1 引 言

索马里越赤道气流(SMJ)是南、北半球相互作用的重要桥梁，是影响南、北半球天气气候异常的重要因素之一。Krishnamurti等(1976)对索马里越赤道气流进行了动力学分析和数值模拟，指出急流的形成和维持是惯性力、科里奥利力、下垫面摩擦和地形共同作用的结果。Yang等(1981)利用观测资料揭示了季风爆发期间，阿拉伯海北部向北移动的低空急流朝向干静力稳定度、绝对涡度、位势涡度最大值的逆梯度方向。 此外，关于影响越赤道气流的外强迫因素和环流因子方面，有的学者(杨大升等，1985)强调地形的作用，有的学者(王向东等，1997)研究加热场的结构对越赤道气流的影响，还有学者(Lin，et al，2008)预估了未来全球变暖背景下索马里越赤道气流的变化，指出其变化幅度与全球平均气温的变化幅度是一个非线性的关系。不仅如此，越赤道气流的强弱变化和南、北半球的环流系统都是密切相关的。林新彬等(2007)指出5月索马里越赤道气流与7—9月环流影响关系最好，与北半球西太平洋副热带高压脊线位置呈正相关关系。李晓峰等(2006)指出夏季索马里越赤道气流的建立过程是马斯克林高压、中非低压以及阿拉伯高压等非洲—印度洋系统所造成的。王会军等(2003)研究表明索马里越赤道气流强度的年际变化还与春季北印度洋等海区的海温异常相关。

越赤道气流是亚洲夏季风的源头，其时空分布和强弱变化与亚洲夏季风环流关系密切。李崇银等(2002)揭示了对应南海夏季风爆发，总是先有索马里越赤道南风气流的建立。高辉等(2006)、覃志年等(2007)也有类似的结论。丛菁等(2007)认为当索马里越赤道气流偏强(弱)时，低层南亚夏季风和东亚副热带夏季风均偏强(弱)，而南海夏季风偏弱(强)。汪卫平等(2008)从年际和年代际时间尺度上考察索马里越赤道气流变化与东亚夏季风的关系，发现两者表现出近乎相反的特征。

李曾中等(1998)指出东半球越赤道活动状况可以作为对中国洪涝灾害的预测依据，李曾中等(2000)进一步指出越赤道气流的特别强劲以及通道位置的异常是造成1991年夏季特大暴雨的主要原因之一。此后的研究表明索马里越赤道气流是影响华东地区(施宁等，2001)、西北地区东部(李国昌等，2006)夏季旱涝的重要环流因素。梁俊明等(2005)认为夏季索马里气流与同期及后期越南南方降水有很强的相关，同期为显著的正相关，后期为显著的负相关。周顺武等(2003)定义了一个索马里越赤道气流指数，用于判别高原夏季旱涝，其能力比印度季风指数有明显的提高。Halpern等(2001)指出索马里越赤道气流强度偏高(低)时，印度西海岸的降雨偏多(偏少)。类似地，Zhu(2012)发现夏季低空索马里越赤道气流与同期印度季风区降水存在显著的正相关，但与东亚夏季风强度及其水汽输送的相关性较弱。

年代际是具有承上启下作用的时间尺度，它往往对年际尺度的气候变率有重要影响，对于提高气候可预报性有深远意义(江志红等，2001)。以往的研究多讨论的是年际变化关系，且多以某一层越赤道气流作为研究对象。邱金晶等(2013)提出对流层中低层(1000—600 hPa)索马里越赤道气流存在不同的垂直结构，主要呈现出全区一致、上下反相两种分布型(“A”型和“B”型)，细分为一致增强型(“A+”型)、一致减弱型(“A-”型)、上弱下强型(“B+”型)和上强下弱型(“B-”型)，且两种垂直结构型均表现出显著的年代际变化。在此前提下，本研究进一步寻找可能影响索马里越赤道气流垂直结构年代际变化的环流因子和海温信号，并深入讨论垂直结构与亚洲夏季风活动的年代际关系。

2 资料与方法

所用资料为1950—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料，包括纬向风、经向风、地面气压场，其中垂直方向有17层，格点分辨率为2.5°×2.5°；1950—2010年哈得来中心全球月平均海温分析资料，分辨率为1°×1°；降水资料为1950—2010年全球陆地月降水资料(PREC/L)，分辨率为2.5°×2.5°；南极涛动指数取自http://jisao.washington.edu；夏季是指当年6—8月平均。

