引言

长江中下游位于我国中东部地区.天气实践活动表明, 我国夏季不同地区天气气候异常与该地区出现的冷热、旱涝变化的年际振荡关系密切.这从夏季我国东部地区发生的灾情的气候研究中已有不少揭示.例如, 当夏季长江中下游发生涝时, 华北和华南易偏旱, 而当它出现旱时, 我国南、北方则易偏涝, 等等.尽管如此, 讫今为止对其中一些关系和规律尚未完全认识清楚, 还须进一步深入研究.本文利用1951~1995年台风年鉴、气温及降水等资料, 按国家气候中心短期气候预测室定义的“三类”雨型^[1]原则, 在划分长江中下游冷、热夏年标准的基础上, 分别统计分析了我国近海台风活动异常和季风雨带特征以及与ENSO的关系等.结果表明, 长江中下游地区冷、热夏年, 影响我国东部近海台风活动有很大的差异, 即不但在其发生频数、强度、速度, 而且在路径等变化上均存在显著的不同.同时它所对应的夏季风雨型、ENSO特征等也迥然不同.这些结果为进一步提高我国汛期天气气候监测和预测水平提供有益的气候参数指标.

1 资料选取和分析方法

选取汉口、宜昌、岳阳、长沙、九江、安庆、合肥、滁县、南京、常州、芜湖、六安、南通、上海、杭州、宁波、景德镇、南昌、贵溪、屯溪20个站点1951~1995年夏季 (7~8月) 平均气温代表长江中下游夏季温度, 采用经验正交函数 (EOF) 方法对其距平场分析表明, 第一特征向量场EOF₁占总方差的85%以上 (图略).在展开区域内, 特征向量均为正值, 说明长江中下游夏季温度空间分布具有显著的一致性.特征向量大值中心主要位于长江下游的芜湖、南京、杭州和景德镇一带.计算该地区夏季温度EOF₁的时间系数TT₁与各站点的相关系数多在0.80以上, 其中芜湖、南京和杭州等地相关系数可达0.90以上.由于EOF₁反映了长江中下游流域温度整体变化趋势, 同时考虑到实际工作中便于应用, 即为了定量表征长江中下游冷、热夏的基本特征, 我们把第一特征向量大值中心的南京、芜湖、杭州和景德镇等站点平均7~8月的温度距平 (ΔT) 作为判别指标, 即定义:当-1.0 ℃ < ΔF≤-0.5 ℃为冷夏年, ΔT≤-1.0 ℃为强冷夏年; 当1.0 ℃ > ΔT≥0.5 ℃为热夏年, ΔT≥1.0 ℃则为强热夏年, 得出1951~1995年所定义的冷夏年有: 1952、1954、1965、1972、1974、1980、1982、1986、1987、1989、1991、1993年共13年; 热夏年有1953、1959、1961、1964、1966、1967、1971、1973、1978、1990、1994年共11年.

为了进行对比分析, 文中东部“近海”按文献[2]规定, 取125°~117°E、22°N以北的我国东部沿海海域, 即主要为东海、黄海、渤海和部分南海偏北部海域; 台风强度变化等级是指热带气旋进入我国东部近海后12 h风速的变化, 即ΔV₁₂≥10 m·s^-1时称为台风突然加强或减弱, 5 m·s^-1≤ΔV₁₂≤9 m·s^-1时称为缓慢加强或减弱, ΔV₁₂ < 5 m·s^-1时则称为强度稳定少变或不变; 台风移速变化系指进入近海前12 h至移入后18 h内有出现移速加快或减慢现象 (即移速增快、减慢均为ΔV≥5 km/h), 若ΔV < 5 km/h, 则视为台风移速少变或不变.

2 冷、热夏年近海台风活动与ENSO的关系

表 1给出长江中下游冷、热夏与东部近海台风6~9月的活动频数.可以发现, 冷夏年和热夏年, 从西太平洋移入近海的台风有明显的差别.冷夏年 (13年) 共28个台风活动, 平均每年2.2个, 除1989年偏多外, 其它年份大多为1~2个, 最少是1993年, 为0个; 而热夏年 (11年) 共有46个台风活动, 平均每年约有4.2个, 几乎为冷夏年的两倍, 最多是1994年, 达7个, 除1961、1971年较少 (各为2个) 外, 其余年份多在3~6个之间.

