Plateau Meteorology

Plateau Meteorology >

2024 , Vol. 43 >Issue 4: 1011 - 1025

DOI: https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00031

Influence of Circumglobal Teleconnection on the Interannual Variability of Winter Precipitation over the Southeast Asian Low-Latitude Highlands

  • Mingyang XU ,
  • Jie CAO
Expand
  • Yunnan Key Laboratory of Meteorological Disasters and Climate Resources in the Greater Mekong Subregion，Y unnan University，Kunming 650500，Yunnan，China

Received date: 2022-11-25

  Revised date: 2023-03-28

  Online published: 2023-01-08

Fold

Abstract

The influence of winter circumglobal teleconnection （CGT） on the interannual variability of winter precipitation in the Southeast Asian low-latitude highlands were statistically analyzed using ERA5 reanalysis data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts （ECMWF）， monthly mean precipitation data from the Climate Hazards Group Infrared Precipitation with Station data （CHIRPS） developed by the United States Geological Survey and the University of California and the monthly mean precipitation data of the Global Precipitation Climatology Project （GPCP） provided by the Global Precipitation Climatology Center.Results of correlation analysis show that the CGT presents two main patterns with approximately the same variance contribution rate.On the vertical direction， the CGT shows an equivalent barotropic structure with four anomalous centers.During the CGT positive phase， the negative anomalous centers are located near the Mediterranean Sea and the Indian Peninsula， and the positive anomalous centers near the Arabian Peninsula and Southeast Asian low-latitude highlands.The first mode of CGT （CGT1） significantly correlates with winter precipitation over the Southeast Asian low-latitude highlands on the interannual time scale.When the CGT1 is in the positive phase in winter， the anomalous "anticyclone， cyclone， anticyclone， cyclone" control the Western Europe， the northwestern Arabian Peninsula， the Arabian Sea and Southeast Asian low-latitude highlands， respectively.The anomalous southwesterly wind on the east side of the anomalous cyclone will increase the water vapor from the Bay of Bengal and the South China Sea to the Southeast Asian low-latitude highlands.The more water vapor converged and condensed in Southeast Asian low-latitude highlands finally results in heavier winter precipitation over the Southeast Asian low-latitude highlands.On the contrary， when the CGT1 is in the negative phase in winter， the Western Europe， the northwestern Arabian Peninsula， the Arabian Sea and the Southeast Asian low-latitude highlands are controlled by the anomalous "cyclone， anticyclone， cyclone， anticyclone".The anomalous northeast wind on the east flank of the anomalous anticyclone will reduce the water vapor from the Bay of Bengal and the South China Sea to the Southeast Asian low-latitude highlands.The anomalous divergence and descending motion further lead to less precipitation in winter over the Southeast Asian low-latitude highlands.The significant positive correlation between CGT and precipitation over the Southeast Asian low-latitude highlands， sharing almost the same key physical process as winter， can be observed in December， January and February.Results of typical case further confirm the key physical process through which the CGT modulates the interannual variability of winter precipitation over the Southeast Asian low-latitude highlands.

Key words： circumglobal teleconnection; Southeast Asian low-latitude highlands; winter precipitation; interannual variability

Cite this article

Mingyang XU , Jie CAO . Influence of Circumglobal Teleconnection on the Interannual Variability of Winter Precipitation over the Southeast Asian Low-Latitude Highlands[J]. Plateau Meteorology, 2024 , 43(4) : 1011 -1025 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00031