主要采用奇异值分解(SVD)、相关分析、合成分析等方法，显著性检验为t分布检验。计算水汽输送通量、水汽通量散度的方法详见黄荣辉等(1998)。

3 夏季索马里越赤道气流垂直结构指数的定义及其年代际变化

邱金晶等(2013)把2.5°S—2.5°N 3个格点上经向风的平均值作为越赤道气流，通过对实际气流的计算得到，1000—600 hPa 5层索马里越赤道气流每年最大值基本出现在以下通道：1000 hPa(45.0°—50.0°E)，925 hPa(42.5°—45.0°E)，850 hPa(42.5°—45.0°E)，700 hPa(42.5°—45.0°E)，600 hPa(45.0°—47.5°E)，然后以各层通道内的最大经向风作为该年夏季各层索马里越赤道气流强度指数，记为ISMJ，将5层索马里越赤道气流强度分别记为ISMJ1000、ISMJ925、ISMJ850、ISMJ700、ISMJ600。进一步将标准化的索马里越赤道气流强度指数，记为I^*SMJ，5个高度层上分别记为I^*SMJ1000、I^*SMJ925、I^*SMJ850、I^*SMJ700、I^*SMJ600。邱金晶等(2013)用1950—2010年夏季5层(1000—600 hPa)I^*SMJ序列作经验正交函数分解(EOF)，将其分析得到的前两个模态作为索马里越赤道气流的两类垂直结构型，并把对应的时间系数(PC1和PC2)分别作为表征“A”型垂直结构和“B”型垂直结构的指数。考虑到选用不同时段进行经验正交函数分解，得到的PC1、PC2序列中同一年的时间系数值是存在差异的，故将PC1、PC2作为垂直结构指数具有一定的局限性。为了能定量地表征夏季索马里越赤道气流的两类垂直结构，让历年结构指数成为固定值，本研究尝试构造新的指数。

3.1 夏季索马里越赤道气流垂直结构指数的定义

由邱金晶等(2013)的研究可知，对流层中低层内索马里越赤道气流垂直结构的变化主要体现在925、1000 hPa 气流与700、600 hPa 气流不同的配置，这里选用索马里越赤道气流年际变率相对较大的925和700 hPa作为代表层，利用两个高度层上的索马里越赤道气流强度来构造指数。分别通过公式VS₁=I^*_SMJ925+I^*_SMJ700和VS₂=I^*_SMJ925-I^*_SMJ700，计算得到VS₁和VS₂，再对其进行标准化处理，消去单位，得到表征“A”型垂直结构的指数VS₁和表征“B”型垂直结构的指数VS₂(图 1)。通过计算可知，VS₁与夏季索马里越赤道气流垂直结构经验正交函数分解第1模态对应的时间系数PC1成显著的正相关，相关系数为0.91，VS₂与第2模态对应的时间系数PC2成显著的正相关，相关系数为0.92。从图 1可以进一步发现，VS₁和VS₂存在显著的年代际变化，VS₁在20世纪80年代中期发生由负转正的年代际变化，与PC1反映的年代际变化基本一致；VS₂在70年代初和90年代中期分别发生由负转正、由正转负的年代际变化，与PC2的年代际变化基本一致。进一步将两个指数与5层I^*SMJ求相关(图略)，在VS₁和夏季索马里越赤道气流垂直结构的相关分布中，上下层为一致的正相关，都通过了99%的置信度检验。因此，VS₁能很好地表征夏季索马里越赤道气流“A”型垂直结构。在VS₂和夏季索马里越赤道气流垂直结构的相关分布中，上层为显著的正相关，下层为显著的负相关，可见VS₂能很好地表征夏季索马里越赤道气流“B”型垂直结构。

图 1 1950—2010年夏季索马里越赤道气流垂直结构指数(直方图)以及11 a滑动平均(曲线)(a.VS1，b.VS2)Fig. 1 Time series of the VS1 index(a) and the VS2 index(b)during 1950-2010(curve lines denote 11-year running averages)

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3.2 夏季索马里越赤道气流垂直结构指数的年代际变化

由上述分析可知，垂直结构指数VS₁和VS₂以年代际振荡为主，这里根据11 a滑动平均曲线(图 1)，把1985—2005年作为高VS₁年代(P1)，该时段的合成结果(图 2a)显示上下层索马里越赤道气流一致为正值，强度整体偏强，变化幅度上层比下层明显，索马里越赤道气流垂直结构向上发展旺盛，垂直结构呈“A+”型。把1955—1984年作为低VS₁年代(P2)，该时段的合成结果(图 2b)显示上下层索马里越赤道气流一致为负值，强度整体偏弱，下层变化幅度较小，索马里越赤道气流垂直结构向上发展较弱，垂直结构呈“A-”型。年代际尺度上，将1971—1995年(T1)作为高VS₂年代，该时段的合成结果(图 2c)表明上层为负距平，索马里越赤道气流偏弱，下层为正距平，索马里越赤道气流偏强，索马里越赤道气流垂直结构呈“B+”型。VS₂在1958—1970年和1996—2005年对应低值，将两个时段合并称为低VS₂年代(T2)，合成结果(图 2d)表明上层为正距平，索马里越赤道气流偏强，下层为负距平，索马里越赤道气流偏弱，垂直结构呈“B-”型。可见，VS₁和VS₂能够刻画出索马里越赤道气流垂直结构具有的年代际变化特征。

