我国受东亚夏季风影响一般从东南向西北逐渐减弱，最终过渡到西风带影响区，这个过渡带就是东亚夏季风活动的边缘线，并且随着夏季风的强弱其位置南北摆动(Ma et al., 2011)，通常将这个摆动范围称为“夏季风影响过渡区”，它既是东亚夏季风影响的活动边界区(汤绪等, 2007)，也是东亚夏季风与中纬度西风带系统的耦合区.地处半干旱和半湿润气候带的黄土高原地区正好处在东亚夏季风影响过渡区的典型地带，不仅夏季风边缘线特性明显，而且边缘线摆动幅度较大(胡豪然等, 2007；汤绪等；2009；欧廷海等，2006；Zhang et al., 2016)，因此将该区域称为“典型夏季风影响过渡区”.

大量研究表明(郭其蕴等, 2004；Lebela et al., 1997；李栋梁等；2013)，随着全球气候变暖，东亚夏季风处于显著减弱趋势，使得夏季风北边缘线向东南撤退，原来受东亚夏季风影响较大的半润湿区正逐渐演变为受东亚夏季风影响较弱的半干旱区或不受东亚夏季风影响的干旱区.同时由于典型夏季风影响过渡区对气候变暖响应更为敏感，降水也出现减少趋势(Qian et al., 2007)，从而导致干旱灾害发生更加频繁，干旱化和荒漠化趋势不断加剧.此外由于典型夏季风影响过渡区是东亚夏季风与中纬度西风系统的耦合区，并且地处青藏高原东侧，因此其降水异常不仅受东亚夏季风的影响，也受中纬度西风带和高原夏季风的影响.研究发现(李万莉等, 2006; 王可丽等, 2005; 冯文等, 2004)，夏季中纬度西风带的水汽输送为西北地区东部提供了基本的水汽来源, 而西北地区东部正是典型夏季风影响过渡区的主要区域.另外研究也发现(周懿等, 2015；华维等, 2012；李菲等, 2011)，青藏高原夏季风(以下简称高原夏季风)的强弱同高原东北侧的夏季降水密切相关.因此，弄清主导典型夏季风影响过渡区夏季降水的关键系统极为重要.本文利用多种统计方法分析典型夏季风影响过渡区夏季降水与东亚夏季风、夏季中纬度西风带和高原夏季风之间的关系，并深入研究了过渡区降水异常的成因，进而为该区域的短期气候预测提供参考依据.

所用资料为国家气象信息中心整编的1961—2016年黄土高原核心区-典型夏季风影响过渡区内28个气象台站夏季(6—8月)逐日降水、国家气候中心下发的74个环流指数以及NCAR/NCEP再分析高度场、风场、地面气压及比湿等(Kalnay et al., 1996)，其中降水资料参照杨溯等(2014)方法做了均一化处理.

东亚夏季风指数的表征方法较多，本文采用了以下三指数.

张庆云等(2003)将东亚热带季风槽区(10°N—20°N，100°E—150°E)与东亚副热带地区(25°N—35°N，100°E —150°E)6—8月平均的850 hPa风场的纬向距平差定义为东亚夏季风指数(ZTCI)：

李建平等(2005)为反映季风盛行风向显著转变的主要环流特征，确定10°N—40°N，110°E—140°E为东亚夏季风影响区域，并定义了以下指数(DNS)：

式中V₁、V₇和V分别表示1月、7月以及1月和7月的平均风矢量.

赵平等(2005)对海平面气压进行标准化，然后沿着东经110°，北纬10°—40°平均的标准化气压来代表蒙古低压的变化特征，并采用沿着东经160°，北纬30°—40°平均的标准化气压表示西太平洋副热带高压的变化特征，用东经160°的平均值减去东经110°的平均值，得到东亚夏季风指数(APO).

李万莉等(2006)研究表明，区域35°N—55°N，70°E—110°E内的西风是我国典型夏季风影响过渡区水汽的主要载体，为此，本文定义如下的西风指数(ZWI)：

U₃₅，U₅₅分别为6—8月500 hPa等压面沿35°N和55°N纬圈的平均西风；N为沿纬圈取定的等距经度数(所取经度范围为70°E—110°E)，间隔为2.5个经距.