表 2、3是冷、热夏年台风强度变化的统计结果.可以看出, 冷夏年近海台风最大风速多在17.2~32.6 m/s之间 (18个), 占台风总数的64%以上.只有少数台风最大风速超过32.6 m/s以上, 占总数的36%.此外, 从外海进入近海的台风, 其强度多为减弱的, 约占总数的54%, 其中突然减弱占25%, 缓慢减弱占29%.少数为加强的, 约占总数的18%, 其中突然加强仅有7%.其余多为强度不变或少变.而热夏年近海台风最大风速多超过32.6 m/s (31个), 占台风总数的67%, 仅有15个为热带风暴, 约占台风总数的33%.进入近海前后, 台风增强的比减弱的多.其中持续增强的有18个, 占总数的38%.减弱的为14个, 约占30%.其余30%为台风强度不变或少变.

从表 2和表 3可知, 冷夏年和热夏年台风移入近海前后, 其移速也明显存在差异.在冷夏年, 约有54%的台风移速趋于减慢, 仅有21%左右的台风移速趋于加快, 25%左右的台风移速保持不变或少变 (见表 2).而热夏年约有1/2以上的台风移速将加快, 约有39%左右台风移速维持不变或少变, 仅有11%的台风移速趋于减慢 (表 3).

图 1a, b为冷、热夏 (6~9月) 移入我国近海的台风多年出现频数 (1°×1°网格) 分布及其主要路径特征.可以看出冷、热夏年侵袭和影响我国东部近海的台风不但出现次数相差甚大, 而且其主要路径走向亦有较大不同.冷夏年, 近海台风频数少, 且以转向路径类型居多, 登陆的少, 其路径及影响范围亦偏东 (仅限于117°E以东地区).而热夏年, 近海台风则频数高, 尤其东部南部海区为最, 其路径则以偏西的登陆居多, 影响内陆地区范围超过117°E以西到达112°E附近.其次近海台风转向位置也较偏北偏西.

东部近海台风活动特征不但在冷、热夏年具有较大差异, 而且它们与赤道东太平洋的海温SSTA场的对应关系也呈现相反的特点 (见表 1).即ENSO特征为冷位相年时, 大多对应着热夏年和近海台风活动偏多, 路径偏西, 强度偏强, 移速偏快的特点.表 1表明, ENSO冷位相所占几率为8/11 (约为73%).而当ENSO特征为暖位相年时, 我国东部近海台风活动特点则基本相反, 其ENSO暖位相几率达10/13 (约为77%).这就是说, 中东太平洋SSTA场特征是处于冷水年还是暖水年对我国东部近海台风活动有着十分显著的效应.

3 冷、热夏年季风雨带位置及其与ENSO事件的联系

由于我国中东部是显著的季风区, 其下垫面热力状况是影响季风环流的重要因子, 因此, 它的季风雨带位置和强度与同期温度场的响应有着密切的关系.表 4给出长江中下游冷、热夏年和我国东部地区雨型的对应关系.由表可见, 冷夏年, 我国东部地区季风雨带均为2、3类雨型, 其中3类雨型约占70%左右.即在冷夏年, 我国多雨带主要位于长江中下游地区, 北方常表现为少雨或干旱; 而热夏年, 我国东部地区季风雨带全部为1、2类雨型占据, 其中1类雨型占72.7%.即长江中下游流域为少雨或干旱.

长江中下游冷、热夏和季风雨带位置不但呈相反的对应关系, 而且二者与ENSO关系亦较为密切.即在冷夏年, 长江中下游地区主要受3类雨型影响 (表 4), 此时热带太平洋海区多处于ENSO特征的暖位相时期, 其概率约达77%.而在热夏年则相反, 即在长江中下游地区主要为1类雨型控制, 其南、北方多呈现两支雨带, 此时, 中东太平洋赤道海域则多为冷水期制约, 其概率超过72%以上 (表 4).

