引言

初夏时节冷空气随北风气流南下，与北上的西南气流所携带的暖湿空气在江淮地区辐合形成梅雨^[1]，梅雨期降水体现了东亚夏季风系统与欧亚中高纬环流系统之间的相互作用^[2]。以往关于梅雨期降水的研究重点关注低纬度系统，如西南低空气流、副热带高压、副热带西风急流、热带地区海表温度异常等^[3-9]，对中高纬环流系统及相关的冷空气活动特征研究相对较少。一些研究发现欧亚大陆阻塞高压对梅雨期降水有重要影响^[10-12]，阻塞高压的存在是梅雨期中高纬环流的主要特征^[13]。此外，梅雨期东北冷涡和降水量存在显著的相关关系^[14-15]。高纬度和高层冷空气活动对江淮梅雨期降水也有重要影响^[16-19]，冷空气势力强弱与江淮梅雨雨带南北位置有一定关系^[20]。综上所述，中高纬环流系统是影响梅雨期降水的重要因素，研究江淮梅雨的变化必须考虑中高纬环流系统的作用。

以往关于东亚高空急流对梅雨影响的研究，主要是针对副热带急流及相关的低纬度环流系统的影响，但副热带急流不能全面反映中高纬环流系统的变化，这是高空急流在梅雨期降水研究中需要解决的一个重要问题。近年来，随着高时空分辨率的再分析数据的出现，对东亚高空急流的研究不断深入，揭示出东亚高空急流的两个分支-副热带急流和温带急流具有协同变化关系，并对东亚天气气候产生重要影响。研究表明，温带急流的形成和季节变化过程中经向风分量起着重要作用，温带急流区经向风强度的季节转换与亚洲夏季风爆发、江淮梅雨开始有密切关系，温带急流强度与北方冷空气活动有关，温带急流和副热带急流协同变化对梅雨雨带位置、夏季降水分型有重要影响^[21-23]。涡动驱动的温带急流位于Ferrel环流和极地环流之间，联系着中纬度地区和极地地区之间的能量交换^[24-26]，与中纬度风暴活动密切相关^[27]，对阻塞高压的位置强度有一定影响^[28]。因此，本文从东亚温带急流的角度出发，研究梅雨期温带急流与东亚地区中高纬环流系统之间的联系，进而讨论温带急流对梅雨期冷空气活动路径、源地的影响。

1 资料和方法

本文使用的数据为NCEP/NCAR再分析资料，包括逐日的纬向风，经向风，温度，位势高度，相对湿度等，数据分辨率为2.5°×2.5°，垂直高度为17层，时间长度为1960—2009年。

根据梅雨入梅、出梅气候平均时间，选取每年6月15日到7月14日为梅雨期。

2 梅雨期温带急流与高空槽脊系统的关系 2.1 温带急流区经向风异常

梅雨期间东亚上空存在两支急流，其中东亚副热带急流位于37°—40°N，温带急流位于60°—75°N，副热带急流以纬向风为主，而温带急流具有明显的经向分量，两支急流共同构成了东亚高空急流系统。从梅雨期平均300 hPa风场和均方差场上可以看到东亚高空急流的两个分支，其中副热带急流区的纬向风速为20 m·s^-1以上，经向风速小于7 m·s^-1，温带急流区的纬向风速为8~10 m·s^-1，经向风速为11 m·s^-1以上；东亚高空全风速的均方差范围为8~10 m·s^-1，两支急流区并没有出现全风速均方差的大值区，但从纬向风速和经向风速的均方差可以看到，温带急流区纬向风的均方差可达12~14 m·s^-1，经向风的均方差为12~13 m·s^-1，都要大于其平均场(图略)。由此可见温带急流中经向、纬向分量都非常重要。

