MJO 活动对广西6月阶段性降水的影响研究1

2015-03-28覃卫坚李耀先廖雪萍

气象研究与应用 2015年1期

覃卫坚，李耀先，廖雪萍

（1广西壮族自治区气候中心，广西南宁530022；2广西壮族自治区气象局，广西南宁530022）

引言

热带季节内振荡（MJO）是大气中最显著的一种振荡现象，为气候变率的重要分量，也是从短期天气变化到季节变化、年际变化、年代际变化整个大气多尺度振荡链条中的重要一环，它既是高频天气变化直接背景，又是月季气候主要分量，它是“天气-气候界面”，是天气与气候联系的直接纽带,是引起中期天气以及月尺度天气过程主要因子之一，对应的环流低频系统变化反映了未来几周内大尺度天气系统生消、维持和衰减的循环过程，对月季尺度气候预测有很好的指示意义。近年来，国内外一些学者对MJO在延伸期预报中的应用研究相当活跃，如Wheeler等[1]利用MJO所在8个位相的周期和强度变化来预报澳大利亚夏季降水的中长期预报；Jones等[2]根据热带季节内对流的异常，设计统计预报模型，推断未来4-5候的低频要素场的预报；丁一汇等[3]指出MJO是季节内尺度变化，比高频的天气扰动具有更长的可预报性，是改进东亚地区延伸预报的重要途径。

广西地处低纬度地区，南部濒临热带海洋，受热带季节内振荡（MJO）影响显著，如广西2009～2010年夏秋冬春持续干旱灾害的其中一个重要原因是印度洋MJO的活动影响减弱了孟加拉湾水汽向广西输送；王黎娟等[4]在研究2001年台风“榴莲”降水过程中，指出低纬度夏季风MJO处于极端活跃位相时，低纬低频西风偏北及低频水汽向北输送至广西南部，有利于低层辐合并提供充足水汽，对“榴莲”台风暴雨增幅起重要作用；陶诗言等[5]、琚建华等[6-7]研究指出来自赤道MJO引起南海地区西风的加强，触发中国南部大陆出现季风涌，造成南方暴雨发生；鲍名[8]、Lina Zhang[9]研究华南持续性暴雨过程与热带低频振荡的关系。而广西属于华南地区，濒临海洋，常年受副热带高压[10-15]、热带低压[16-18]、南海夏季风[19-22]等热带天气系统影响，因此MJO在广西天气气候演变中扮演着重要的角色，对广西阶段性、持续性、频发性高影响天气事件具有重要的影响作用。

1 资料

本文采用的降水资料来自于1961～2013年广西80个地面气象观测站的日降水资料。表征MJO对流的向外长波辐射（Outgoing Long-wave Radiation，简称OLR）取自于NOAA的OLR日资料。MJO指数取自于NOAA气候预测中心（Climate Prediction Center，CPC）逐候的MJO指数，该指数利用200 hPa速度势函数，用EEOF计算得出，第一个EEOF特征函数（EEOF1）由10个时间滞后模组成，描述了约50天周期纬向1波的东传振荡，10个时间滞后模的200hPa速度势异常中心分别位于10个不同的位置（分别位于80°E，100°E，120°E，140°E，160°E，120°W，40°W，10°W，20°E，70°E），代表了10个位相。当MJO指数值为正时，表示200hPa速度势异常为正值，将10个MJO空间模依次称为位相1、位相2、…、位相10。

2 MJO活动及其对广西降水的影响

利用OLR资料通过滤波后得到各时期MJO对流在各区域的活动次数，结果表明：总的来看，各位相出现次数分布呈波动分布，最高值在大陆或群岛附近地区，在海洋中部出现最少。其中MJO对流在非洲大陆区域活动最频繁，占各位相总频数的17.2%，其次为印度洋中西部地区，占总频数的14.7%，向东减少，在印度洋中东部地区达到最少，仅占总数的3.4%，然后向东增加，在印度尼西亚东部群岛地区达到另一个活动峰值，占各位相总频数的11.8%，再向东逐渐减少，在东太平洋地区减到次低值，仅为5.4%。离广西最近的100°E附近区域，MJO对流出现次数占总频数的6.4%。

