻(xiàn)（圖3）。這與之前的相關(guān)研究非常一致，對(duì)中高緯緯向行星波的研究也表明輻合和輻散異常與Rossby波源密切相關(guān)（Xu et al.，2019）。ZA項(xiàng)和 β_ y 項(xiàng)在渦度收支中起主導(dǎo)作用，而MA項(xiàng)和 β_ x 項(xiàng)對(duì)NAENA型遙相關(guān)的形成和維持貢獻(xiàn)不大。ZA項(xiàng)和 β_ y 項(xiàng)的符號(hào)趨向于以相反的符號(hào)相互抵消，這表明氣候態(tài)的旋轉(zhuǎn)緯向風(fēng)引起的擾動(dòng)渦度平流可以被擾動(dòng)旋轉(zhuǎn)經(jīng)向風(fēng)引起的平均渦度平流所補(bǔ)償。而且Res項(xiàng)的值幅度小，空間分布分散。

2 3 ?北大西洋-東亞和北亞型遙相關(guān)的能量收支特征

圖4計(jì)算了從地面到10 hPa的CK和CP的垂直積分，以表示NAENA型遙相關(guān)與平均流之間的局地動(dòng)能和有效位能的轉(zhuǎn)換。在北大西洋急流出口區(qū)和大氣波列的南支觀測(cè)到明顯的CK值（圖4a）。這表明正壓能量轉(zhuǎn)換對(duì)該定常羅斯貝波波南支的維持有一定的影響。CP的特征表現(xiàn)為沿大氣波列交替出現(xiàn)正值和負(fù)值，且正值大于負(fù)值（圖4b）。這表明波列可以有效地從平均流中提取有效位能，通過(guò)斜壓能量轉(zhuǎn)換過(guò)程得以維持。因此，盡管CK和CP都對(duì)維持NAENA型遙相關(guān)具有一定作用，但整體來(lái)看，CP的貢獻(xiàn)要大于CK的貢獻(xiàn)。也就是說(shuō)相較于斜壓不穩(wěn)定能量轉(zhuǎn)換而言，正壓不穩(wěn)定能量轉(zhuǎn)換在NAENA型維持中的作用相對(duì)有限。

2 4 海溫對(duì)北大西洋-東亞和北亞型遙相關(guān)的強(qiáng)迫

前文研究了NAENA型遙相關(guān)維持的大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程，接下來(lái)對(duì)影響該遙相關(guān)的海溫外強(qiáng)迫進(jìn)行分析。之前的研究表明，因?yàn)楸贝笪餮笪挥跉W亞大陸的上游，可以通過(guò)大氣遙相關(guān)波列導(dǎo)致下游的天氣氣候異常，因此北大西洋海溫往往與歐亞大陸的氣候異常密切相關(guān)，并為歐亞氣候預(yù)測(cè)提供了有價(jià)值的信息。因此，為了研究與NAENA型遙相關(guān)相聯(lián)系的海溫外強(qiáng)迫因子，本文用相關(guān)分析探討了NAENA型與同期夏季北大西洋海溫的關(guān)系?？紤]到海溫長(zhǎng)期增暖的趨勢(shì)，本文研究年際尺度海溫對(duì)NAENA型的強(qiáng)迫，先對(duì)海溫和NAENA指數(shù)進(jìn)行9 a滑動(dòng)平均處理，并用原始值減去9 a滑動(dòng)平均，提取年際信號(hào)。圖5a是NAENA指數(shù)回歸的大西洋海溫年際分量異常，可以看到海溫異常主要呈現(xiàn)三極子型，具體表現(xiàn)為格陵蘭島南部和南美洲北部的海溫正異常以及北美洲東部的負(fù)海溫異常。進(jìn)一步研究表明這一海溫異常模態(tài)與大西洋夏季海溫年際變化主模態(tài)類(lèi)似（圖5b），這說(shuō)明年際尺度大西洋夏季海溫三極子模態(tài)可能是NAENA型遙相關(guān)的重要外強(qiáng)迫源。圖5c是1981—2018年大西洋夏季海溫三極子模態(tài)所對(duì)應(yīng)的PC1與NAENA指數(shù)的時(shí)間序列，可以看到這兩個(gè)時(shí)間序列相關(guān)性密切，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0 58，且通過(guò)了置信度為95％的顯著性檢驗(yàn)。圖5d為夏季大西洋海溫PC1回歸的200 hPa經(jīng)向風(fēng)和風(fēng)場(chǎng)異常，可以看到對(duì)流層上層呈現(xiàn)顯著的波狀結(jié)構(gòu)從北大西洋向歐亞大陸傳播，其空間結(jié)構(gòu)與NAENA型遙相關(guān)（圖1a、c）相似，空間相關(guān)系數(shù)高達(dá)0 9。這表明大西洋夏季三極子海溫異常對(duì)NAENA型遙相關(guān)的維持具有一定貢獻(xiàn)?？紤]到海溫異常是跨季節(jié)的持續(xù)性信號(hào)，因此大西洋前期海溫異?？梢宰鳛樵撨b相關(guān)波列預(yù)報(bào)因子。