温带急流具有明显的瞬变特性，位置变化范围很大，因此需要在逐日风场中寻找大值区，以确定温带急流的位置。在80°—140°E，50°—80°N范围内，采用60°(lon)×10°(lat)的滑动框南北滑动，寻找全风速最大的区域，定义为温带急流区域。将温带急流区域内全风速的平均值定义为温带急流的风速(PJ_W)，纬向风速的平均值定义为温带急流的纬向风速(PJ_U)，经向风速绝对值的平均值定义为温带急流的经向风速(PJ_V)。由于温带急流经向风具有不均匀性，在选定的温带急流区域内再次使用15°(lon)*10°(lat)滑动框东西滑动，寻找局地经向风最大值(V_max)。将逐日的温带急流风速PJ_W、纬向风速PJ_U、经向风速PJ_V进行标准化，得到标准化的指数Index_PJ_W，Index_PJ_U，Index_PJ_V。当Index_PJ_W > =1时温带急流处于强的状态，Index_PJ_W < =-1时温带急流处于弱的状态。

逐年考察梅雨期高空急流风速演变，发现在季节内尺度上，温带急流区风速存在明显的强弱变化，图 1给出了1967和1999年温带急流区风场的演变图。从1967年梅雨期急流的变化中可以看到，温带急流风速在6月21日达到最强，6月27日降到最弱，7月3日再次增强，7月12日又再次减弱，经历了强—弱—强—弱的演变。1999年梅雨期，温带急流在6月17日增强，6月26日减弱，7月7日再次增强，经历了强—弱—强的演变。伴随着温带急流区风速的强弱演变，纬向风速和经向风速也在随之而变：温带急流强时，纬向风速占优势，温带急流弱时，经向风速占优势。选取其它温带急流区风速强度演变过程进行分析，纬向风速和经向风速也有类似的变化，这里只给出了1967和1999年梅雨期温带急流区风场的演变特征。

为了进一步分析温带急流风速强弱演变过程中，纬向风速和经向风速的变化特征，对梅雨期温带急流强度变化过程进行合成分析。对于温带急流强弱演变过程个例的选取，是根据一定的阈值进行的。具体选取方法如下：1)如果某一天温带急流区的全风速指数Index_PJ_W≥1, 而且该天的温带急流区风速大于其前后各3 d的温带急流区风速，定义这一天为强温带急流状态；2)如果某一天温带急流区的全风速指数Index_PJ_W≤-1, 而且该天的温带急流区风速小于其前后各三天的温带急流区风速，定义这一天为弱温带急流状态；3)考察每年梅雨期(6月15日—7月14日)温带急流强度变化，如果一次强温带急流状态和一次弱温带急流状态相邻，且由强状态到弱状态过程中，与前一天相比温带急流风速增大的天数不超过2 d，Index_PJ_W增大值不大于0.5，定义为一次温带急流由强到弱演变的个例；4)考察每年梅雨期温带急流强度变化，如果一次弱温带急流状态和一次强温带急流状态相邻，且由弱状态到强状态过程中，与前一天相比温带急流风速减小的天数不超过2 d，Index_PJ_W减小值不大于0.5，定义为一次温带急流由弱到强演变的个例。基于这样的方法选取的温带急流由强到弱的过程一般持续8~10 d，由弱到强的过程一般为6~8 d，由于急流持续变化时间过长(15 d和18 d)被剔除的个例有2次，持续时间过短(3 d)被剔除的个例有3次。由于个例选取的阈值较高，导致选取的个例个数较少。如果将个例选取阈值适当降低(例如Index_PJ_W≥1降为Index_PJ_W≥0.8)，个例数量会相应增多，不同阈值选取的个例合成结果没有显著差异。利用上述的急流强弱演变过程的选取方法，在1960—2009年的梅雨期中挑选出温带急流由强到弱的典型个例21个, 由弱到强的典型个例16个，将这些个例分别进行合成分析。图 2是温带急流由强到弱/由弱到强的过程中合成的温带急流区风速、纬向风速、经向风速、局地最大经向风的演变情况。温带急流由强到弱过程中，开始时温带急流强并以纬向风为主，随着温带急流减弱，纬向风速减小，而经向风速增强，局地最大经向风速超过纬向风速，可达到18 m·s^-1以上，温带急流区经向风和纬向风的主导地位发生转换，当温带急流进一步减弱到一定程度后，经向风速和纬向风速都减弱，温带急流到达最弱状态。温带急流由弱到强的过程中，温带急流很弱时，纬向风速和经向风速都很小，温带急流风速增强过程中，开始时经向风速快速增大，局地最大经向风超过了20 m·s^-1，经向风为主导，温带急流进一步增强，纬向风速开始迅速增强，经向风速减弱，纬向风变为主导风。由此可见，温带急流强弱演变过程中，温带急流区存在纬向风与经向风主导地位的转换过程。