图 2 高(a、c)、低(b、d)指数时期平均的夏季索马里越赤道气流垂直结构(a、b.VS1，c、d.VS2)Fig. 2 Composite vertical structures of the summertime Somali cross-equatorial flow(SMJ)averaged over the interdecadal periods of high(a，c) and low(b，d)indices(a，b. VS1，c，d. VS2)

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4 夏季索马里越赤道气流垂直结构指数与大气环流的年代际关系

为了进一步分析夏季索马里越赤道气流垂直结构年代际异常的环流成因，根据上面给出的VS₁和VS₂的年代际时段(P1和P2、T1和T2)，分别进行海平面气压场、500和200 hPa位势高度场的合成分析，试图找出影响索马里越赤道气流垂直结构年代际变化的环流因子。

4.1 海平面气压场

由P1和P2时段海平面气压场的合成差值分布(图 3a)可知，当VS₁处于高值年代，对应索马里越赤道气流垂直结构呈“A+”型，北半球欧亚大陆为正距平，西太平洋为弱的负距平，南半球中高纬度地区为负距平，副热带地区为正距平；与之相反，VS₁处于低值年代时，索马里越赤道气流垂直结构呈“A-”型，欧亚大陆为负距平，南半球中高纬度地区为正距平，副热带地区为负距平。这种分布表明年代际尺度上，当索马里越赤道气流垂直结构处于“A+”型时期，北半球大陆热低压偏弱，南半球极地高压偏弱，绕极低压带加强，副热带高压带统一加强，即南极涛动(AAO)处于正位相，当垂直结构处于“A-”型时期，大陆低压系统发展强盛，南极涛动处于负位相。

图 3 高、低指数年代下夏季海平面气压场的合成差值分布(a.VS1，b.VS2；阴影区表示通过了95%的置信度检验)Fig. 3 Composite differences of sea level pressure(SLP)in summer between the interdecadal periods of high and low indices(a.VS1，b.VS2； shaded areas represent the differences significant at the 95% confidence level)

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南极涛动在全年中信号显著，有很好的季节持续性，为了确定夏季索马里越赤道气流垂直结构型与南极涛动的同期耦合关系，将夏季索马里越赤道气流和20°S以南的海平面气压场进行奇异值分解分析。奇异值分解的第1奇异向量(SVD1)方差贡献为87.0%，其时间系数(图 4c)的相关系数达0.63，相关程度较高，可以看到在20世纪80年代前、后第1奇异向量呈现出反位相的年代际变化特征。从索马里越赤道气流的第1异类相关图(图 4a)可见，上、下层均为正相关，相关系数均通过95%的置信度检验，索马里越赤道气流垂直结构呈“A+”型。在海平面气压场的第1异类相关图(图 4b)上，看到南半球中低纬度均为正相关，且大部分区域都通过95%的置信度检验，高纬度为一致显著的负相关分布，这种分布情况体现的正是南极涛动的分布特点。由此可见，在年代际时间尺度上，夏季索马里越赤道气流的“A+”型(“A-”型)结构与南极涛动偏强(弱)相匹配。从它们第1奇异向量的时间系数呈明显的上升趋势，说明最近夏季南极涛动增强，对应着南半球极地高压偏弱，副极地低压带偏强，中纬度洋面上副热带高压带的统一加强，这种南半球环流形势下，夏季对流层中低层索马里越赤道气流强度在年代际变化中增强。薛峰等(2009)曾指出南极涛动呈现正的异常模态，马斯克林高压及索马里越赤道气流偏强。这里伴随着南极涛动的年代际变化，夏季对流层中低层索马里越赤道气流一致增强。

图 4 1950—2010年夏季索马里越赤道气流强度为左场，海平面气压场为右场奇异值分解第1模态的左异类相关(a)、右异类相关(b，阴影区表示通过了95%的置信度检验)以及它们的标准化时间系数(c)Fig. 4 First pair of SVD heterogeneous correlation coefficients for summertime SMJ(a) and SLP(b，shaded areas represent the correlations significant at the 95% confidence level) and their st and arized time coefficients(c)during 1950-2010

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南极涛动的变化可以用南极涛动指数来刻画，根据Thompson等(2000)的定义，得到1950—2010年夏季南极涛动指数序列，将南极涛动指数与VS₁做相关，得到相关系数为0.53，通过99%的置信度检验。将两序列的年代际分量滤出后再求相关，得到相关系数为0.72，相关性进一步提高。值得一提的是，南极涛动指数与VS₁序列中年代际信号很强，会减弱样本间的独立性，得到的相关系数的可信度可能会降低。不过本研究结合奇异值分解和相关分析，能够得出夏季索马里越赤道气流“A”型垂直结构与南极涛动存在正相关，且在年代际尺度上更为显著这一结论。通过观察图 4c的时间系数，以及对比“A”型垂直结构指数和南极涛动指数序列的年代际变化特征，可以看到，南半球中高纬度地区的年代际变化早于赤道附近的索马里越赤道气流。南极涛动可能是影响夏季索马里越赤道气流“A”型垂直结构年代际变化的一个重要环流因子。