利用合成方法统计6月各候MJO对流所处位相同期广西降水情况（图1）：当位于第10（印度洋中西部）、2（苏门答腊岛）位相时，广西降水一致偏多；当位于第1（印度洋中东部）、5（西太平洋）、6（东太平洋）、8（大西洋东部）位相时，广西降水一致偏少；当第9（非洲大陆）、3（印度尼西亚东部群岛）、4（几内亚岛）、7（大西洋西部）位相时，广西降水为一半多一半少。在第10-3位相之间存在着第10位相时偏多→第1位相时偏少→第2位相时偏多→第3位相时大部偏少的明显波列变化特征。

图1 MJO对流所处位相时广西降水距平值（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

3 MJO对广西降水的影响机理分析

3.1 MJO对大气环流的影响

为了分析MJO对广西降水的影响，统计分析了6月各候MJO对流所处各位相500hPa高度距平场，从图2a中可以看出当处于第10位相时，588西伸脊线位于北部湾，贝湖以东地区和阿留申群岛的高度场为正距平，有利于在该地区形成高压脊，贝湖以西地区为低压槽，这样形势有利于冷空气南下到较低纬度，副热带高压西伸脊线位于北部湾有利南部水汽向广西输送，与北方冷空气相交绥，为发生强降水提供了有利条件，因此MJO对流处于第10位相时广西降水偏多。MJO对流处于第1位相时（图2b），从图中可以看出，欧亚大陆高度距平场为明显的波列分布形式，乌拉尔山为正距平→贝湖地区为负距平→亚洲大槽为正距平→西北太平洋地区为负距平→阿留申群岛为正距平，亚洲大槽偏弱，广西多处高压脊控制，副热带高压较第10位相时位置东移、面积偏小，不利降水发生，因此第1位相时广西降水偏少。MJO对流处于第2位相时（图2c），从图中可以看出，北纬70°N以北地区为负距平，蒙古及我国华北地区、阿留申群岛为正距平，其中阿留申群岛最强，这种形势易在贝湖附近形成槽脊，引导冷空气南下影响广西，因此对流处于第2位相时广西降水容易偏多。MJO对流处于第3位相时（如图2d），副热带高压有明显的偏弱，588线有明显东退，已不见踪迹，乌拉尔山地区和上扬斯克山脉附近地区为负距平，西伯利亚以北地区为正距平，这种形势不利于冷空气南下影响广西，因此对流处于第3位相时不利于广西发生强的降水。由此可见，MJO不仅影响着低纬度地区系统，即副热带高压随着MJO向东移动而减弱东移，而且影响着中高纬度地区的波列分布和转播。当MJO对流位于第10、2位相时，形成的槽脊位置有利冷空气南下影响广西。

图2 MJO各对流所处位相时500hPa高度场及距平图（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