3 ?NAENA型遙相關(guān)對(duì)新疆旱澇的影響

上文從大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程和大西洋海溫外強(qiáng)迫角度分析了NAENA型遙相關(guān)的維持機(jī)制，下面將研究NAENA型對(duì)新疆夏季旱澇的影響。圖6a、b分別是NAENA指數(shù)回歸的CRU和GPCC新疆夏季降水異常，從圖中可以看到高原南疆地區(qū)出現(xiàn)了顯著的降水正異常，北疆地區(qū)則沒(méi)有出現(xiàn)顯著的降水異常。這說(shuō)明當(dāng)NAENA型遙相關(guān)處于正位相時(shí)，南疆地區(qū)降水異常偏多。本文選取了降水異常偏多的關(guān)鍵區(qū)（76°～90°E，36°～40°N）計(jì)算該區(qū)域的平均降水，其時(shí)間序列如圖6c所示?？梢钥吹絅AENA指數(shù)和該區(qū)域的降水標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，和GPCC的降水相關(guān)系數(shù)為0 58，CRU降水相關(guān)系數(shù)為0 62。這說(shuō)明NAENA型遙相關(guān)大約能解釋南疆地區(qū)35％左右的降水年際變率，因此NAENA型遙相關(guān)在年際尺度上對(duì)南疆旱澇異常具有顯著影響。

通過(guò)分析NAENA型與降水異常對(duì)應(yīng)的環(huán)流型探討NAENA型遙相關(guān)影響南疆地區(qū)夏季旱澇的可能機(jī)制。圖7a是南疆關(guān)鍵區(qū)CRU標(biāo)準(zhǔn)化降水時(shí)間序列回歸的200 hPa位勢(shì)高度異常和波活動(dòng)通量，可以看到一支明顯的遙相關(guān)波列從北大西洋向歐亞大陸傳播，并在里海附近發(fā)生分叉，對(duì)應(yīng)的是南疆地區(qū)西側(cè)的位勢(shì)高度顯著負(fù)異常。這一南疆夏季降水異常所對(duì)應(yīng)的遙相關(guān)波列與NAENA型的空間模態(tài)類(lèi)似，高緯度為五個(gè)位勢(shì)高度異常而中緯度地區(qū)則是兩個(gè)位勢(shì)高度異常（圖7b）。圖7c、d分別是南疆關(guān)鍵區(qū)CRU標(biāo)準(zhǔn)化降水時(shí)間序列和NAENA指數(shù)回歸的500 hPa位勢(shì)高度和風(fēng)場(chǎng)異常，可以看到位勢(shì)高度異常呈現(xiàn)出整層的相當(dāng)正壓結(jié)構(gòu)，南疆西側(cè)的500 hPa位勢(shì)高度負(fù)異常相比200 hPa出現(xiàn)了東傾，使得南疆地區(qū)出現(xiàn)了負(fù)的位勢(shì)高度異常。這一環(huán)流形勢(shì)有利于高原南疆地區(qū)出現(xiàn)正的垂直速度異常（圖8），對(duì)南疆降水能起到促進(jìn)作用。如圖9所示，是南疆關(guān)鍵區(qū)CRU標(biāo)準(zhǔn)化降水時(shí)間序列和NAENA指數(shù)回歸的75°～85°E平均的經(jīng)向環(huán)流以及散度場(chǎng)異常的垂直剖面。從圖9a中可以看到與南疆降水偏多相對(duì)應(yīng)的是該地區(qū)的整層垂直上升運(yùn)動(dòng)正異常和對(duì)流層低層的輻合與對(duì)流層中上層的輻散。圖9b也可以看出當(dāng)NAENA型處于正位相的時(shí)候，南疆西部的低壓異常使得南疆地區(qū)出現(xiàn)了整層垂直上升運(yùn)動(dòng)正異常和對(duì)流層低層的輻合與對(duì)流層中上層的輻散，這有利于南疆降水增加。從水汽輸送的角度也可以看到，當(dāng)南疆降水增多時(shí)，南疆西部的氣旋性環(huán)流能將更多的水汽往該地區(qū)輸送，為該地降水形成提供有利的水汽條件（圖10a）。