对VS₂对应的T1和T2年代际时段的海平面气压场进行合成分析，由图 3b可知，当VS₂处于高值年代，对应索马里越赤道气流垂直结构呈“B+”型，欧亚大陆基本为一致的正距平，南半球非洲南部为正距平；与之相反，VS₂处于低值年代时，对应索马里越赤道气流垂直结构呈“B-”型，亚洲大陆大部分为负距平，南半球非洲南部亦为负距平。这种分布表明年代际尺度上，当垂直结构处于“B+”型时期，北半球大陆低压偏弱，南半球马斯克林高压偏强。当夏季索马里越赤道气流垂直结构处于“B-”型时期，大陆热低压偏强，马斯克林高压偏弱。

综上，VS₁和VS₂的年代际变化均与海平面气压场上大陆低压、马斯克林高压关系密切，VS₁还与南极涛动存在密切联系。

4.2 位势高度场

进一步对500 hPa位势高度场进行合成分析，在高VS₁年代，南、北半球45°S—70°N基本为正距平区；与此相反，在低VS₁年代，该区域几乎为一致的负距平。因此，年代际尺度上，夏季索马里越赤道气流垂直结构“A+”型对应东亚大槽和印缅槽偏弱，西太平洋副热带高压显著加强；反之，“A-”型结构对应东亚大槽和印缅槽均加深，而西太平洋副热带高压偏弱，这些系统均通过了99%的置信度检验(图 5a)。图 5b是高、低VS₂年代500 hPa位势高度场的合成差值分布，可以看到，年代际尺度上，夏季索马里越赤道气流垂直结构“B+”型对应印缅槽偏弱；反之，“B-”型对应印缅槽偏强。

图 5 高、低指数年代下500 hPa位势高度场的合成差值分布(a.VS1，b.VS2；阴影区表示通过了95%的置信度检验)Fig. 5 Composite differences of 500 hPa height field in summer between the interdecadal periods of high and low indices(a.VS1，b.VS2； shaded areas represent the differences significant at the 95% confidence level)

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同理，对200 hPa位势高度场进行合成分析，先给出高、低VS₁年代合成的200 hPa高度场的差值分布(图 6a)，当VS₁处于高值年代时，200 hPa 南亚高压强度加强，核心范围扩大，东伸加强对西太平洋的控制。当VS₁处于低值年代时，200 hPa南亚高压强度偏弱。图 6b是高、低VS₂年代合成的200 hPa 高度场的差值分布，年代际尺度上，VS₂与南亚高压的强度存在联系，但并不显著。值得注意的是，图 6b显示北半球中高纬度地区有较明显的波列结构。

图 6 高、低指数年代下200 hPa位势高度场的合成差值分布(a.VS1，b.VS2；阴影区表示通过了95%的置信度检验)Fig. 6 As in Fig. 5 but for 200 hPa

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综上，VS₁和VS₂的年代际变化均与500 hPa印缅槽关系密切，VS₁还与500 hPa东亚大槽、西太平洋副热带高压、200 hPa南亚高压存在密切联系，VS₂与200 hPa沿西风急流传播的波列状结构有关。

5 夏季索马里越赤道气流垂直结构指数与海温的年代际关系

索马里越赤道气流位于印度洋上空，其垂直结构与外界强迫因子海温的变化是否有一定的联系？针对这个问题，首先进行合成分析。高、低VS₁年代下海温的合成差值分布(图 7a)显示全球海洋大部区域，尤其印度洋海温一致偏高，呈现出海温的增暖趋势，与全球变暖的趋势是一致的。另外，日本以东的北太平洋有一个海温负值区，这与Lau等(1999)指出伴随整体海洋的变暖，在副热带北太平洋存在一个变冷的区域的结论是一致的。当VS₁处于高值年代，索马里越赤道气流垂直结构对应“A+”型时期，印度洋几乎为一致的正距平。当VS₁处于低值年代时，索马里越赤道气流垂直结构对应“A-”型时期，印度洋则为一致的负距平。高、低VS₂年代合成的海温距平合成差值分布(图 7b)则显示，当索马里越赤道气流垂直结构处于“B+”型时期，南印度洋海温呈现东冷西暖的分布型，北太平洋海温呈一致的负距平；反之，当垂直结构处于“B-”型时期，南印度洋海温呈现东暖西冷的分布型，北太平洋海温呈一致的正距平。西南印度洋海温距平和东南印度洋海温距平存在相反的变化趋势，贾小龙等(2005)将这种事件称为南印度洋偶极型振荡(SIOD)。