1 引言

东南亚低纬高原位于96°E -108°E， 18°N -30°N范围内平均海拔高于1000 m地区。包括中国云南， 四川南部， 贵州西部和广西西部， 同时还包括越南、 老挝、 泰国、 缅甸等国家的北部区域。东南亚低纬高原地理位置独特。其西南部为孟加拉湾， 东南部为中国南海， 西北部是青藏高原， 总体呈现西北高， 东南低的走势（图1）。东南亚低纬高原境内山谷纵横， 地形复杂。该地区是典型的季风气候区， 干湿季分明。其中， 11月至次年4月的冬春季为旱季。不足全年15%的旱季降水使得该地区冬春季干旱灾害频繁发生（秦剑， 1997； 程建刚， 2009）。例如， 2010 -2011年， 东南亚低纬高原中北部出现的持续严重干旱不仅造成了严重的环境和生态灾害， 而且对社会经济发展产生了重大影响（Barriopedro et al， 2012； Sun and Yang， 2012； Yang et al， 2012）。东南亚低纬高原降水研究主要集中于夏季（Cao et al， 2012， 2014， 2017）， 但对该地区冬季降水的物理机制尚不完全清楚。因此， 弄清楚东南亚低纬高原地区冬季降水异常的成因具有重要的科学意义和实用价值。
图1 东南亚低纬高原地区位置（a）及地形示意图（b）

绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.1 Location（a）and topography（b）of Southeast Asian low-latitude highlands.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

在关于东南亚低纬高原地区冬季降水的研究中， 宋洁等（2011）和徐寒列等（2012）指出北大西洋涛动（NAO）和ENSO事件是影响云南及西南地区冬季降水的主要因子。陶云等（2014）发现北极涛动（AO）也会影响云南冬季降水。持续正异常的Madden-Julian Oscillation （MJO）将导致云南冬季降水持续偏少（吕俊梅等， 2012）。一些学者分析了云南及西南地区水汽输送和水汽收支特征及南支槽对降水的影响。冬季主要受中纬度西风水汽输送影响， 冬季降水的多（少）与其上空的水汽含量多（少）有关（张万诚等， 2011； 晏红明等， 2013； 万云霞等， 2020）， 同时冬季南支槽偏弱时， 槽前水汽输送偏弱， 最终导致降水减少， 干旱加剧（王斌和李跃清， 2010； 段旭等， 2012； 晏红明等， 2012）。刘扬和刘屹岷（2016， 2017）研究发现欧亚中高纬的斯堪的纳维亚遥相关型与我国西南西部深秋降水存在显著的负相关关系， 但具有非对称性。斯堪的纳维亚遥相关正位相时西南西部降水偏少， 而斯堪的纳维亚遥相关负位相与西南西部降水的关系不显著。陶威和陈权亮（2018）则分析了两类El Niño事件对我国西南地区冬季降水的影响， 东部型El Niño事件会导致西南地区冬季降水增多， 中部型El Niño事件则会导致西南地区冬季降水减少。近年来， 周建琴和晏红明（2021）对比分析了两类El Niño事件期间云南冬季的降水差异， 发现东部型El Niño有利于冬季云南大部地区降水增多， 而中部型El Niño的影响却不明显。郑建萌等（2021）发现AO激发东传的Rossby波列使得南支槽异常增强， 槽前西南气流与副高外围气流和热带低压在印度东北部和中南半岛西北部汇合， 加强了缅甸至云南的西南急流， 最终导致2019年云南冬季极端强降水事件。张强等（2022）从多尺度对土壤湿度和农作物受旱面积的响应出发， 构建了一个新气象干旱指数（DI）， 研究结果表明该指数可为云南实时干旱监测选取适宜的指标提供参考和指导。夏阳等（2023）发现来自孟加拉湾和南海的对流层低层暖湿气流在异常环流作用下沿云贵准静止锋锋区附近抬升， 在贵州上空对流层中形成上暖下冷的不稳定垂直层结异常， 导致贵州冬季凝冻形成。
环球遥相关（circumglobal teleconnection， CGT）是Branstator（2002）提出的冬季半球尺度的遥相关模态， 其传播与亚洲西风急流关系密切。Ding and Wang （2005）研究发现北半球夏季也存在类似的模态。在关于冬季CGT研究方面， Watanabe（2004）发现组成CGT的罗斯贝波可能是由NAO触发的。Bader and Latif（2005）发现亚洲西风急流将CGT与NAO联系在一起。冬季热带印度洋的强迫会影响亚洲西风急流沿中纬度急流波导传播， 产生纬向环流异常后通过CGT机制影响NAO（Yu and Lin， 2016）。Lin et al（2015）研究表明MJO与NAO的联系也是通过CGT来实现的。Dai et al（2017）发现没有热带地区对流影响时， 太平洋-北美遥相关负位相事件是由CGT波列导致的东北太平洋异常引起的。Soulard et al（2021）分析了冬季CGT的热带强迫， 通过大气环流模式， 模拟热带地区的非绝热加热异常， 模拟结果表明赤道印度洋加热导致的对流增强， 热带太平洋西部冷却导致的对流减弱将影响CGT。同时前人对CGT的研究发现冬季CGT在西风急流的作用下传播路径为从西向东经过西欧， 阿拉伯半岛， 印度半岛， 东南亚低纬高原地区再传播到东亚（Li and Sun， 2015； Saeed and Almazroui， 2019）。冬季CGT的活动将对其传播路径上的降水也会产生影响。Feldstein and Dayan（2008）研究发现CGT的正位相会促进以色列冬季降水， 负位相则会导致该地区降水减少。Saeed and Almazroui（2019）发现CGT导致的异常环流会使阿拉伯半岛中部和西北部的冬季降水增加， 阿拉伯半岛东南部的冬季降水减少。
综上所述， 前人对于东南亚低纬高原冬季降水的研究相对较少； 同时， 东南亚低纬高原地区处于冬季CGT传播的必经之路上， 这意味着冬季CGT可能是影响东南亚低纬高原冬季降水的关键因子。但冬季CGT与东南亚低纬高原冬季降水间是否存在联系？如果存在， 相应的物理过程是什么？这一系列科学问题尚不清楚。因此， 本文将揭示冬季CGT与东南亚低纬高原地区同期降水年际变化的联系及其关键物理过程， 以期提高东南亚低纬高原冬季降水的预报准确率。

