天气韵律是指在准稳定时间间隔内某种天气现象的重现，这种现象最早由苏联学者Мультановский提出(杨鉴初，1956)。这种韵律现象通常具有3个主要特点：两个天气现象之间有准稳定的时间间隔；不能从第一个现象本身的演变过程去推算第二个现象的出现；只出现在固定的季节(赵宗慈等，1982)。根据该定义，天气韵律是指同一天气现象在某一准稳定时间间隔内重复出现的现象。不过，王绍武等(1982)把这个概念扩大到两个不同类天气现象的关系上，即把预报量和预报因子间相隔几个月的相关关系(即隔季相关)也称为韵律。本研究关注的是前一种定义的韵律现象。

研究表明，天气韵律存在于海洋和大气之中。Namias(1978)在研究美国气温的持续性时发现，滞后两季的气温间具有较好的自相关。臧恒范等(1983)指出，北太平洋西风漂流区夏季和冬季海温存在显著的相关关系。林学椿(1991)发现，北半球500 hPa高度距平场存在冬、夏隔季相关现象，且这种现象在亚洲地区最为明显。方之芳等(2005)指出，北极海冰具有较明显的隔季相关和隔年 相关关系。这些气候意义上的韵律现象通常具有2—11个月不等的时间间隔，其中大约半年间隔的韵律较为常见，且具有明显的区域性特征，主要集中在北太平洋、北大西洋以及亚洲南部到西太平洋(赵宗慈等，1982)。

半年尺度气候韵律现象的存在可能与大气环流中低频波振荡分布有密切关系(李麦村，1985；张庆云等，1992；吴晓红等，1996; Yan et al，2011)，为长期天气预报(或称短期气候预测)提供了重要的参考依据(李德明等，1979；王绍武等，1983；刘惠霞，1998；魏凤英，2011；贾小龙等，2013；毛炜峄等，2013；曾庆存，2013)。然而，至今对于中国气候要素中的半年韵律现象关注较少，作为一种经验性的统计现象，其产生的物理机制更不清楚。为此，本研究将着眼于中国台站观测降水量，考察其冬季和夏季的隔季韵律(称之为干、湿韵律)现象，分析韵律基本特征，并初步探讨这种韵律现象的可能成因。

2 资料和方法

所用资料主要包括：(1)中国国家气候中心整编的中国160站月平均降水资料；(2)美国环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的月平均再分析资料(Kalnay et al，1996)，包括标准等压面上分辨率为2. 5°×2. 5°的位势高度、纬向风、经向风和相对湿度等变量。所用资料的分析时段均为1951年1月至2013年12月。同时还采用Chen等(2000)定义的东亚冬季风指数和Wang等(2008)定义的东亚夏季风指数。

研究方法主要包括相关分析、合成分析、一元线性回归等常用统计方法，其中相关分析采用t检验方法进行显著性检验。文中分析所指冬季平均值为前一年12月—当年1月，如1951/1952年冬季指1951年12月—1952年1月的平均值(文中简写为1952年冬季)；夏季平均则为6月和7月的平均值。在诊断分析之前，去除了所有资料序列的线性趋势。 3 分析结果 3.1 冬、夏干、湿韵律现象

为了揭示中国冬、夏干、湿韵律现象，对前冬-后夏与前夏-后冬的站点逐月降水量进行了超前滞后交叉相关分析。结果显示，12、1月和后期6、7月的月平均降水量存在较强的隔季相关，尤其是在长江中下游地区这种相关最为明显。因此，本文以12月和1月代表冬季，6月和7月代表夏季，计算了中国160站前冬和后夏平均降水量的相关(图 1a)。可以看到，前冬和后夏降水量在长江中下游地区存在显著的正相关，而其他区域的相关系数相对较小。进一步的计算结果显示，前冬和后夏长江中下游地区(27°—30°N，111°—120°E)区域平均降水量的相关系数高达0.55，通过了99%显著性检验(图 2)。相比之下，前夏和后冬的降水相关相对较弱，几乎不存在统计意义上的显著区域(图 1b)。

