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地球物理研究报告，第33卷，L11708, doi:10.1029/2006GL026377, 2006

东亚地区对流层上层西风急流中心的季节演变

Yaocun Zhang,¹Xueyuan Kuang,¹Weidong Guo,² and Tianjun Zhou³

2006年3月22日收到; 2006年4月11日修订; 2006年5月3日接受; 2006年6月14日公布

[1] 利用NCEP / NCAR再分析资料研究了6，7月对流层上层西风急流中心的位置变化。 结果表明，在第35~39侯期间，西风急流中心位置在东经140°E到90°E之间迅速变化，并与东亚梅雨期相对应。急流中心的位置变化实际上是与不同的西风急流中心的相对强度变化有关。 对流层的经向温度对比与急流中心快速的位置变化有关。 非绝热加热的变化是导致东亚西风急流中心季节演变的主要因素。

1．简介

[2] 在对流层上层和平流层下层，东亚亚热带地区上存在一条狭窄而且强大的西风带，其水平和垂直风切变都很大，被称为东亚副热带西风急流（EASWJ）[Sheng，1986]。 EASWJ在强度和位置上表现出强烈的季节性演变。EASWJ的轴线和中心位于200 hPa，在3月份到达最南端，8月份达到最北端。EASWJ的中心风速在冬季约为70 m/s，夏季约为35 m/s。从冬季到夏季，轴线经历了两次北跳 [Yeh et al., 1958]。以前的研究注意到EASWJ的季节性跳跃与东亚季风气候密切相关 [Yin, 1949; Yeh and Zhu,1955; Tao et al., 1958]。最近的研究表明，与ENSO相比，EASWJ对亚太气候的影响更大[Yang et al., 2002; Liao et al., 2004]。西风急流中心的经向位移也与亚洲季风爆发和中国降水的年际变化密切相关 [Lau et al., 1988; Ding, 1992; Liang and Wang, 1998; Li et al., 2004; Zhou and Yu, 2005]。地形和热带对流加热是EASWJ形成和季节演变的原因 [Bolin, 1950; Smagorinsky,1953; Krishnamurti, 1979; Yang and Webster, 1990; Dong et al., 1999, 2001] 。EASWJ的经向偏移基本上受太阳辐射的季节周期变动和青藏高原的热效应所支配。以往的研究主要关注于西风急流的经向变化及其对东亚天气和气候的影响。EASWJ的季节演变也经历了明显的纵向变化，这可能与垂直方向上的海陆热度对比有关。不幸的是，迄今为止对这个问题的关注较少。我们的研究是为了解EASWJ在初夏的纵向变化的成因，物理过程和气候影响。我们使用的数据取自NCEP / NCAR再分析资料，时间段包括1961-2000年 [Kalnay et la., 1996]。

2．对流层上层西风急流的季节演变

2.1.西风急流的气候学结构

[3] 西半球中纬度地区的西风急流中心全年位于200 hPa。 EASWJ通常定义为200 hPa上强于30m/s的西风。在1月，东风位于南纬10°N，而西风在中高纬度地区占主导地位。EASWJ位于20°N~40°N之间，其轴线在32°N，最大纬向风速位于日本东南部海域，可超过70m /s。60°E以西有另外一个中心，风速大约在20 m/s左右，弱于主要中心。4月份，EASWJ的中心位于与1月份相近的位置，但强度明显减弱。7月，热带东风强烈加强并向北扩展到20°N； EASWJ的中心位于北纬40°N，大约比一月份偏北10度。EASWJ的两个中心分别位于青藏高原北部和伊朗北部高原上，中心值为30 m/ s。7月份，EASWJ的强度和位置都不同于1月份。10月份，EASWJ加强，其中心向东移动到4月份附近的位置。在EASWJ的季节演变过程中，急流轴的南北位移小于10个纬度，而急流中心在东亚的东西向位移可以超过50个经度。为什么EASWJ中心呈现如此强烈的纵向季节变化？这个问题将在下一节中讨论。