2 数据来源和方法介绍

本文使用的降水数据为美国地质调查局与加利福尼亚大学气象小组共同开发的气候灾害组融合站点（CHIRPS）的月平均降水资料， 水平分辨率为0.05°×0.05°（Funk et al， 2014）， CHIRPS的降水资料已应用于东南亚低纬高原及其附近区域的研究中（Guo et al， 2017； Yang et al， 2019）， 全球降水气候项目提供的全球降水气候数据集（GPCP）的月平均降水资料， 水平分辨率为2.5°×2.5°（Adler et al， 2003）。大气环流数据为欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA5再分析资料， 包括纬向风、 经向风、 比湿、 位势高度、 地表气压等变量。该套再分析资料的垂直层分为37个气压层， 水平分辨率为0.25°×0.25°。鉴于CHIRPS月平均降水资料的起始时间为1981年， 本文所使用资料的时间范围统一为1981 -2019年12月至次年2月的冬季。本文中采用的统计诊断方法主要有经验正交函数（EOF）分析方法及North检验方法（Lorenz， 1956； North， 1982）， 相关分析及其显著性检验等方法。其中， 有效自由度采用Bretherton（1999）的定义：
N d o f = N ( 1 - r 1 r 2 ) ( 1 + r 1 r 2 )
式中： N d o f为有效自由度； N表示样本数； r 1和 r 2分别为第一条序列和第二条序列滞后1的自相关系数。