4 遥响应物理过程特征及概念模型

Webster^[4]在研究大气对SSTA的响应时指出, SSTA对大气的影响不是直接由感热输送引起, 而是通过强迫大气产生对流并释放潜热而引起的.作为描述热带对流活动的OLR, 能较好地反映热带海区冷暖分布、表征海-气相互作用的重要指标.通过统计普查1975年以来的热带太平洋OLR距平分布表明, 冷、热夏年赤道太平洋海域东-西两侧截然不同.冷夏年西太平洋暖池区大多为正OLR和赤道中东太平洋海区负OLR距平相对应, 而热夏年则基本相反.显然OLR这种分布特征与Lau^[5]对全球OLR揭示出的热带对流的偶极型振荡型式完全一致.与马乃孚等^[6]对热带海洋分析结果也是一致的.图 2较好地反映了长江中下游夏季温度变化同热带OLR异常的同期相关分布的关系 (置信水平为95%, 显著相关系数达0.50以上).由图可见, 热带太平洋海域有两对正、负显著相关区.一对是沿赤道分布位于中东太平洋5°S~5°N, 160°E~150°W和印度尼西亚5°~10°S, 100°~115°E附近.另一对是沿经向分布位于西太平洋25°~35°N, 110°~140°E和15°~20°N, 125°~140°E附近区域.两对热带对流偶极型振荡特征在海-气相互作用中所起的作用不同.沿赤道分布的一对反映的是Walker环流的强弱.经向一对分布则反映ITCZ和副热带高压的变化, 即ITCZ偏强, 副高偏北, 雨带偏北, 我国东部夏季以1类雨型影响为主, 长江中下游梅雨锋弱, 为热夏, 此时, 北上西行台风多; 而ITCZ弱, 副热带高压偏南, 雨带偏南, 我国东部地区则以3类雨型影响居多, 长江中下游梅雨锋强, 为冷夏, 此时, 近海台风活动少.两对热带对流活动偶极型振荡相互作用影响热带和副热带地区的大气环流, 尤其是沿赤道一对的热带对流活动年际振荡对经向一对的热带对流活动的季节内振荡有较大影响, 即主要通过Walker环流强弱变化达到影响我国的西太平洋副高一环强弱、南北振荡变化.这就是两对偶极型对流活动相关区振荡的物理图像的本质.根据这些基本原理, 我们大体可以得到物理概念模型 (图 3).

5 结论和讨论

(1) 我国中东部的长江中下游地区, 冷夏年和热夏年近海台风活动差异显著.冷夏年, 东部近海台风活动少, 强度弱, 移速缓慢, 登陆少转向多; 热夏年则相反.

(2) 冷夏年我国东部地区季风雨带均受2、3类雨型影响, 易出现洪涝.其中3类雨型约占70%左右; 而热夏年, 季风雨带全部受1、2类雨型控制, 易出现干旱.其中1类雨型占72.7%.显然, 起重要作用的下垫面热力状况也是影响东部季风环流的重要因子, 进而体现季风雨带位置和同期温度场的响应关系.

(3) 冷夏年长江中下游地区主要受2、3类雨型影响较多, 此时, 热带太平洋地区多发生ENSO事件或处于弱的暖位相时期, 造成西太平洋副高多偏南, 其概率约达77%.而热夏年则相反, 即长江中下游地区主要受1类雨型的影响, 中东太平洋地区此时则多为冷水期, 造成西太平洋副高多偏北, 其概率超过72%.

(4) 由于影响我国的天气气候除了热带太平洋SSTA场因子差异外, 还与西部高原地表属性及中高纬大气因子等密切相关.因此, 在研究或预测我国夏季冷热、旱涝的年景时, 不但应注意低纬度海气作用, 还要十分注意其它因子尤其是起主导作用因子的影响, 在这一方面有待开展更多深入的工作.