温带急流由强到弱或由弱到强的过程中，温带急流区经向风和纬向风的演变对副热带急流是否有影响？分析温带急流强弱演变过程中副热带急流纬向风的变化发现(图略)，温带急流由强到弱的过程中，副热带急流区纬向风速也有减弱趋势，因而温带急流由强到弱的过程中，经向风增强，整个高空环流的纬向风都在减弱，高空环流由纬向型转为经向型；温带急流由弱到强的过程中，副热带急流区纬向风速变化与温带急流区经向风变化相反，经向风减弱后，高空环流的纬向风都在增强，高空环流由经向型转为纬向型。由此可知，温带急流局地经向风增强对整个高空环流系统都有影响，温带急流强弱演变过程中，纬向风经向风主导地位的转换，使得高空环流系统存在纬向型与经向型的转换，进一步验证了高空急流经向风在高空大气环流转换过程中的重要性。

2.2 温带急流与中高纬槽脊

温带急流区中纬向风和经向风的强度变化与中纬度大气波动具有密切关系，也会对中低层环流系统有重要影响。下面讨论温带急流区经向风与中高纬槽脊系统之间的联系。

图 3为梅雨期温带急流区以纬向风和经向风为主时500 hPa位势高度场合成图，由图可见温带急流区以纬向风为主时，500 hPa位势高度线平直，中高纬度没有明显槽脊；温带急流区以经向风为主时，500 hPa位势高度场出现明显槽脊。进一步分析高空急流区经向风和中高纬度槽脊之间的关系发现，如果中高纬地区有槽脊出现，位势高度场就会出现纬向不均匀性，槽脊系统越强，位势高度场纬向不均匀性越大。计算55°—75°N、60°—140°E范围内每条纬线上500 hPa位势高度场的纬向距平，用纬向距平绝对值的和表示槽脊强弱，并与温带急流区逐日的经向风速PJ_V做相关，1960—2009年50 a梅雨期间，温带急流经向风与500 hPa槽脊间的相关系数为0.32，通过90%置信度检验，表明温带急流区经向风和中高纬槽脊有重要关系。

通过温带急流由强到弱和由弱到强过程中500 hPa槽脊演变(图 4)可以清楚地看到高空急流区经向风与中高纬槽脊系统有关。如图 4所示，在温带急流由强到弱连续10 d的演变过程中，开始时温带急流强并以纬向风为主，对应的500 hPa位势高度等值线平滑，中高纬没有明显槽脊，随着温带急流减弱，经向风速增加，经向风和纬向风的主导地位交换，因此在第3 d到第7 d，中高纬槽脊系统发展，当温带急流减弱到一定程度后，经向风速和纬向风速都很弱，这时中高纬槽脊系统消失，位势高度经向梯度变小。温带急流由弱到强的过程中，同样有槽脊活动(图略)。温带急流很弱时，纬向风速和经向风速都很小，这时500 hPa位势高度等值线平直，温带急流风速增强过程中，开始时经向风速快速增强，经向风为主导，这时500 hPa位势高度场出现一个低压中心，接下来几天低压中心不断发展，当温带急流区纬向风速突然增强变为主导风时，低压中心减弱消失，中高纬环流变为较为平直的状态。总之，温带急流强弱演变过程中，纬向风和经向风主导地位转换，当经向风为主时，中高纬环流型由纬向型变为经向型，高空槽脊系统发展。