图 7 高、低指数年代下海温的合成差值分布(a.VS1，b.VS2；阴影区表示通过了95%的置信度检验)Fig. 7 As in Fig. 5 but for SST

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由上述分析可知，VS₁与全印度洋海温的年代际变化密切联系。这里以标准化的(50°S—30°N，30°—120°E)海区平均海温距平构造一个全印度洋海温指数(IOSI)，图 8a给出了VS₁和全印度洋海温指数的时间序列，它们之间未经平滑的相关系数是0.56，11 a滑动平均后的同期相关系数达0.84，当滑动平均后的全印度洋海温指数超前VS₁ 4 a时，相关系数高达0.91。相关系数均通过99.9%的置信度检验，表明全印度洋海温的变化可能对索马里越赤道气流“A”型垂直结构指数的年代际变化起一个调控指示作用。夏季索马里越赤道气流“B”型垂直结构则与印度洋偶极型振荡事件关系密切，贾小龙等(2005)以标准化的(25°—40°S，65°—80°E)海区平均海温距平与(10°—20°S，95°—105°E)海区平均海温距平的差构造出一个南印度洋偶极子指数(SIODI)。图 8b给出了VS₂和南印度洋偶极子指数的时间序列，它们之间未经平滑的相关系数是0.33，通过95%的置信度检验。11 a滑动平均后的同期相关系数达0.78，当滑动平均后的南印度洋偶极子指数超前VS₁ 3 a时，相关系数高达0.85。相关系数均通过99.9%的置信度检验，这表明年代际尺度上，南印度洋偶极子指数的变化可能对索马里越赤道气流“B”型垂直结构起调控指示作用。

图 8 1950—2010年索马里越赤道气流垂直结构指数(实心柱)和海温指数(空心柱)的时间序列(a.VS1和全印度洋海温指数，b.VS2和南印度洋偶极子指数；曲线为11 a滑动平均曲线(实线：索马里越赤道气流垂直结构指数，虚线：海温指数)Fig. 8 Time series of SMJ vertical structure indices(solid bars) and SST indices(empty bars)during 1950-2010(a.VS1 and IOSI，b.VS2 and SIODI； curve lines denote 11-year running averages of SMJ vertical structure indices(solid lines) and SST indices(dotted lines))

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综上所述，夏季索马里越赤道气流垂直结构的年代际变化与海温密切联系。夏季索马里越赤道气流“A”型垂直结构指数的年代际变化与全球海洋大部分区域，尤其印度洋海温一致偏高的趋势是一致的。南印度洋偶极型振荡的变化是影响索马里越赤道气流“B”型垂直结构指数年代际变化的重要因子。值得一提的是，表征印度洋海温变化的两个指数——全印度洋海温指数与南印度洋偶极子指数可能对索马里越赤道气流垂直结构的年代际变化起着调控指示作用。

6 夏季索马里越赤道气流垂直结构指数与亚洲夏季风活动的年代际关系

越赤道气流与季风的关系一直是热点问题，它们是相互联系和相互作用的两个系统。索马里越赤道气流强度变化会直接影响越赤道向季风区的水汽输送量，对夏季降水也有着显著的影响(李国昌等，2006)。那么，索马里越赤道气流垂直结构的变化对夏季风环流以及降水又有着怎样的关系呢？邱金晶等(2013)已经揭示索马里越赤道气流垂直结构与东亚夏季风活动关系密切。本节将进一步讨论年代际尺度上索马里越赤道气流垂直结构变化对应的亚洲夏季风和同期降水特征。

6.1 垂直结构指数与亚洲夏季风的年代际关系

对夏季索马里越赤道气流垂直结构指数——VS₁和VS₂与南亚夏季风变化的经验正交函数分解前两个模态时间系数进行相关分析，可以发现VS₁与第1模态时间系数的相关系数达到了0.68，VS₂与第2模态时间系数的相关系数达到了0.44，都通过99%置信度检验。接着，分别对两类指数与两个时间系数的年代际分量求相关，分别高达0.92和0.77。因此，夏季“A”(“B”)型索马里越赤道气流垂直结构指数与南亚夏季风变化的第1(第2)空间模态关系密切，尤其是在年代际尺度上更为显著。

为了进一步分析夏季索马里越赤道气流垂直结构型与南亚夏季风的耦合关系，将61 a的5层索马里越赤道气流强度与(0°—25°N，40°—100°E)区域850 hPa风场进行联合奇异值分解。其第1对奇异向量的方差贡献为57.9%，对应的时间系数相关程度较高，并且表现出了年代际变化特征(图 9c)，即20世纪80年代中后期前、后第1奇异向量表现出反位相的年代际变化特征。由图 9a可见，夏季索马里越赤道气流垂直结构型第1奇异向量为“A”型，即全区一致变化的分布特征。由图 9b可见，南亚夏季风区体现的是阿拉伯海及印度半岛上空的分布特点。由此可见，在年代际时间尺度上，夏季索马里越赤道气流的“A+”型(“A-”型)结构与南亚夏季风区阿拉伯海上的反气旋性(气旋性)距平、印度半岛上的东(西)风距平相关联。