按照汤懋苍等(1979)对高原季风强度的定义，取青藏高原四周的(32.5°N、80°E)；(25°N、90°E)；(32.5°N、100°E)；(40°N、90°E)和中心点(32.5°N、90°E)共5个点的600 hPa高度值分别作为H₁，H₂, H₃, H₄, H₀, 计算PMI=H₁+H₂+H₃+H₄－4H₀的值作为反应高原地区季风特征的高度季风指数.

经验正交函数(EOF)分析表明，我国典型夏季风影响过渡区夏季降水具有明显的异常特征，其特征方差收敛很快，EOF展开第一、第二和第三模态方差贡献率分别为42.91%、12.62%和7.65%，前三个模态方差贡献率和为63.18%.图 1给出了典型夏季风影响过渡区夏季降水的第一和第二模态空间型.

图 1

Fig. 1

图 1 典型夏季风影响过渡区夏季降水EOF展开(a)第一和(b)第二模态空间型 Fig. 1 Spatial pattern of (a) EOF1 and (b) EOF2 of summer precipitation over the transitional zone of typical summer monsoon

从EOF展开第一模态空间型(图 1a)可以看出，典型夏季风影响过渡区夏季降水具有整体一致性，整个区域均为正值，而且大值区主要在宁南一带，相比较宁夏和陕北地区为大值区，而东南部的陕西中部以及甘肃陇东一带为小值区，这说明宁夏和陕北地区是典型夏季风影响过渡区夏季降水的主要异常区域.从EOF展开第二模态空间型(图 1b)来看，过渡区的西北和东南表现出反位相变化特征，相比较陕西中部及甘肃陇东地区为大值区.

另外通过分析EOF展开第一模态时间系数(以下简称PC1)变化发现(图略)，该模态时间系数长期趋势变化并不明显，但是自1995年以后确呈现出明显的减少趋势，从年际变率来看，在20世纪90年代中期之前年际变率较大，发生异常偏多、偏少和正常的年份基本各占三分之一，而1995年以后的20多年间异常偏多、偏少的年份各1年，其它年份均属正常.从EOF展开第二模态时间系数(以下简称PC2)变化来看(图略)，该模态56年来呈现出弱的增长趋势，而且其年际变率不大，异常年的发生概率只占整个时段的四分之一左右.

典型夏季风影响过渡区是东亚夏季风的边缘活动带，每年因东亚夏季风的强弱不同其季风到达的最北位置也不同(胡豪然等，2007)，那么过渡区夏季降水多少同东亚夏季风强弱是否呈显著关系？为了比较，我们选取了ZTCI、DNS和APO三个东亚夏季风指数，同时对以上三指数做两两相关，发现ZTCI同DNS和APO的相关系数分别为0.82和0.03，而DNS和APO的相关系数为0.27, 说明三个东亚夏季风指数相互之间并非都存在显著的关系.事实上，东亚夏季风指数的定义方法很多，大致分为环流指数、热力指数及动力指数，不同的指数从不同的角度来表征东亚夏季风的强弱.因此为了寻求典型夏季风影响过渡区夏季降水异常同东亚夏季风强弱的关系，选择以上三指数分别分析，通过分析发现ZTCI、DNS和APO同典型夏季风影响过渡区夏季降水PC1的相关系数分别为0.07、-0.03和-0.01，而同PC2的相关系数分别为-0.34、-0.36和-0.07，而且ZTCI和DNS同典型夏季风影响过渡区夏季降水PC2的相关系数超过0.01显著性水平，这说明东亚夏季风同典型夏季风影响过渡区夏季降水第二特征场存在较好的关系，而与第一特征场没有很好的对应关系.

为了进一步分析，表 1中以1倍标准差为临界值，挑选出了三个东亚夏季风指数以及典型夏季风影响过渡区夏季降水PC1和PC2的异常年.对比发现，在典型夏季风影响过渡区夏季降水PC1异常偏小的8年中，只有1965、1971和2005年对应东亚夏季风弱指数年，而1972和1974年反而对应东亚夏季风强指数年，其余3个年份既不是强指数年也不是弱指数年；在PC1异常偏大的11年中，只有1961、1978、1984和1994年对应东亚夏季风强指数年，而1988、1995和1996年反而对应为东亚夏季风弱指数年, 其余4个年份既不是强指数年也不是弱指数年.此外分析发现在典型夏季风影响过渡区夏季降水PC2异常偏大的6年中，只有1966年既不是强指数年也不是弱指数年，其余5年都对应东亚夏季风弱指数年；在PC2异常偏小的6年中，1967、1974和1997年对应东亚夏季风强指数年，而1995年对应东亚夏季风弱指数年，其余2个年份既不是强指数年也不是弱指数年.这进一步说明东亚夏季风的强弱同典型夏季风影响过渡区的夏季降水第二特征场异常之间存在相对较好的对应关系，而与第一特征场异常之间的对应关系不好.