3 CGT的时空分布特征

按照Branstator（2002）研究CGT的方法， 这里对1981 -2019年冬季0° -45°N， 0° -120°E范围内300 hPa无辐散经向风分量进行EOF分析（图2）。容易得到第一模态（EOF1）的方差贡献率为28.9%， 第二模态的（EOF2）的方差贡献率为22.6%， 第一模态通过了North显著性检验。从图2（a）可以看出， EOF1存在四个异常中心， 分别为地中海-北非和印度半岛的负异常中心， 以及阿拉伯半岛和东亚的正异常中心， 并呈现“-， +， -， +”分布。其中， 东南亚低纬高原位于印度半岛的负异常中心与东亚正异常中心之间。图2（b）中异常中心的分布与图2（a）中的类似， 只是四个异常中心的位置向西偏移大致15°， 分别为位于地中海西部和阿拉伯海西北部的负异常中心， 以及位于地中海东部和东南亚低纬高原西北部的正异常中心。这一分析结果与前人关于CGT研究所得结果一致（Branstator， 2002； Watanabe， 2004）。根据Branstator（2002）的研究， 将EOF1和EOF2对应的时间序列PC1和时间序列PC2的标准化时间序列定义为环球遥相关指数CGTI1和CGTI2［图2（c）］。
图2 1981 -2019年冬季300 hPa无辐散经向风分量EOF1（a）和EOF2（b）的空间分布（彩色区）以及PC1和PC2的标准化时间序列（c）

（a）和（b）中绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.2 Spatial pattern （color area） of EOF1 （a） and EOF2 （b） of the non-divergent meridional wind at 300 hPa in the winter of 1981 -2019 and Standardized time series （c） of PC1 （black line） and PC2 （red line）.Green line in （a） and （b） indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

4 CGT与东南亚低纬高原冬季降水的关系

4.1　 CGT与东南亚低纬高原冬季降水的相关分析

为了研究CGT对东南亚低纬高原冬季降水年际变化的影响， 将东南亚低纬高原（96°E -108°E和18°N -30°N）范围内冬季降水资料进行区域平均， 获得逐年东南亚低纬高原区域平均降水时间序列。对东南亚低纬高原区域平均降水进行标准化处理即可获得东南亚低纬高原降水指数（SEALLH-PREI）。图3（a）中冬季SEALLH-PREI与同期CGTI1间的相关系数达到0.55， 通过了99%的置信度检验。CGTI2与东南亚低纬高原地区冬季降水相关系数接近于0， 为-0.06。因此， 后续仅分析CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水的关系。同时， 为方便起见， 将CGTI1大于0的位相定义为CGT的正位相； 反之， 将CGTI1小于0的位相定义为CGT的负位相。图3（b）显示了CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水相关系数的空间分布情况。从图3（b）可以清楚地看出， 与冬季东南亚低纬高原区域平均降水的相关分析结果一致， CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水间的相关系数呈现全场一致的正相关分布。除了东南亚低纬高原南部和东北部边缘等区域的相关系数没有通过检验外， 其余地区的相关系数均都通过了95%的置信度检验。上述结果表明， CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水具有显著的正相关关系， 是影响东南亚低纬高原冬季降水的关键因子之一。当与CGTI1相关联的冬季CGT从地中海到东亚为“-， +， -， +”的正位相分布时， 东南亚低纬高原地区冬季降水偏多； 反之， 当与CGTI1相关联的冬季CGT从地中海到东亚为“+， -， +， -”的负位相分布时， 东南亚低纬高原地区冬季降水偏少。为排除降水资料不确定性的影响， 这里进一步使用GPCP降水资料进行对比。图3（c）， （d）空间分布情况也与CHIRPS降水资料的结果相似， 呈现全场一致的正相关分布， 且GPCP的SEALLH-PREI与CGTI1间的相关系数达到0.54， 通过了99%的置信度检验。上述结果说明基于CHIRPS降水资料获得的结果是可靠的。
图3 CHIRPS降水资料（上）与GPCP降水资料（下）冬季CGTI1（黑线）与同期SEALLH-PREI（蓝线）演变的时间序列（a， c）以及冬季CGTI1同期东南亚低纬高原冬季降水相关系数分布（b， d）

“+”部分表示通过95%的置信度检验， 绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.3 Time series of CGTI1 （black Line） and （blue Line） SEALLH-PREI in winter （a， c） for CHIRPS precipitation data （top）and GPCP precipitation data （bottom） and correlation coefficients between CGTI1 and precipitation in winter （b， d） over the Southeast Asian low-latitude highlands.‘+’ denote correlation coefficients passing significance test at the 95% confidence levels.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