图 9 1950—2010年夏季索马里越赤道气流强度为左场、南亚季风区850 hPa风场为右场的奇异值分解第1模态的左异类相关(a)、右异类相关(b)以及它们的标准化时间系数(c)Fig. 9 As in Fig. 8 First pair of SVD heterogeneous correlation coefficients for summertime SMJ(a) and 850 hPa wind in the South Asian Monsoon region(b) and their st and arized time coefficients(c)during 1950-2010

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奇异值分解的第2对奇异向量的方差贡献为32.0%，其时间系数也表现出显著的年代际变化特征(图 10c)，即20世纪70年代中期前、后，第2奇异向量呈现出向正位相转变的年代际变化特征，90年代中期前、后，两者的时间系数均体现了由正转负的年代际变化特征。由图 10a可见，夏季索马里越赤道气流垂直结构第2奇异向量体现了“B”型的特点，由图 10b可见，850 hPa风场第2奇异向量体现了10°N以南季风区的空间特征。由此可见，在年代际时间尺度上，夏季索马里越赤道气流的“B+”型(“B-”型)结构与10°N以南季风区的偏西(东)风距平，即10°N以南的南亚夏季风偏强(弱)相关。

图 10 1950—2010年夏季索马里越赤道气流强度为左场、南亚季风区850 hPa风场为右场奇异值分解第2模态的左异类相关(a)、右异类相关(b)以及它们的标准化时间系数(c)Fig. 10 As in Fig. 8 As in Fig. 9 but for Second pair

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为了进一步分析夏季索马里越赤道气流垂直结构型与东亚夏季风的耦合关系，将61 a的5层索马里越赤道气流强度与东亚季风区850 hPa风场进行奇异值分解分析(图 11)，它们的第1对奇异向量的方差贡献为57.5%，其时间系数(图 11c)的相关系数达到0.60，相关程度较高。在20世纪70年代末前、后第1对奇异向量表现出反位相的年代际变化特征。从索马里越赤道气流的第1异类相关(图 11a)可见，上层与下层均为正相关，尤其在下层，呈“A+”型垂直结构。东亚季风区850 hPa风场的第1异类相关图(图 11b)上，东亚季风区大部分，尤其是中国东部在经向和纬向基本为一致的负相关，东亚夏季风减弱。可见，在年代际尺度上，夏季索马里越赤道气流垂直结构为“A+”(“A-”)型时，对应东亚夏季风总体减弱(增强)。

图 11 1950—2010年夏季索马里越赤道气流强度为左场、东亚季风区850 hPa风场为右场奇异值分解第1模态的左异类相关(a)、右异类相关(b)以及它们的标准化时间系数(c)Fig. 11 As in Fig. 9 As in Fig. 9 but for 850 hPa wind in the East Asia Monsoon region

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奇异值分解的第2对奇异向量的方差贡献为27.2%，其时间系数(图 12c)的相关系数为0.79，相关程度较高。时间系数存在显著的年代际阶段性变化，第2对奇异向量先后在20世纪70年代中后期、90年代中后期表现出反位相的年代际变化特征。从索马里越赤道气流的第2异类相关(图 12a)可见，上层为显著的负相关，下层为显著的正相关，呈“B+”型垂直结构。由东亚季风区850 hPa风场的第2异类相关(图 12b)可见，日本及其以南洋面在经向上基本为一致的负相关，中国华南地区在纬向上呈负相关，这些地区的夏季风减弱。可见，在年代际尺度上，夏季索马里越赤道气流垂直结构为“B+”(“B-”)型时，对应日本地区、中国华南的夏季风减弱(增强)。

图 12 1950—2010年夏季索马里越赤道气流强度为左场、东亚季风区850 hPa风场为右场奇异值分解第2模态的左异类相关(a)、右异类相关(b)以及它们的标准化时间系数(c)Fig. 12 As in Fig. 11 As in Fig. 10 but for 850 hPa wind in the East Asia Monsoon region

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综上，索马里越赤道气流垂直结构的年代际变化与亚洲夏季风关系密切，夏季索马里越赤道气流“A+”型(“A-”型)结构对应阿拉伯海上的反气旋性(气旋性)环流、印度半岛上的弱(强)夏季风以及东亚夏季风总体偏弱(强)；索马里越赤道气流的“B+”型(“B-”型)结构对应10°N以南的南亚夏季风偏强(弱)以及日本地区、中国华南的夏季风偏弱(偏强)。

