熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩與南方雪災(zāi)

熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩與南方雪災(zāi)

氣候異常變化2008年初，中國(guó)經(jīng)歷了罕見的低溫降雨冷氣候?yàn)?zāi)害。這次雪災(zāi)影響范圍廣,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),強(qiáng)度大,而且是多種災(zāi)害并發(fā),既有暴雪、低溫、冰凍,也有大霧天氣,對(duì)中國(guó)南方交通運(yùn)輸、能源供應(yīng)、電力傳輸和通訊設(shè)施以及農(nóng)業(yè)和人民群眾的生活造成了嚴(yán)重影響和重大損失。低溫、雨雪冰凍災(zāi)害形成的原因不是單一的,而是多種因素在同一時(shí)段同一地區(qū)相互配合和迭加的結(jié)果,其中LaNi珘na事件是災(zāi)害發(fā)生的氣候背景。歐亞大氣環(huán)流異常持續(xù)性是造成冷空氣不斷侵襲中國(guó)南方的直接原因;孟加拉灣和南海地區(qū)暖濕氣流北上是大范圍凍雨和降雪形成并在中國(guó)南方持續(xù)的必要條件。MJO(Madden-JulianOscillation)即大氣的30—60d振蕩是高、低緯大氣環(huán)流持續(xù)異常同時(shí)發(fā)生的紐帶,它通過調(diào)控西風(fēng)帶、亞洲夏季風(fēng)活動(dòng)和西太平洋副熱帶高壓的進(jìn)退,影響中國(guó)的天氣和氣候。已有研究表明,中國(guó)氣候異常變化同熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩有關(guān),MJO對(duì)中國(guó)東部地區(qū)降水具有一定的調(diào)控作用,對(duì)北方冬春干旱、低溫雨雪有重要的影響。李崇銀等指出,大氣MJO對(duì)東亞季風(fēng)和中國(guó)氣候有重要影響。黃榮輝等研究指出,大氣MJO對(duì)西太平洋地區(qū)的非絕熱加熱有重要影響,而這種熱源異?？赏ㄟ^大氣遙相關(guān)作用影響東亞和中國(guó)的氣候。韓榮青,李維京等研究表明,東亞夏季旱澇不但與西南季風(fēng)有關(guān),而且與熱帶、副熱帶中東太平洋副熱帶東風(fēng)系統(tǒng)中的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩向西傳播,以及中高緯度長(zhǎng)波調(diào)整時(shí)低頻擾動(dòng)向西南,經(jīng)副熱帶北太平洋的傳入密切相關(guān)。琚建華等研究了東亞夏季風(fēng)的季節(jié)內(nèi)振蕩,發(fā)現(xiàn)東亞夏季風(fēng)區(qū)的低頻振蕩及其傳播對(duì)中國(guó)長(zhǎng)江中下游旱澇有顯著的影響。可見,MJO與中國(guó)氣候有著顯著的聯(lián)系,可作為中國(guó)氣候異常變化的影響因子。本文以2008年冬季中國(guó)南方雪災(zāi)為研究對(duì)象,用Wheeler和Hendon提出的逐日MJO指數(shù)以及(outgoinglongwaveradiation)資料表征MJO的變化,根據(jù)MJO指數(shù)資料、OLR資料和雪災(zāi)期間降水資料,分析MJO與中國(guó)南方雪災(zāi)的關(guān)系,進(jìn)而從MJO角度分析此次過程的成因。近期研究表明,MJO具有明顯的可預(yù)報(bào)性,因此可為中國(guó)南方地區(qū)降水監(jiān)測(cè)提供重要的預(yù)報(bào)依據(jù),對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。1世界時(shí)間序列及位置測(cè)量本文所用資料包括:1979年1月1日至2008年12月31日,Wheeler和Hendon提出的逐日MJO指數(shù)資料(包括RMM1,RMM2,振幅,位相),資料由http://ww.au/bmrc/clfor/cfstaff/matw/maproom/RMM/獲得;中國(guó)東部(105°E以東地區(qū))550個(gè)臺(tái)站逐日降水資料,資料時(shí)間為1979年1月1日至2008年2月2日;由歐洲中心提供的全球OLR資料,資料時(shí)間為1974年6月1日至2008年2月29日逐日再分析資料;NCEP/NCAR全球逐日再分析資料:850hPa風(fēng)場(chǎng)(u、v)(水平分辨率均為2.5°×2.5°經(jīng)緯度)。