图 1 1952—2013年前冬-后夏(a)和前夏-后冬(b)中国160站降水的相关系数分布 (红色等值线表示通过90%显著性检验)Fig. 1 Averaged correlations of precipitation at the 160 stations between winter and the following summer(a) and summer and the following winter(b)in China over the period from 1952 to 2013 (The red contour that it is significant at the 90% confidence level)

图选项

图 2 1952—2013年长江中下游冬夏降水显著相关区的标准化降水序列 (实线为冬季12、1月区域平均降水，虚线为夏季6、7月区域平均降水)Fig. 2 Normalized time series of the precipitation averaged over the mid-lower reaches of the Yangtze River Basin from 1952 to 2013 (Solid line indicates the regional mean precipitation in the winter of Dec-Jan and dotted line in the summer of Jun-Jul)

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这些结果表明，当长江中下游冬季降水偏少(多)时，该地区后期夏季降水也往往偏少(多)，将这种现象称为长江中下游冬、夏干(湿)韵律现象。这种韵律关系对于长江中下游地区汛期降水的预报可能具有重要指示意义。尤其是该地区冬季12—1月降水量与次年6—7月降水量存在较强的相关，冬季降水量的变化可能是夏季降水量变化的前兆信号之一，前者可考虑作为后者预报时的一个参考量。因此，接下来将重点研究长江中下游地区冬、夏干、湿韵律的可能成因。 3.2 环流特征分析

为了揭示长江中下游地区冬、夏干、湿韵律的可能成因，首先对该地区干、湿韵律年的高度场、风场以及水汽通量场进行了合成分析。根据冬季和夏季长江中下游区域平均降水序列进行统计，得到湿(干)韵律年14(20)年，其他年份(称之为无韵律年)为28年(表 1)。

从冬、夏干、湿韵律年500 hPa高度场和850 hPa风场距平的合成分布(图 3)可见，在湿韵律年冬季的500 hPa位势高度距平场上(图 3a)，包含日本岛在内的中纬度西北太平洋主要受正距平控制；同时，巴尔喀什湖地区上空存在一个负距平中心，使得东亚地区500 hPa位势高度距平呈现东高西低的分布型。在这种环流配置下，中国南方东部主要受偏南风异常控制，进而有利于低纬度水汽向长江中下游地区输送。相反，在干韵律年冬季(图 3b)，东亚上空500 hPa位势高度距平呈现西高东低的分布型，中国东部主要受偏北风异常控制，因此不利于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送。

图 3 长江中下游冬(a、b)夏(c、d)湿韵律年(a、c)和干韵律年(b、d)500 hPa高度场(单位：gpm)及850 hPa风场(单位：m/s)距平的合成分布 (绿色等值线/箭头表示通过90%显著性检验)Fig. 3 Composite distribution of 500 hPa geopotential height(unit: gpm) and 850 hPa wind(unit: m/s)anomalies corresponding to the winter-summer wet rhythm years(a，c) and dry rhythm years(b，d)over the mid-lower reaches of the Yangtze River during winter(a，b) and summer(c，d) (The green contour/arrow indicates that it is significant at the 90% confidence level)

图选项

在湿韵律年夏季(图 3c)，菲律宾至东北亚地区上空500 hPa位势高度距平呈“+-+”分布型，这种环流形势与东亚夏季风偏弱(长江流域夏季降水偏多)年相似。其中，菲律宾上空低层主要受反气旋异常控制，其西侧的偏南风异常有利于暖湿气流向中国东部地区输送，并与高纬度南下的偏冷气流交汇于长江中下游地区，进而导致该地区降水偏多。干韵律年夏季(图 3d)的情况则相反，菲律宾至东北亚地区上空的500 hPa高度距平呈“-+-”分布型，菲律宾受气旋异常控制，不利于西南暖湿气流向长江中下游地区输送。

从长江中下游冬、夏干、湿韵律年冬季和夏季整层积分水汽通量距平的合成分布(图 4)可以看到，在湿韵律年冬季(图 4a)，南海至中国南方地区上空存在显著的向北水汽输送异常，并在长江中下游地区形成水汽辐合，进而导致该地区降水偏多。相反，在干韵律年冬季(图 4b)，由低纬度海洋向中国大陆输送的水汽明显偏弱，而且长江中下游上空为水汽辐散区，因此该地区降水偏少。对于干湿韵律年夏季的水汽输送异常(图 4c、d)，也可得到类似结论。总之，在干(湿)韵律年冬季和夏季，经中国南海向长江中下游的水汽输送往往都偏弱(强)，使该地区降水偏少(多)。