3 温带急流区经向风异常时的中高纬环流系统特征 3.1 温带急流区经向风异常对应的中高纬环流系统

经向风分量是梅雨期东亚温带急流重要的组成部分，为分析梅雨期温带急流区经向风的特征，对1960—2009年梅雨期共1 500 d温带急流区60°—160°E，55°—75°N范围内的300 hPa经向风进行EOF分解，图 5是EOF分解第一、第二模态的空间分布，前两个模态对应的方差贡献分别为20.3%和16.6%。从图中可以看到，梅雨期高空急流区经向风异常具有局地特征，经向风异常主要有80°E、100°E、120°E和140°E四个中心。

选取PC1、PC2标准化后的时间系数大于1.0(小于-1.0)的情况为温带急流区经向风异常，并定义PC1≥1时为Type1，PC1≤-1时为Type2，PC2≥1时为Type3，PC2≤-1时为Type4，图 6是四种情况下300 hPa风场的合成图。可以看到，温带急流区经向风异常时，急流弯曲变形明显，北风异常和南风异常同时出现，考虑到北风异常可以引导中高纬异常信号南下，我们重点关注北风异常。Type1情况下，北风异常出现在120°E，Type2情况下，北风异常出现在80°E，Type3情况下，北风异常出现在60°E和140°E，Type4情况下，北风异常出现在100°E。

梅雨期降水具有持续性，低频分析显示梅雨降水以3~7 d降水为主。因此对应的环流形势应该也具有低频特征。分析四种局地经向风异常的持续天数发现，梅雨期温带急流四种位置的北风异常都以持续3~7 d为主，但随着经向风位置不同，持续性也略有不同。对于Type1而言，北风异常出现在120°E，北风只出现1 d或≥8 d的情况非常少，所占百分比为8.6%和7%，持续3~7 d的北风异常可占到65.5%。对于Type2，北风异常出现在80°E，而且持续期相对比较长，持续3~7 d的北风异常可占到49.2%，持续时间≥8 d的北风异常可占到24.2%。对于Type3，北风异常同时出现在60°E和140°E，而且持续期相对比较长，持续3~7 d的北风异常可占到49.2%，持续时间≥8 d的北风异常可占到17.7%。对于Type4，北风异常同时出现在100°E，持续3~7 d的北风异常可占到65.1%，持续时间≥8 d的北风异常仅占到8.1%。由此可见，温带急流区北风异常位置偏西时，更容易出现持续时间相对较长的北风异常。

下面分析温带急流区经向风异常时中高纬环流系统的异常特征。将满足Type1、Type2、Type3、Type4的情况进行合成，图 7是这四种情况下500 hPa位势高度场和阻塞高压出现次数的合成场。从图中可以看出，Type1情况下，东亚上空高空急流区北风异常出现在120°E附近，500 hPa位势高度场表现为一脊一槽形势，高度场正异常中心位于100°E附近，负异常中心位于140°E，对应的阻塞高压主要出现在90°— 110°E附近。在Type2情况下，东亚上空高空急流区北风异常出现在80°E附近，500 hPa位势高度异常中心自西向东以“+-+”排列，中心分别位于60°E、100°E和140°E，对应的阻塞高压为双阻型，但鄂霍次克海阻高强于乌拉尔阻高。在Type3情况下，高空急流区北风异常出现在60°E和140°E附近，500 hPa位势高度场在120°E为显著高度正异常中心，阻塞高压为中阻型，主要出现在120°—130°E。在Type4情况下，高空急流区北风异常出现在100°E，500 hPa高度正异常出现在80°E和150°E附近，对应的阻塞为双阻形势，但乌拉尔阻高强于鄂霍次克海阻高。因此，高空急流作为中高纬地区高层的重要环流系统，它的经向分量异常与500 hPa高度场异常、阻塞高压位置密切相关。