Wheeler和Hendon利用近赤道地區(qū)(15°S—15°N)850hPa、200hPa平均緯向風(fēng)以及向外長(zhǎng)波輻射資料場(chǎng)作聯(lián)合EOF,取前兩個(gè)主分量時(shí)間序列組成MJO指數(shù)向量,并記為RMM。兩個(gè)分量分別記為RMM1和RMM2。RMM1和RMM2相差四分之一位相,變化時(shí)間尺度為30—80d。圖1為2007年11月1日至12月31日,RMM1和RMM2構(gòu)成二維位相空間?？梢钥闯?利用RMM1、RMM2可確定MJO的8個(gè)不同位相,從而確定MJO的空間位置。MJO指數(shù)向量一方面定量地描述了MJO的強(qiáng)度,如圖1中MJO弱活動(dòng)區(qū)域?yàn)檎穹∮?的區(qū)域,MJO弱活動(dòng)區(qū)以外區(qū)域即為MJO活躍區(qū);另一方面它還具有方向性,可以描述MJO的位置并反映出MJO沿赤道向東傳送的特征。本文在研究MJO與中國(guó)南方雪災(zāi)關(guān)系的過程中,采用合成分析方法,分析4次過程的MJO指數(shù)及OLR變化特征,從MJO的角度研究雪災(zāi)成因。2日雪災(zāi)主要信息雪災(zāi)過程為2008年1月10日至2月2日,主要集中在中國(guó)長(zhǎng)江中下游至華南地區(qū),日平均降水距平為4.0—6.0mm。統(tǒng)計(jì)中國(guó)南方降水集中區(qū)(22°—32°N,110°—122°E)日平均降水量可以發(fā)現(xiàn),雪災(zāi)主要由4次降水過程造成。時(shí)間段分別為1月10—16日、18—22日、25—29日和1月31日至2月2日。第1次過程為強(qiáng)冷空氣過程,之后呈現(xiàn)冷空氣不強(qiáng),但維持雨雪天氣,主要影響的強(qiáng)中心位于長(zhǎng)江中游地區(qū);第2次過程強(qiáng)中心位于長(zhǎng)江中下游地區(qū),凍雨范圍幾乎覆蓋貴州、湖南;第3次過程暴雪強(qiáng)度增強(qiáng),強(qiáng)中心位于華南—長(zhǎng)江地區(qū);第4次過程整體強(qiáng)中心位于華南—江南地區(qū)。3日本的降水過程雪地3.1中國(guó)東部地區(qū)為了弄清楚MJO與此次降水(雪)過程的關(guān)系,首先分析在MJO不同位相上中國(guó)東部冬季降水多年平均變化。利用1979—2008年中國(guó)東部550個(gè)臺(tái)站逐日降水資料與MJO指數(shù)進(jìn)行合成分析,發(fā)現(xiàn)MJO不同位相上,中國(guó)東部冬季降水變化各異,第2與第3位相的降水分布形式相似,第4與第5位相相似,第6和第7位相形式相似,第8和第1位相相似,從而可將MJO的8個(gè)位相分成4種情況進(jìn)行討論。圖2給出了MJO分別在第2—3位相、4—5位相、6—7位相和8—1位相上,中國(guó)東部冬季降水變化情況。MJO位于第2—3位相時(shí)(圖2a)降水變化最為顯著,中國(guó)東部大部分地區(qū)呈正的降水距平,尤其在長(zhǎng)江以南一些地區(qū),正降水異常為0.5—1.5mm。這種信號(hào)特征在中國(guó)東部大部分地區(qū)通過了信度為95%的顯著性檢驗(yàn)。同時(shí)由圖1可知,此時(shí)MJO的位置位于印度洋附近。在第4—5位相中,對(duì)流中心大致位于印度尼西亞,中國(guó)東部正降水異常向南移動(dòng),主要位于華南地區(qū),而其以北大部分地區(qū)均呈現(xiàn)負(fù)的降水距平(圖2b),而且該位相中降水異常信號(hào)很弱,只有華南地區(qū)通過了信度為95%的顯著性檢驗(yàn)。第6—7位相上,降水變化與第2—3位相對(duì)應(yīng),呈現(xiàn)相反變化形式,中國(guó)東部大部分地區(qū)呈降水負(fù)距平(圖2c),而此時(shí)與MJO有關(guān)的對(duì)流中心位于西太平洋附近。在第8—1位相上,對(duì)流中心在東太平洋至非洲,表現(xiàn)出MJO與降水的關(guān)系較弱,而其降水分布的形式與第4—5位相情況相對(duì)應(yīng),成相反狀況,中國(guó)華南地區(qū)呈降水負(fù)異常,而其以北地區(qū)為正降水距平(圖2d)。參考上述結(jié)果,分析MJO指數(shù)在雪災(zāi)過程中的變化情況。由圖3可以看出,1月10日至2月2日MJO存在明顯的東傳現(xiàn)象,即由西太平洋向東傳送至印度洋附近。整個(gè)過程經(jīng)過MJO指數(shù)的第7、8、1、2、3位相,與雪災(zāi)降水過程相對(duì)應(yīng)。