此外，與南疆地區(qū)大氣對(duì)流層低層出現(xiàn)了異常的水汽輻合，有利于在該地形成降水（圖10a）。在NAENA指數(shù)回歸的新疆及其周邊地區(qū)整層水汽通量情況也同樣可以看到異常的氣旋性環(huán)流將更多的水汽輸送至南疆地區(qū)，促使該地區(qū)的降水增多。根據(jù)以上從大氣環(huán)流、垂直運(yùn)動(dòng)還是水汽輸送角度的分析，都可以合理的解釋NAENA型遙相關(guān)增強(qiáng)南疆地區(qū)夏季降水的事實(shí)。其具體物理過(guò)程如下：當(dāng)NAENA型遙相關(guān)處于正位相時(shí)，南疆西部出現(xiàn)異常低壓以及氣旋性環(huán)流，增強(qiáng)了南疆地區(qū)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氣旋性環(huán)流將更多的水汽輸送到該地區(qū)并配合輻合異常使得該地區(qū)對(duì)流層低層出現(xiàn)水汽異常輻合，進(jìn)而對(duì)南疆的降水有促進(jìn)作用。

4 結(jié)論與討論

大氣遙相關(guān)是指遠(yuǎn)距離的大氣環(huán)流變化間的相關(guān)，是一種大氣環(huán)流持續(xù)異常的現(xiàn)象。從傳播路徑角度，波列型遙相關(guān)可以分為沿大圓路徑傳播的遙相關(guān)和沿著大氣波導(dǎo)傳播的遙相關(guān)，其中歐亞沿大氣波導(dǎo)傳播的遙相關(guān)以絲綢之路遙相關(guān)的研究較為深入（Lu et.，al 2002;Wang et al.，2017）。絲綢之路遙相關(guān)是夏季歐亞大陸對(duì)流層高層大氣經(jīng)向風(fēng)異常的第一主導(dǎo)模態(tài)（Li et al.，2021）。研究表明絲綢之路遙相關(guān)是連接印度夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)的重要橋梁，對(duì)亞洲氣候異常具有顯著影響（Chowdary et al.， 2019;Wang et al.，2021）。Fan et al（2022a，2022b）在研究青藏高原夏季地表感熱和環(huán)流異常時(shí)發(fā)現(xiàn)歐亞大陸對(duì)流層高層大氣經(jīng)向風(fēng)異常的第二主導(dǎo)模態(tài)對(duì)青藏高原夏季氣候年際變化具有顯著影響，并根據(jù)其空間特征把這一大氣遙相關(guān)波列定義為北大西洋-東亞和北亞（NAENA）型遙相關(guān)。