表 1 (Table 1)

表 1 三个东亚夏季风指数及过渡区夏季降水PC1、PC2异常年 Table 1 Abnormal years of three East Asian summer monsoon indices and PC1, PC2 of summer precipitation over the transitional zone of typical summer monsoon 指数 弱指数、PC1偏小年及 PC2偏大年 强指数、PC1偏大年及 PC2偏小年 ZTCI 1965 1969 1971 1980 1983 1988 1995 1998 2003 2010 2013 1967 1972 1974 1978 1981 1984 1985 1986 1994 1997 2001 2002 2004 2012 DNS 1980 1983 1988 1995 1996 1998 2003 2008 2010 2013 1961 1963 1967 1972 1985 1997 2012 APO 1969 1976 1981 1983 1987 1993 1995 2005 1961 1962 1963 1967 2000 2008 PC1 1965 1971 1972 1974 1982 1991 2005 2015 1961 1964 1968 1978 1979 1984 1988 1992 1994 1995 1996 PC2 1966 1981 1988 2003 2010 2013 1967 1974 1977 1995 1997 2007

表 1 三个东亚夏季风指数及过渡区夏季降水PC1、PC2异常年 Table 1 Abnormal years of three East Asian summer monsoon indices and PC1, PC2 of summer precipitation over the transitional zone of typical summer monsoon

因此典型夏季风影响过渡区的夏季降水异常的主导因子并非是东亚夏季风，东亚夏季风影响较弱.

典型夏季风影响过渡区位于青藏高原东北侧，其夏季降水除了受东亚夏季风影响外，还受中纬度西风带以及高原夏季风的影响.众所周知，典型夏季风影响过渡区夏季降水与西太平洋副热带高压的强弱及位置存在一定的联系，而西太平洋副热带高压是东亚夏季风子系统，为了进一步分析典型夏季风影响过渡区夏季降水的影响因子，非常有必要比较夏季中纬度西风带、高原季风以及西太平洋副热带高压同典型夏季风影响过渡区夏季降水之间的关系.

表 2给出了典型夏季风影响过渡区夏季降水PC1、PC2同夏季中纬度西风指数，高原夏季风指数，夏季西太平洋副热带高压强度、北界、西伸边界指数的相关系数.可以看出PC1同夏季中纬度西风以及高原夏季风指数存在较好的关系，而且同西风指数的相关系数超过了0.01显著性水平，而与夏季副热带高压三指数相关性很弱.PC2同高原夏季风指数以及夏季副热带高压强度和西伸指数存在较好的关系，而且同高原夏季风及夏季副热带高压西伸指数的相关系数均超过了0.05显著性水平，而与夏季中纬度西风和副热带高压北界指数相关性很弱.

表 2 (Table 2)

表 2 过渡区夏季降水特征场时间系数分别与西风、高原季风以及副热带高压指数相关系数 Table 2 Correlation coefficients between westerlies, plateau monsoon, subtropical high indices and time coefficient of summer precipitation in the transitional zone of typical summer monsoon, respectively 西风指数 高原季风 指数 副高强度 指数 副高北界 指数 副高西伸 指数 PC1 0.34** 0.23 -0.01 0.08 -0.07 PC2 -0.01 0.32* 0.24 0.07 -0.37** 注：*, * *分别表示相关系数超过0.05和0.01显著性水平.

表 2 过渡区夏季降水特征场时间系数分别与西风、高原季风以及副热带高压指数相关系数 Table 2 Correlation coefficients between westerlies, plateau monsoon, subtropical high indices and time coefficient of summer precipitation in the transitional zone of typical summer monsoon, respectively

以上分析表明，夏季中纬度西风和高原夏季风同典型夏季风影响过渡区夏季降水的相关性较好.但分析又发现，夏季中纬度西风指数和高原夏季风指数之间也存在一定的相关性.因此为客观反映夏季中纬度西风和高原夏季风同典型夏季风影响过渡区夏季降水的独立相关性，图 2给出了夏季中纬度西风和高原夏季风指数同典型夏季风影响过渡区夏季降水的偏相关系数空间分布.