2.2 EASWJ的纵向变化

[4] EASWJ中心的位置以东亚最大西风的位置来表示。 EASWJ中心的季节性演变如图1所示。EASWJ的中心在6月前位于140°E，7月位于82°E附近，这表明EASWJ中心在6月和7月之间快速的东西向位移（图1a）。急流中心的位置变化也可以从侯平均数据中确定（图1b）。EASWJ中心的位置从第35到第39候，由140°E变为90°E。图2中侯平均纬向风的经度-高度截面的进一步分析表明：如图1所示，EASWJ中心的位置变化实际上反映了不同EASWJ中心的相对强度变化。如图2所示，第36，37候的三个中心超过200 hPa。所有这三个中心在第36-37候期间的位置变化不大。相比之下，中心的相对强度显示出在35-40候期间有一些变化，这导致EASWJ中心的位置变化。众所周知，中国的梅雨季节是在第33或34候后开始的，并且在第38候后结束 [Tao and Chen, 19877]，这一巧合对于确定东亚雨季开始和结束日期具有重要意义。为了进一步检验EASWJ中心年代际变化的可靠性，图3显示了从第32侯到第43侯在（30-45°N，60-180°E）范围内EASWJ中心的出现次数。 在第35候之前EASWJ中心最常出现时140°E以东，然后经常出现在140-169°E，第36-39侯期间出现在85-110°E，并在第39候之后，EASWJ中心向100°E西部滑动，大多数稳定在90°E。

图1 东亚西风急流中心经度的季节演变; (a)月平均值 (b)侯平均值

图2 在35-45°N之间，从第35侯到第40侯纬向风的经度-高度截面平均（单位：m/s）

图3 西风急流在第32-43候期间在30〜45°N，60〜180°E范围内的出现次数

[5] 在初夏东亚地区主要是持续的雨季。 EASWJ中心的快速过渡时间对应于雨季的开始和结束。

3、可能的机制

[6] 基于热成风原理：

纬向风与海拔高度的变化取决于气温的经向梯度。 如果气温向极地降低，西风随着高度增加或东风降低; 相反，如果气温向极地升高，则西风减弱或东风加强。因此，强对流风通常出现在对流层上层区域，纬向风强度与气温的经向梯度强度成正比

[7] 图4显示了在200hPa纬向风的分布以及第35-40候期间从地表垂直平均到200hPa的经向气温差的（以下简称MTD，大于1.8度的值被阴影化）分布。 MTD的计算方法是用南部的气温减去其以北2.5个纬度位置的气温，所以正向MTD意味着南方比较暖而北方比较冷。注意到，从地表面到200 hPa的MTD的大值区域与图4所示的200 hPa西风急流相对应，因此200 hPa西风急流总是跟随着从地表面到200 hPa区间内的较大MTD。 第38候后，东亚地区的MTD逐渐减弱，EASWJ强度降低，中心消失。因此，MTD的变化决定了EASWJ中心位置的转变。

图4 在第35-40候期间，200 hPa纬向风（等值线;单位：m/s）和从地表面到200 hPa的平均经向气温差（MTD）（值大于1.8°C被阴影化）。

[8] 非绝热加热对大气温度变化有强烈的影响。为揭示非绝热加热对对流层低层-上层温度变化和200 hPa西风急流中心位移的贡献，利用NCEP / NCAR再分析资料诊断非绝热加热率。如图5所示，非绝热加热率在30°N和45°N，从表面到200hPa之间做平均。非绝热加热包括湍流加热，冷凝潜热和辐射加热。强加热位于第24候前期时的130°E以东，西风急流中心恰好位于该区域。随着非绝热加热从80°E增加到100°E，急流中心也接近该区域。同时，120°E以东的非绝热加热减弱。因此，非绝热加热是造成对流层高层西风急流中心强度变化和位置偏移的原因。此外，图5所示的非绝热加热速率的演变代表了纵向热对比，这也与EASWJ中心的纵向变化有关。

图5 非绝热加热率在30°N-45°N之间的经度-时间平均变化（单位：°C /d）,虚线表示西风急流的中心位置

4、总结

[9] 利用NCEP / NCAR再分析资料研究了对流层上层EASWJ的季节演变。从月平均数据和侯数据中可以找到6月和7月西风急流中心位置变化的特征。急流中心的位置在第35-39候期间从140°E变为90°E。进一步分析表明，中心的位置变化实际上反映了不同急流中心的相对强度变化。由于中国的梅雨季节从34或35候开始，并在气候上的第38侯后结束，急流中心的位置变化可能与东亚雨季的开始和结束有关，这是确定多雨的开始和结束日期的重要信息。从地表到200 hPa的经向温度差是造成西风急流中心位置及其变化的主要原因。非绝热加热随季节变化是决定EASWJ中心强度和位置变化的主要因素。

[10] 致谢：再分析资料由国家环境预测中心（NCEP）和国家大气研究中心（NCAR）提供。 本研究由国家自然科学基金资助项目40333026，国家基础研究发展计划（2006CB400506）和中国科学院温带东亚区域气候环境研究重点实验室开放研究项目（RCETEA）联合资助。 我们感谢Northern Illinois University的Jie Song改进手稿。 我们也非常感谢来自两位匿名评论家的富有洞察力的评论和建议。

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Sheng, C. Y. (1986), An Introd

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