图 4 中国长江中下游冬(a、b)夏(c、d)湿韵律年(a、c)和干韵律年(b、d)整层水汽通量(单位：kg/(m·s))及水汽通量散度(单位：10-7kg/(m2·s))距平的合成分布(红色箭头表示通过90%显著性检验)Fig. 4 Composite distribution of vertical-integrated water vapor flux(unit: kg/(m·s)) and water vapor flux divergence(unit: 10-7kg/(m2·s))anomalies corresponding to the winter-summer wet rhythm years(a，c) and dry rhythm years(b，d)over the mid-lower reaches of the Yangtze River during winter(a，b) and summer(c，d)(The red arrow indicates that it is significant at the 90% confidence level)

图选项

上述分析结果表明，在湿韵律年，东亚冬季风和夏季风往往一致偏弱；相反，在干韵律年，东亚冬季风和夏季风往往一致偏强。因此，长江中下游地区冬、夏干湿韵律现象的出现可能与东亚冬、夏季风强弱变化有关。 3.3 干、湿韵律与东亚季风的关系

由于东亚季风系统变化的复杂性，以往研究对其理解和分析的切入点各有不同，因此出现多达数十种东亚季风指数的定义方式(高辉等，2003; 高辉，2007；Wang et al，2008；Li et al，2010；王宁，2010；李茜等，2011；Liu et al，2012；邵鹏程等，2012；刘舸等，2013)。本研究在综合分析对比的基础上，选用了Chen等(2000)定义的东亚冬季风指数和Wang等(2008)定义的东亚夏季风指数来分别表征东亚冬、夏季风的强弱变化。

Chen等(2000)定义的东亚冬季风指数可以归类于风场特征类，表征西伯利亚冷高压向南爆发产生偏北风即是冬季风。东亚冬季风以低空风系为主要特征，对流层低层和地面经向风的变化在一定程度上可以反映冬季冷涌的强弱，通过对东亚两个区域的低层经向风场进行区域平均后相加，以此定义东亚冬季风指数(EAWM)

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可以看到，该指数越大，表示南风越强，东亚冬季风则越弱；反之，该指数越小，表示北风越强，东亚冬季风则越强。从图 5a可以看到，该东亚冬季风指数与中国东部大部分地区的冬季降水量存在显著的正相关，表明东亚冬季风的偏弱(强)往往对应着长江中下游冬季降水的偏多(少)。

Wang等(2008)定义的东亚夏季风指数也可以归类于风场特征类，为了较好地反映夏季东亚风场变化与中国东部汛期降水的关系，将东亚热带季风槽区(5°—15°N，90°—130°E)与东亚副热带地区(22.5°—32.5°N，110°—140°E)夏季平均的850 hPa风场的纬向风距平差，定义为东亚夏季风指数(EASM)：

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当该指数偏大时，对应长江流域夏季降水偏少；而当该指数偏小时，长江流域夏季降水易于偏多，即该东亚夏季风指数与长江中下游地区夏季降水成反相关(图 5b)。

图 5 1952—2013年东亚冬季风(a)和东亚夏季风(b)指数与中国160站降水的相关系数分布以及东亚冬季风和夏季风一致偏弱(c，d)/偏强(e，f)年冬季(c/e)和夏季(d/f)降水距平的合成分布 (绿色等值线表示通过90%显著性检验)Fig. 5 Correlation distribution of the East Asian winter(a) and summer(b)monsoon indices and precipitation in the 160 China stations，and the composite distribution of winter(c/e) and summer(d/f)precipitation anomalies corresponding to the weaker(c，d)/stronger(e，f)East Asian winter and summer monsoon years from 1952 to 2013