6.2 垂直结构指数年代际变化时对应的水汽输送特征

索马里越赤道气流对半球间水汽输送起着关键的作用，它把水汽从冬半球输送到夏半球，因此其垂直结构的异常很可能会造成季风区内水汽输送异常。由于本研究的对象是对流层中低层(1000—600 hPa)索马里越赤道气流的垂直结构，考虑到地形因素，这里分析地面至600 hPa厚度层内水汽通量的变化。夏季垂直积分的水汽通量分布(图略)最主要的特征是南半球的强东风水汽输送在索马里附近越赤道形成一条最强的西南风水汽输送带，流经阿拉伯海、孟加拉湾、中国东部、朝鲜和日本，直至太平洋北部，该输送带集中反映了南北半球和中高纬度之间的相互作用。下面重点关注高、低垂直结构指数年代这支强水汽输送带的变化。

图 13为高、低VS₁年代水汽输送各物理量的差值分布，由图 13a可见，印度大部分地区为显著的纬向水汽输送负异常，中南半岛以北也存在显著的负异常中心，长江以北亦为显著的负异常，中心位于华北地区南部。由图 13b可见，经向水汽输送在印度半岛西侧洋面、中南半岛北侧为显著的负异常，中国100°E以东地区亦为显著的负异常，中心位于江南地区西部。对局地大气而言，水汽输送只是降水发生的必要条件，降水过程与水汽的辐合有极大的相关，进一步看水汽通量散度的变化。图 13c表明印度半岛以西洋面、中南半岛以西洋面上存在显著的正异常，另外在中国黄淮、华北地区为正异常，长江以南大部分地区水汽通量散度为负异常。由上述分析可知，高VS₁年代，南亚季风区内印度半岛至中南半岛北部西风水汽输送总体偏弱，南风水汽输送在中南半岛亦偏弱，东亚季风区内南风水汽输送总体偏弱，西风水汽输送在长江以北显著偏弱，水汽在中国黄海、华北地区辐合减弱，在江南地区辐合加强；低VS₁年代则是相反的情况。

图 13 高、低VS1年代水汽输送合成差值分布(a. 纬向，单位：kg/(m·s)；b. 经向，单位：kg/(m·s)；c. 水汽通量散度，单位：10-5kg/(m2·s)；阴影区表示通过95%的置信度检验)Fig. 13 Composite differences of the summer moisture transportation and divergence between high and low interdecadal periods of VS1(a. zonal，unit: kg/(m·s); b. meridional，unit: kg/(m·s); c. divergence，unit: 10-5 kg/(m2·s)； shaded areas represent the differences significant at the 95% confidence level)

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同样地，给出高、低VS₂年代的水汽输送差值场(图 14)，从图 14a看到，中国西南地区南部、华南地区为显著的负异常，另外，在日本地区也存在显著的负纬向水汽输送异常。从图 14b看到，经向水汽输送在中国东部为显著的负异常。图 14c表明季风区陆地上水汽通量散度变化较小。由上述分析可知，高VS₂年代，南亚季风区内陆地上水汽输送及水汽通量散度变化均较小，东亚季风区内南风水汽输送总体偏弱，西风水汽输送在日本部分地区、中国西南地区南部、华南地区偏弱；低VS₂年代则是相反的情况。

图 14 高、低VS2年代水汽输送合成差值分布(a. 纬向，单位：kg/(m·s)；b. 经向，单位：kg/(m·s)；c. 水汽通量散度，单位：10-5kg/(m2·s)；阴影区表示通过95%的置信度检验)Fig. 14 As in Fig. 13 but for periods of VS2

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6.3 垂直结构指数年代际变化时对应的降水特征

上述分析表明，VS₁和VS₂的年代际变化与亚洲夏季风环流以及相应的水汽输送关系密切，那么索马里越赤道气流垂直结构和亚洲夏季降水之间的年代际关系就值得进一步探讨。依据前面对两个指数划分的年代际时段对亚洲地区夏季降水距平进行合成分析。高VS₁年代里，印度半岛西部和北部、中南半岛北部以及中国华北平原偏旱，中国东部长江以南地区则偏涝；反之，低VS₁年代里，印度半岛北部和西部、中南半岛北部以及中国华北平原偏涝，中国东部长江以南地区则偏旱。图 15表明上述地区通过了90%的置信度检验。图 16反映了高VS₂年代里，中国西南、华南偏旱；反之，低VS₂年代里，西南、华南地区偏涝。

图 15 高、低VS1年代亚洲夏季降水的合成差值(单位：mm)分布(深(浅)阴影区表示通过95%(90%)的置信度检验)Fig. 15 Composite differences of the summer Asian precipitation between high and low interdecadal periods of VS1(shaded areas represent the differences significant at the 90%(light color) and 95%(dark color)confidence level)