3.2 温带急流区经向风异常对应的冷空气路径

中高纬地区的环流形势与冷空气活动关系密切，下面分析温带急流区局地经向风异常对应的冷空气活动特征。目前有多个表征冷空气活动的方法，如北风或风矢、流函数、温度露点差、位涡、假相当位温、地面气温和积温等，其中等熵面位涡具有独特的性质，它既可以表征大气的热力学性质，又可以表征大气的动力学性质。位涡的守恒性能够示踪特定性质的气团，能很好地表征侵入中低纬的冷空气。研究表明，315 K等熵面位涡可以很好地表征夏季冷空气活动。从梅雨期平均和温带急流区四种局地经向风异常时对应的315 K等熵面位涡的分布上可见，平均情况下位涡呈准纬向分布，高位涡位于高纬度地区，低位涡位于低纬度地区，但温带急流区具有显著局地经向风异常时，315 K等熵面位涡分布明显不同，Type1情况下，120°—140°E是明显的位涡正异常中心，高纬度地区120°—140°E处的高位涡异常向南传播，最终到达江淮地区，表明来源于东北方向的中高纬冷空气，沿东北气流南下影响江淮地区，这是冷空气传播的偏东路径。Type2情况下，位涡正异常中心位置偏西，在80°—90°E附近，高位涡异常从西北方向抵达江淮地区，即冷空气从80°—100°E沿西北路径南下。Type3情况下，东西两侧同时存在高位涡中心，高位涡异常同时从两侧向江淮区域传播，西北方和东北方都有冷空气南下，沿两条路径的冷空气共同影响我国。Type4情况下，高位涡中心位于江淮区域正北方，高位涡异常从正北方向南传，即冷空气从正北方沿中部路径南下。

4 结论与讨论

本文分析了与温带急流相关联的梅雨期东亚上空中高纬环流系统的变化特征，揭示出东亚高空急流经向分量在急流变化中具有重要作用，温带急流区经向风和东亚中高纬槽脊关系密切，主要结论如下：

经向风分量在温带急流强弱演变过程中具有重要作用，在温带急流由强变弱的过程中，当温带急流强度强时，急流区以纬向风为主，当温带急流强度弱时，经向风增强，纬向风迅速减弱，急流区以经向风为主导，温带急流由强到弱时副热带急流区纬向风存在同样的减弱过程。温带急流由弱到强的演变过程中，开始时经向风迅速增强使温带急流区风速增大，温带急流区风速增强到一定程度，纬向风开始增强成为主导风向，温带急流强度增强，副热带急流纬向风速也随之增强。

温带急流区经向分量与中高纬槽脊有密切关系，温带急流区纬向风强时，500 hPa位势高度等值线平直，中高纬环流为纬向型，温带急流区经向风强时，中高纬槽脊系统发展，中高纬环流型由纬向型转换为经向型。对梅雨期60°—160°E，55°—75°N范围内的300 hPa经向风进行EOF分解，结果显示温带急流区北风异常主要有80°E、100°E、120°E、140°E四个中心。温带急流区北风异常的位置不同时，500 hPa位势高度场不同，中高纬阻塞高压出现位置不同，冷空气路径不同。高空急流区北风异常出现在120°E附近，500 hPa位势高度场表现为一脊一槽形势，高度场正异常中心位于100°E附近，负异常中心位于140°E，阻塞高压主要出现在90-110°E附近，来源于东北方向的中高纬冷空气，沿东北气流南下影响江淮地区。温带急流区北风异常出现在80°E附近，500 hPa位势高度异常中心自西向东以“+-+”排列，中心分别在60°E、100°E和140°E，阻塞高压为双阻型，鄂霍次克海阻高强于乌拉尔阻高，冷空气从80°—100°E沿西北路径南下。温带急流区北风异常出现在60°E和140°E附近，500 hPa位势高度场在120°E为显著高度正异常中心，阻塞高压为中阻型，主要出现在120°—130°E，西北方和东北方都有冷空气南下，两条路径的冷空气共同影响我国。温带急流区北风异常出现在100°E，500 hPa高度正异常出现在80°E和150°E附近，对应的阻塞为双阻形势，但乌拉尔阻高强于鄂霍次克海阻高，冷空气从正北方沿中部路径南下。