图 2

Fig. 2

图 2 (a) 夏季中纬度西风指数, (b)高原夏季风指数分别与典型夏季风影响过渡区夏季降水的偏相关系数空间分布(阴影区为通过0.05显著性水平检验区域) Fig. 2 Spatial distribution of partial correlation coefficient between (a)westerlies, (b) plateau monsoonindices and summer precipitation in the transitional zone of typical summer monsoon, respectively (shaded area passing 0.05 significant level)

从图 2a看出，夏季中纬度西风指数同典型夏季风影响过渡区夏季降水的偏相关系数基本呈一致的正值，相关系数最大值为0.51，而且过渡区一半以上区域通过显著性水平(P < 0.05)，高相关区位于内蒙古中西部、宁夏北部和陕西北部.而从高原夏季风指数同典型夏季风影响过渡区夏季降水的偏相关系数空间分布(图 2b)来看，过渡区的西北部为负相关，但相关性较差，而其它区域均为正相关，相关系数最大值为0.38，显著相关(P < 0.05)区主要在宁夏东南部、甘肃陇东以及陕西中部和北部，显著相关区域占整个过渡区的三分之一左右.对比发现，夏季中纬度西风指数与过渡区夏季降水的相关性更好，表明中纬度西风的变化对过渡区夏季降水影响更显著.但是，高原夏季风对过渡区夏季降水也有重要影响.

因此影响典型夏季风影响过渡区夏季降水异常的最主要系统是夏季中纬度西风带，其次为高原夏季风，东亚夏季风最弱，而东亚夏季风主要通过西太平洋副热带高压的强弱以及东西位置来影响.

前面已经证实夏季中纬度西风是影响典型夏季风影响过渡区夏季降水异常的最主要系统，下面通过夏季中纬度西风强、弱异常年合成的环流场场差异来揭示其影响典型夏季风影响过渡区夏季降水的机理.为消除高原夏季风的干扰，在选取夏季中纬度西风异常年时，剔除了中纬度西风与高原夏季风同为异常的年份.最终选取5个正异常年(1961、1970、1978、1997和2006年)和5个负异常年(1962、1964、1998、2003和2004年).

在夏季中纬度西风异常偏弱年(图 3a)，副热带高空急流位置偏南，急流轴位于40°N附近.而且在过渡区急流轴向东南方向发生了明显的“倾斜”，急流强度偏弱，中心风速大于30 m·s^-1的区域纬向跨度接近20个经距，此外过渡区风速明显小于其后部.而在异常偏强年(图 3b)，副热带高空急流位置偏北，急流轴始终维持在42°N左右，急流强度较强，中心风速大于30 m·s^-1的区域纬向跨度超过30个经距，过渡区内部与其后部水平方向风速变化不明显.因此中纬度西风强、弱年高空西风急流差异明显，首先在偏弱年急流位置明显偏南，且急流轴向东南方向“倾斜”使得过渡区上空500 hPa(图略)呈西北气流控制，此外急流强度明显减弱.

图 3

Fig. 3

图 3 夏季中纬度西风异常年风场(矢量，单位：m·s-1)及副热带急流轴线(实线)(阴影代表急流中心风速≥20 m·s-1；实线方框为研究区域).(a)偏弱年；(b)偏强年 Fig. 3 Wind field(vector, Unit: m·s-1) and jet axis(solid line) in summer middle latitude westerlies anomaly years. Shaded areas indicate the upper-level subtropical jet U≥20 m·s-1; the solid line box is the research area. (a) In weak years; (b) In strong years

高空西风急流强度的减弱是否可以导致过渡区高低空出现辐合辐散异常？图 4给出了夏季中纬度西风异常年高低层距平流场及距平风散度场，其中在偏弱年的200 hPa(图 4a)上，我国整个北方呈气旋式距平流场，而且过渡区的散度距平几乎一致为负，即气流为异常辐合；而在偏强年的200 hPa(图 4b)上，我国100°N以东呈反气旋式距平流场，过渡区的散度距平一致为正，即气流为异常辐散；在偏弱年的700 hPa(图 4c)上, 过渡区及其东北侧为一气旋式距平流场，过渡区呈偏东北距平流场，而且过渡区的距平风散度几乎一致为正，即气流为异常辐散；在偏强年的700 hPa(图 4d)上，过渡区表现为异常的偏西南距平流场，散度距平几乎一致为负，即气流为异常辐合.此外从整层水汽通量来看，在偏弱年(图 5a)，过渡区及其东北侧有一气旋式水汽通量距平场，而且较弱，过渡区的水汽来源较少，而偏强年(图 5b)，我国105°E以东有一反气旋式水汽通量距平场，有较强的西南水汽向过渡区输送.