新疆作為我國(guó)典型的干旱半干旱區(qū)，其干濕年際變率及其影響因素受到廣泛關(guān)注。本文在研究NAENA型遙相關(guān)維持的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)上，研究了其對(duì)新疆夏季降水年際變化的影響。大氣波列的渦度收支分析表明，氣候態(tài)的旋轉(zhuǎn)緯向風(fēng)引起的擾動(dòng)渦度平流可以被擾動(dòng)旋轉(zhuǎn)經(jīng)向風(fēng)引起的平均渦度平流所補(bǔ)償，表明NAENA型遙相關(guān)是一支準(zhǔn)靜止羅斯貝波。能量平衡分析表明，該大氣波列能有效地從平均流中提取有效位能，通過(guò)斜壓能量轉(zhuǎn)換過(guò)程得以維持。研究還發(fā)現(xiàn)，大西洋海溫三極子異常對(duì)NAENA的激發(fā)和維持也起到重要作用。通過(guò)分析NAENA型遙相關(guān)引起的降水異?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)NAENA型處于正位相的時(shí)候，新疆南部降水異常偏多，其具體機(jī)制如下：NAENA型位于中亞的氣旋性低壓一方面增強(qiáng)了南疆地區(qū)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氣旋性環(huán)流將更多的水汽輸送到該地區(qū)，進(jìn)而對(duì)南疆的降水有促進(jìn)作用。本文從大氣環(huán)流、垂直運(yùn)動(dòng)以及水汽輸送角度分析了NAENA型遙相關(guān)對(duì)新疆旱澇的影響，為更加深入研究我國(guó)干旱區(qū)水循環(huán)特征及其變化機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)。下一步的工作將致力于用數(shù)值模式對(duì)該可能機(jī)制進(jìn)行模擬驗(yàn)證。此外，新疆旱澇往往受到極端降水與極端高溫的影響，因此以后的工作將進(jìn)一步探討歐亞大陸中高緯大氣遙相關(guān)型對(duì)新疆極端氣候事件的影響。

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Mechanisms underlying the North Atlantic-East and North Asia pattern and its impact of on the summer drought and flood anomalies in Xinjiang，China

FAN Weiwei ?1，2，3 ，MA Weiqiang ?4，5，6 ，HU Zeyong ?1，2 ，MA Yaoming ?3，4，5，6 ，YANG Yaoxian ?1，2 ， HAN Xiang 7

1Key Laboratory of Land Surface Process and Climate Change in Cold and Arid Regions，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China;

2Nagqu Station of Plateau Climate and Environment，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Nagqu 852000，China;

3College of Earth and Planetary Sciences，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;

4Land-Atmosphere Interaction and its Climatic Effects Group，State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System，Environment and Resources （TPESRE），Institute of Tibetan Plateau Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China;

5College of Atmospheric Science，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China;

6National Observation and Research Station for Qomolongma Special Atmospheric Processes and Environmental Changes，Dingri 858200，China;

7Ocean College，Zhejiang University，Zhoushan 316021，China

The second mode of 200 hPa meridional wind over the Eurasian continent，known as the North Atlantic-East and North Asia （NAENA） pattern，has a significant impact on the multi-scale climatic variability in Eurasia.This paper examined the NAENA patterns influence on summer drought and flood anomalies in Xinjiang，China，as well as its possible mechanism，based on an analysis of the NAENA patterns maintenance mechanism.The vorticity budget analysis of atmospheric wave train shows that the advection of perturbed vorticity by the climatological rotational zonal wind can be compensated by the advection of mean vorticity caused by the anomalous rotational meridional wind.The energy conversion analysis indicates that the NAENA pattern is maintained mainly through the baroclinic energy conversion from the basic flow with the North Atlantic SST tripolar pattern being the important external driving factor for maintaining the NAENA pattern.Moreover，regression analysis shows that the NAENA pattern can significantly affect drought and flood anomalies in Xinjiang by promoting Southern Xinjiang summer precipitation.When the NAENA pattern is in phase with a cyclone over Central Asia，the vertical ascending motion in Southern Xinjiang tends to be above normal;however，more water vapor is transported into Southern Xinjiang，leading to an anomalous increase in precipitation over Xinjiang.This study is of great significance because it reveals the mechanisms of summer drought and flood in arid areas of northwest China，which is conducive to climate prediction and disaster prevention and mitigation.

teleconnection pattern;precipitation over Xinjiang;maintenance mechanism;interannual variation

doi：10 13878／j.cnki.dqkxxb.20220730001

（責(zé)任編輯：袁東敏）