第1次降水過程處于MJO第7位相中,表現(xiàn)出開始伴隨強(qiáng)冷空氣,之后呈現(xiàn)冷空氣不強(qiáng),但維持雨雪天氣,主要影響的強(qiáng)中心位于中國(guó)長(zhǎng)江中游地區(qū)。第2次降水過程MJO已由第7位相向東傳送,處于第7、8、1位相,此時(shí)強(qiáng)中心位于長(zhǎng)江中下游地區(qū),凍雨范圍幾乎覆蓋貴州、湖南。第3和第4次降水過程MJO已由第1位相東傳至第2至第3位相附近,對(duì)應(yīng)此時(shí)暴雪強(qiáng)度增強(qiáng),強(qiáng)中心位于華南—江南地區(qū)。可見,除第1次降水過程MJO處于第7位相與圖2c的結(jié)果有差異外,其余3次過程與MJO對(duì)中國(guó)冬季降水影響的多年平均狀況基本一致。伴隨著MJO的向東傳送,雪災(zāi)過程中國(guó)南方降水強(qiáng)度及集中區(qū)也在隨之變化,MJO在一定程度上對(duì)雪災(zāi)過程有調(diào)制作用。3.2mrae回歸并在不同季節(jié)內(nèi)發(fā)生了多次液壓擾動(dòng)為了進(jìn)一步探討MJO的變化如何影響4次降雪過程,利用OLR資料表征MJO的變化,分析OLR與雪災(zāi)過程的關(guān)系。圖4a為2007年12月1日至2008年2月29日中國(guó)南方地區(qū)的降水距平。圖4b為15°S—15°N的OLR緯向平均距平。從圖4b可以看出,OLR的2次東傳過程,第1次為12月初至翌年1月下旬,第2次為1月下旬至2月中旬,正好與4次降水時(shí)間相配合。第1次降雪過程(1月10—16日)對(duì)應(yīng)MJO第1次東傳結(jié)束階段。第2次降雪過程(1月18—22日)對(duì)應(yīng)MJO第1次東傳末至第2次東傳初階段,后兩次降雪過程(1月25日至2月2日)對(duì)應(yīng)第2次東傳過程。為了更清楚地研究MJO對(duì)異常降雪的影響,分別對(duì)4次過程進(jìn)行分析。圖5和圖6分別給出了2007年末至2008年初OLR在不同時(shí)間段的距平以及4次降雪過程的850hPa風(fēng)場(chǎng)距平。圖5a至圖5e表現(xiàn)出了MJO的第一次傳播過程,可以看出MJO大致由印度洋附近經(jīng)過中南半島,東傳至西太平洋附近。圖5c中在(160°E,20°N)以北附近有一個(gè)明顯的正距平區(qū)域,代表著副熱帶高壓的位置。對(duì)應(yīng)圖6a和圖6b也可以看出,伴隨著MJO的東傳,副熱帶高壓明顯偏北偏強(qiáng),副熱帶高壓西側(cè)的西南氣流將大量水汽帶到中國(guó),在中國(guó)長(zhǎng)江中游地區(qū)形成對(duì)流區(qū),引起長(zhǎng)江流域持續(xù)降雪,形成第1次和第2次降雪過程。圖5e至圖5g表征MJO第2次傳送過程,對(duì)流擾動(dòng)大致由非洲經(jīng)過印度洋東傳至中國(guó)南海附近。由圖6c和圖6d可以看出,與之配合的南支槽變得活躍,從西南方向向中國(guó)南方帶來大量水汽。與此同時(shí),副熱帶高壓主體明顯南移,使得中國(guó)對(duì)流區(qū)域逐漸由長(zhǎng)江中下游擴(kuò)展到整個(gè)華南—江南地區(qū),形成后2次的強(qiáng)降水過程?？梢?熱帶大氣環(huán)流異常是影響2008年中國(guó)南方冬季持續(xù)性降雪的一個(gè)重要因素,熱帶西太平洋至印度洋MJO異?；钴S,發(fā)生2次對(duì)流擾動(dòng)?xùn)|傳過程,第1次導(dǎo)致西太平洋副熱帶高壓持續(xù)偏強(qiáng),第2次導(dǎo)致南支槽活躍。副熱帶高壓西側(cè)偏南風(fēng)帶來的暖濕氣流,以及南支槽帶來的印度洋和孟加拉灣的暖濕氣流不斷向中國(guó)輸送,為中國(guó)長(zhǎng)江流域及南部地區(qū)的強(qiáng)降雪天氣提供了更加充沛的水汽來源。4異常降水過程(1)利用MJO指數(shù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn),在降水(雪)過程中,MJO存在明顯的東傳現(xiàn)象,即由西太平洋向東傳送至印度洋附近。伴隨著MJO的向東傳播,MJO處于不同位相時(shí),降雪過程的強(qiáng)度和范圍也存在顯著的差異。MJO逐漸由第7、8、1位相向第2、3位相轉(zhuǎn)變,對(duì)應(yīng)降雪過程也逐漸由中國(guó)長(zhǎng)江流域向華南地區(qū)擴(kuò)展。MJO在一定程度上對(duì)此次降水過程有調(diào)制作用。(2)利用OLR資料表征MJO的變化,分析發(fā)現(xiàn)4