进一步研究CGT对东南亚低纬高原冬季逐月降水变化情况的影响， 图4（a）中12月的SEALLH-PREI与同期的CGTI1间的相关系数达到0.42， 通过了99%的置信度检验； 从图4（b）可以看出， 12月CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水间的相关系数呈现全场一致的正相关分布， 只是通过95%的置信度检验主要出现在东南亚低纬高原东部、 南部和北部边缘区域。图4（c）中1月的SEALLH-PREI与同期CGTI1间的相关系数达到0.45， 通过了99%的置信度检验； 图4（d）中1月CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水间的相关系数除了北部为负相关分布外其余区域呈现全场一致的正相关分布， 且在东南亚低纬高原中部， 东部和南部通过95%的置信度检验。图4（e）中2月的SEALLH-PREI与同期CGTI1间的相关系数达到0.54， 通过了99%的置信度检验； 图4（f）中2月CGTI1与东南亚低纬高原冬季降水间的相关系数呈现全场一致的正相关分布， 除了东南亚低纬高原北部和南部部分区域的相关系数没有通过检验外， 其余地区的相关系数均都通过了95%的置信度检验。上述结果表明， 尽管两者通过显著性检验的区域存在一定的差异， 但冬季逐月CGT的年际变化与同期东南亚低纬高原降水关系仍然维持了十分密切的正相关关系。
图4 CGTI1（黑线）与同期SEALLH-PREI（蓝线）演变的时间序列（左）以及 CGTI1和同期东南亚低纬高原降水相关系数分布（右）

“+”表示通过95%的置信度检验， 绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.4 Time series of CGTI1（black Line）and SEALLH-PREI（blue Line）（left）and correlation coefficients between CGTI1 and the precipitation over the Southeast Asian low-latitude highlands（right）.‘+’ denote correlation coefficients passing significance test at the 95% confidence levels.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

4.2　 CGT影响东南亚低纬高原冬季降水的物理过程

大气环流异常是造成降水异常的最直接原因。为揭示CGT影响东南亚低纬高原冬季降水的物理过程， 这里进一步分析了CGTI1与大气环流各要素的相关关系。图5给出了CGTI1与北半球300 hPa和700 hPa风场的相关分布结果。由图5（a）可以看出， 北半球300 hPa异常风场的空间分布与图2（a）中EOF1的空间分布协调一致， 呈现清晰的CGT特征： 欧洲西部至东亚为 “异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋”控制。其中， 异常反气旋分别位于欧洲西部和阿拉伯海， 异常气旋分别位于地中海东部和东南亚低纬高原地区。与300 hPa异常风场分布相比， 除异常气旋和异常反气旋的中心略向东南移动以外， 700 hPa异常风场分布 ［图5（b）］与300 hPa异常风场分布［图5（a）］一致。欧洲西部至东亚也为“异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋”控制。这说明CGT具有相当正压的垂直结构。东南亚低纬高原地区对流层高层和低层均被异常气旋控制的异常环流分布为此地区冬季降水偏多提供了有利的大尺度环流背景。冬季300 hPa和700 hPa逐月风场异常情况与冬季季节平均呈现出相似的结果， 即从欧洲西部至东亚分别为 “异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋”控制。只是异常气旋和异常反气旋中心位置较冬季平均的有所偏移， 通过95%置信度检验的区域有所减少。
图5 冬季CGTI1与300 hPa（左）和700 hPa（右）风场的相关系数（矢量）分布

红色阴影为通过95%置信度检验， 绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.5 The correlation coefficients（vector）between CGTI1 and 300 hPa （left）and 700 hPa （right）horizontal wind.Red shadings indicate correlation coefficients passing significance test at the 95% confidence level.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