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图 16 高、低VS2年代亚洲夏季降水的合成差值(单位：mm)分布(深(浅)阴影区表示通过95%(90%)的置信度检验)Fig. 16 Composite differences of the summer Asian precipitation between high and low interdecadal periods of VS2(shaded areas represent the differences significant at the 90%(light color) and 95%(dark color)confidence level)

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综上所述，高VS₁年代里，也就是索马里越赤道气流垂直结构处于“A+”型年代，对应印度半岛至中南半岛夏季风环流偏弱，纬向水汽输送相应减弱，使得水汽供应减少，从而印度半岛、中南半岛北部地区偏旱，东亚夏季风环流总体偏弱，华北地区纬向和经向水汽输送均偏弱，同时水汽通量散度为正异常，意味着水汽辐合减弱，因此华北地区偏旱，而在江南地区虽然经向水汽输送减弱，但由于水汽向北输送较弱，在江南地区辐合，使得江南地区偏涝；反之亦然。高VS₂年代，索马里越赤道气流垂直结构对应“B+”型，东亚季风区内中国西南、华南地区经向和纬向水汽输送均偏弱，水汽供应减少，因此华南、西南地区偏旱，日本地区西风水汽输送偏弱，因此降水偏少，反之亦然。从上述讨论可以发现，VS₁与南亚、东亚夏季风降水的年代际变化均有密切的联系，而VS₂与东亚季风区降水的年代际关系显著，与南亚季风区降水联系不紧密。值得一提的是，在此对垂直结构指数进行了滤波，仅针对年代际尺度上的变化进行了分析。而邱金晶等(2013)是对垂直结构指数去掉了长期趋势后进行讨论，揭示索马里越赤道气流“A+”(“A-”)型垂直结构对应东亚夏季风偏强(弱)，中国内蒙古东部、华北地区降水偏多(少)；夏季索马里越赤道气流“B+”(“B-”)型垂直结构对应东亚夏季风偏弱(强)，中国江南、日本地区降水偏少(多)。可见，索马里越赤道气流“A”型垂直结构与东亚夏季风活动的关系在不同时间尺度上是显著不同的，表现出近乎相反的特征，在讨论两者的关系时，需要注意这一问题。

7 结论与讨论

在邱金晶等(2013)结论的基础上，重新定义夏季索马里越赤道气流垂直结构指数VS₁和VS₂，接着从年代际时间尺度详细展开讨论，从同期大气环流配置、海温特征两个角度寻找索马里越赤道气流垂直结构年代际变化的可能原因，最后讨论了索马里越赤道气流垂直结构变化与亚洲夏季风活动的关系，得到如下主要结论：

(1)VS₁和VS₂在年代际尺度上的阶段性变化特征十分显著，VS₁在20世纪80年代中期发生由负转正的年代际变化；VS₂在70年代初和90年代中期分别发生由负转正、由正转负的年代际变化。

(2)年代际尺度上，索马里越赤道气流垂直结构的变化与大气环流关系密切。VS₁的年代际变化与海平面气压场上大陆低压、马斯克林高压、500 hPa印缅槽、西太平洋副热带高压、200 hPa南亚高压关系密切，另外，南极涛动可能是影响夏季索马里越赤道气流“A”型垂直结构指数年代际变化的一个重要因子；VS₂的年代际变化与海平面气压场上大陆低压、马斯克林高压、500 hPa印缅槽、200 hPa沿西风急流传播的波列状结构存在一定联系。

(3)印度洋海温变化可能对索马里越赤道气流两类垂直结构的年代际变化起着调控指示作用。VS₁的年代际变化与全球海洋大部分区域，尤其是印度洋海温一致偏高的趋势是一致的，VS₂的年代际变化与南印度洋偶极型振荡事件关系密切。全印度洋海温指数与VS₁的年代际分量存在显著的正相关，南印度洋偶极子指数与VS₂的年代际分量正相关。

(4)年代际尺度上，夏季索马里越赤道气流的“A+”型(“A-”型)垂直结构对应南亚夏季风区阿拉伯海上的反气旋性(气旋性)环流、印度夏季风偏弱(强)；索马里越赤道气流“A+”(“A-”)型垂直结构对应弱(强)的东亚夏季风，“B+”(“B-”)型垂直结构对应弱(强)的东亚夏季风。高VS₁年代里，印度半岛至中南半岛夏季风环流偏弱，纬向水汽供应减少，印度半岛、中南半岛北部地区偏旱，东亚夏季风环流偏弱，华北地区纬向和经向水汽输送均偏弱，同时水汽辐合减弱，华北地区偏旱，而在江南地区由于水汽向北输送减弱，水汽在江南辐合，使得江南地区偏涝；低VS₁年代则是相反的情况。高VS₂年代，东亚季风区内中国西南、华南地区夏季风减弱，使得经向和纬向水汽输送均偏弱，水汽供应减少，因此华南、西南地区偏旱，日本地区夏季风偏弱，西风水汽输送减少，降水亦偏少，低VS₂年代则是相反的情况。