图 4

Fig. 4

图 4 夏季中纬度西风偏弱年(a，c)，偏强年(b，d)200 hPa(a，b)和700 hPa(c，d)水平风流场及散度场距平(阴影>0，单位：10-7s-1；实线方框为研究区域) Fig. 4 Anomaly of horizontal wind flow field and divergence fields at 200 hPa (a, b) and 700 hPa (c, d) in weak years (a, c) and strong years (b, d) of summer middle latitude westerlies. Shaded divergence > 0, Unit: 10-7s-1; the solid line box is the research area

图 5

Fig. 5

图 5 夏季中纬度西风异常年整层水汽通量(风矢，单位g·m-1·s-1)距平场(实线方框为研究区域).(a)偏弱年；(b)偏强年 Fig. 5 Anomaly of water vapor flux in the whole layer in summer middle latitude westerlies anomaly years. The solid line box is the research area. (a) In weak years; (b) In strong years

以上分析表明，在夏季中纬度西风异常偏弱年，高空急流位置偏南，且急流轴在典型夏季风影响过渡区向东南方向发生了“倾斜”，对应500 hPa呈异常的西北气流控制，同时由于高空西风急流在过渡区减弱，使得高层发生异常的气流辐合，低层辐散，通过高低层环流之间的质量和动量调整，垂直场表现为异常的下沉运动，低层辐散也减弱了西南暖湿气流的北上，水汽来源较少，最终使得典型夏季风影响过渡区夏季降水偏少，反之亦然.这是夏季中纬度西风影响典型夏季风影响过渡区夏季降水的可能机理.

本文利用1961—2016年国家气象信息中心整理的气象台站逐日降水资料、国家气候中心下发的74个环流指数以及NCAR/NCEP再分析资料，通过统计方法对我国典型夏季风影响过渡区夏季降水的时空特征以及异常成因进行分析，主要得出以下结论：

(1) 典型夏季风影响过渡区夏季降水EOF展开第一模态呈现全区一致性特征，而且该模态没有表现明显的长期变化趋势，不过在20世纪90年代中期以前变率较大，而之后很少发生异常现象，此外第二模态呈现出西北和东南反向的变化特征.

(2) 典型夏季风影响过渡区夏季降水EOF展开第一模态的异常同东亚夏季风的强弱之间没有很好的对应关系，但是同夏季中纬度西风的强弱对应关系较好.而第二模态与高原夏季风之间存在较好的对应关系，此外与东亚夏季风，特别是其子系统西太平洋副热带高压的西界位置对应较好.因此夏季中纬度西风可能是影响典型夏季风影响过渡区夏季降水异常的最主要因子，高原夏季风为次要因子，东亚夏季风影响较弱，而且东亚夏季风主要通过子系统西太平洋副热带高压西伸边界的东西摆动来影响.

(3) 夏季中纬度西风偏弱年，高空急流位置偏南，在典型夏季风影响过渡区高空急流轴向东南方向发生了“倾斜”，对应500 hPa呈异常的西北气流控制，同时由于高空西风急流在过渡区减弱，使得高层发生异常的气流辐合，低层辐散，通过高低层环流之间的质量和动量调整，垂直场表现为异常的下沉运动，低层辐散也减弱了西南暖湿气流的北上，水汽来源较少，最终使得典型夏季风影响过渡区夏季降水偏少，反之亦然.这是夏季中纬度西风影响典型夏季风影响过渡区夏季降水的可能机理.

全文分析表明，夏季中纬度西风是影响我国典型夏季风影响过渡区夏季降水异常的最主要系统，而高原夏季风的影响也很重要，但是由于篇幅所限，本文仅对中纬度西风对典型夏季风影响过渡区夏季降水异常的影响机理进行了探讨，而高原季风对其的影响机理暂且不做讨论.