3.2 MJO对风场及水汽输送的影响分析

为了分析热带季节内振荡对水汽输送的影响，统计了6月各候MJO对流所处各位相的850hPa风场和水汽场合成，如图3a，当MJO对流位于第10位相时，在阿拉伯海有强的水汽输送中心，水汽输送带向东偏南到达孟加拉湾，之后向东偏北达到了广西，从水汽输送带来看当MJO对流位于第10位相时很有利于水汽向广西输送的；从风场辐合带来看，辐合带位于长江流域的上游。如图3b，当MJO对流位于第1位相时，阿拉伯海强的水汽输送中心面积有向东扩大，输送带比第10位相输送的纬度更高了，广西上空南风风速比第10位相时大，水汽输送也强，中国大陆的风场辐合带位置较第10位相时略偏北，在蒙古附近有一个明显的低涡，因此MJO对流位于第1位相时广西降水偏少的原因可能为南北风辐合带位置偏北，造成主雨带偏北。如图3c，当MJO对流位于第2位相时，孟加拉湾水汽输送带向广西输送水汽较第10和第1位相有明显减弱，输送带通过孟加拉湾后有明显的向南向东发展，向北分量弱，广西上空的水汽主要来源于南面的北部湾和华南沿海的海面；风场辐合带位于长江流域，广西上空风场风速较第10、1位相稍弱，风向为南风，中高纬度地区北风风速也比较弱。如图3d，当MJO对流位于第3位相时，孟加拉湾水汽带向东输送到南海，广西上空水汽少，风速弱，因此广西降水少。由以上分析可见，在MJO对流所处位相向东移动过程中，当位于印度洋西部时，孟加拉湾水汽输送到达广西最强，随着逐渐向东减弱，当位于第2位相以后，广西上空水汽输送来源转为南海地区。

图3 6月MJO各对流所处位相时850hPa风场及水汽场（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

3.3 MJO对哈德莱环流的影响分析

为了分析MJO对哈德莱环流的影响，制作从经度107.5°E垂直风速的纬度高度剖面图，该路线刚好从广西经过，广西所处纬度为21~26°N之间，图4a为MJO对流处第10位相时风垂直速度的合成图，从图中可见广西上空分别在近地面层和200~600hPa高度有两个强的上升气流区，上升气流达到了100hPa的高度，说明广西地区对流强，利于强降水发生，在40~50°N区域有强的下沉气流。MJO对流处第1位相时，广西地区近地面层和400~500hPa高度存在着上升气流，上升气流高度明显比第10位相低，仅达到300hPa，300hPa以上为下沉气流，在40~50?N区域有强的下沉气流，在赤道地区的高空存在着强的上升气流。MJO对流处第2、3位相时，广西地区近地面层和300~600hPa高度存在着上升气流，这两个位相哈德莱环流差不多，因为它们分别位于100°E和120°E，处于107.5°E的左右两侧。从不同位相来看，当MJO对流处于和广西距离稍远的位相时，位于广西的哈德莱上升支的主要区别在上升气流高度略有不同和高空的强上升气流区分布范围不同。当MJO对流处于印度洋中西部时，上升气流高度高，在近地面层和200~600hPa高度有两个强的上升气流区。当MJO对流东移到印度洋中东部时，上升气流高度明显降低，同时两个强的上升气流区范围变小。当MJO对流处于和广西距离近的位相时，哈德莱环流区别不大。

图4 MJO各对流所处位相时风垂直速度经向剖面图（a：第10位相；b：第1位相；c：第2位相；d：第3位相）

4 结论和讨论

通过分析研究得到以下结论：

（1）从统计分析来看，MJO在各位相出现次数分布呈波动分布，最多出现在大陆或群岛附近地区，在海洋中部出现最少。广西降水在第10~3位相之间存在着明显波列变化特征，第10位相时偏多→第1位相时偏少→第2位相时偏多→第3位相时大部偏少的。

（2）副热带高压随着MJO向东移动而减弱东移，而且影响着中高纬度地区的波列分布和转播，当MJO对流位于第10、2位相时，形成的槽脊位置有利冷空气南下影响广西。

（3）在MJO对流所处位相向东移动过程中，当位于印度洋西部时，孟加拉湾水汽输送到达广西最

强，随着逐渐向东减弱，当位于第2位相以后，广西上空水汽输送来源转为南海地区。

（4）从不同位相来看，当MJO对流处于和广西距离稍远的位相时，位于广西的哈德莱上升支的主要区别在上升气流高度略有不同和高空的强上升气流区分布范围不同。当MJO对流处于印度洋中西部时，上升气流高度高，在近地面层和200-600hPa高度有两个强的上升气流区。当MJO对流东移到印度洋中东部时，上升气流高度明显降低，同时两个强的上升气流区范围变小。当MJO对流处于和广西距离近的位相时，哈德莱环流区别不大。

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