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上述分析结果发现，长江中下游地区冬、夏干、湿韵律现象的出现可能与东亚冬、夏季风的强弱变化密切相关。为了进一步验证此猜测，对东亚冬季风和夏季风一致偏弱或偏强年(大于0.5个标准差强度的年份)中国160站冬季和夏季的降水距平分别进行了合成分析(图 5c—f)，可以清楚地看到，在东亚冬、夏季风一致偏弱年(共9年，其中湿韵律年有5年，占56%)，中国长江中下游地区冬季和夏季的降水均明显偏多(图 5c、d)。相反，在东亚冬、夏季风一致偏强年(共14年，其中干韵律年有9年，占64%)，长江中下游地区冬季和夏季的降水均显著偏少(图 5e、f)。尤其在夏季，冬、夏季风一致偏弱年与偏强年的降水异常中心均与干、湿韵律区非常吻合。这些结果进一步证实，长江中下游冬、夏干、湿韵律与东亚季风强弱变化存在密切联系。

从东亚冬季风和夏季风指数的散点分布(图 6，用不同颜色区分长江中下游冬、夏干、湿韵律年)可以看出，干韵律年多分布在第一象限，对应东亚冬、夏季风一致偏强的情况；湿韵律年多分布在第三象限，对应东亚冬、夏季风一致偏弱的情况；而无韵律年则分布在各个象限之中。进一步的统计分析发现，在干(湿)韵律年，东亚冬、夏季风一致偏强(弱)的发生概率为50%(50%)，远高于东亚冬、夏季风其他强度配置组合的发生概率(表 2)；尤其是在大于0.5个标准差的典型干(湿)韵律年，东亚冬、夏季风一致偏强(弱)的发生概率高达56%(80%)。由此表明，当东亚冬、夏季风强弱变化一致时，中国长江中下游地区易于出现冬夏干湿韵律现象，与上述分析结果一致。

图 6 1952—2013年东亚冬季风和夏季风指数的散点分布 (蓝(红)色表示湿(干)韵律年，黑色为无韵律年；较大圆点表示大于0.5个标准差的干湿韵律年)Fig. 6 Scatter diagram of the East Asian winter and summer monsoons indices from 1952 to 2013 (The blue(red)dot indicates wet(dry)rhythm years，and the black dot indicates no rhythm years. The bigger dot indicates the dry/wet rhythm years above the 0.5 st and ard deviation)

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基于中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料，研究了中国冬季和夏季降水的准半年韵律现象。分析结果指出，长江中下游地区存在显著的冬、夏干、湿韵律现象，即当该地区冬季12—1月降水异常偏少(偏多)时，后期夏季6—7月降水也倾向于异常偏少(偏多)。这种冬、夏干、湿韵律现象的存在，为长江中下游地区汛期降水预测提供了重要的前兆信号。

为了探索长江中下游冬、夏干、湿韵律现象的可能形成原因，进一步分析了典型干湿韵律年水汽输送和环流异常特征，并讨论了干、湿韵律与东亚季风强、弱变化的关系。结果表明，在湿韵律年冬季，东亚地区500 hPa位势高度距平呈现“东高西低”的分布型，东亚大槽往往偏弱，中国南方东部主要受偏南风异常控制，这有利于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送，进而导致该地区冬季降水偏多；在次年夏季，菲律宾至东北亚地区上空500 hPa高度距平呈“+-+”分布型，菲律宾地区受反气旋异常控制，其西侧的偏南风异常有利于西南暖湿气流向中国东部地区输送，使得长江中下游地区夏季降水也偏多。简言之，在湿韵律年冬季(夏季)，东亚地区环流异常的分布与东亚冬(夏)季风偏弱年相似，均有利于长江中下游地区降水偏多；相反，在干韵律年冬季和夏季，环流异常的分布则分别与东亚冬季风和夏季风偏强年相似，皆不利于水汽向长江中下游地区输送，从而导致该地区降水偏少。

研究进一步证实，长江中下游地区的冬、夏干、湿韵律现象与东亚冬、夏季风活动的强度变化密切相关：干、湿韵律现象多在冬、夏季风强度变化一致的情况下出现，冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象，而一致偏弱时易导致湿韵律现象。尽管如此，对于东亚季风活动如何调制长江中下游冬、夏干、湿韵律、以及这种韵律现象产生的根本物理成因仍不清楚，这将在下一步工作中进行探索。

致谢： 感谢中国气象局国家气候中心陈丽娟研究员、张培群研究员给予的大量指导和帮助。感谢国家气候中心提供的月平均台站降水资料，感谢美国NOAA提供的NCEP/NCAR再分析资料。