图6为CGTI1与从地表积分到200 hPa的整层水汽通量及其散度相关的分布。由图6（a）可以看出， 东南亚低纬高原地区整层水汽通量异常与环流场异常相似（图5）。与CGT相关联的异常气旋式水汽通量分布通过位于其东侧的异常西南风， 将来自孟加拉湾和中国南海的水汽输送至东南亚低纬高原地区。整层水汽通量散度分布图6（b）更加清楚地显示水汽在孟加拉湾南部-中国南海南部出现异常辐散， 并在东南亚低纬高原地区出现异常辐合［图6（b）］。上述水汽通量及其散度的配置为东南亚低纬高原地区提供了异常偏多的水汽。从冬季逐月的变化可以看出， 逐月整层水汽通量及散度的相关分布与冬季季节平均的除在东南亚低纬高原中部存在一定的差异外， 其余大部分地区的相关分布与冬季季节平均的一致［图6（c）~（h）］。
图6 冬季CGTI1与整层水汽通量（左）， 整层水汽通量散度（右）相关系数分布图

（a）中红色阴影和中（b）“+”表示通过95%置信度检验， 绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.6 The correlation coefficients between CGTI1 and column-integrated water vapor flux （left） and the divergence of column-integrated water vapor flux （right）.Red shadings in panel （a） and the ‘+’ in panel （b） indicate the correlation coefficients passing significance test at the 95% confidence level.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

与图5中异常反气旋式环流相对应， 在15°E和75°E附近出现异常下沉气流； 与图5中异常气旋式环流相对应， 在45°E和105°E附近出现异常上升气流［图7（a）］。值得注意的是， 105°E附近出现的异常上升气流正好位于东南亚低纬高原地区。这一异常的上升气流与异常的水汽辐合相结合， 最终使得东南亚低纬高原地区冬季降水偏多。冬季逐月异常垂直运动的分布［图7（b）~（d）］总体与季节平均结果［图7（a）］相一致。
图7 CGTI1与0° -45°N平均的垂直风场相关系数（矢量）分布剖面图

红色阴影为通过95%置信度检验

Fig.7 The correlation coefficients （vector） between CGTI1 and vertical wind profile averaged in 0° -45°N.Red shadings indicate correlation coefficients passing significance test at the 95% confidence level

5 个例分析

为了进一步验证上述相关分析得到的CGT影响东南亚低纬高原冬季降水的关键物理过程， 这里根据图3（a）， 选择CGT为正位相的1991年和CGT为负位相的2008年作为两个典型年进行个例分析。从图8可以看出， 与CGT处于正位相对应， 1991年东南亚低纬高原冬季降水偏多［图8（a）］； 与CGT处于负位相对应， 2008年东南亚低纬高原冬季降水偏少［图8（b）］。
图8 1991年（a）和2008年（b）东南亚低纬高原冬季降水距平（单位： m m）

绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.8 Winter precipitation anomalies（unit： m m）of Southeast Asian low-latitude highlands in 1991（a）and 2008（b）.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

5.1　 1991年CGT影响东南亚低纬高原冬季降水的物理过程

图9为1991年冬季300 hPa和700 hPa的异常风场分布。在300 hPa上， 欧洲西部至东亚为“异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋”控制。在700 hPa上， 欧洲西部至东亚仍为“异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋”控制。只是这四个异常环流活动中心位置与300 hPa的相比略向东南移。1991年冬季CGT保持了相当正压结构， 呈现了CGT正位相特征。事实上， 1991年冬季300 hPa和700 hPa的异常风场（图9）与相关分析的结果（图5）具有一致的分布特征。在考虑有效自由度的条件下， 两个场的相似系数均通过了99%的置信度检验（表1）。可见， 1991年东南亚低纬高原地区对流层高层和低层均被异常气旋控制的异常环流分布为其冬季降水偏多提供了有利的大尺度环流背景。
图9 1991年冬季300 hPa（a）与700 hPa（b）异常风场（单位： m ∙ s - 1）分布

绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.9 Distribution of 300 hPa（a）and 700 hPa（b） horizontal wind anomalies in 1991.Unit： m ∙ s - 1.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

表1 1991年异常风场与CGT相联系的异常风场之间的空间相似系数与有效自由度

Table 1 Spatial correlation coefficients between horizontal wind anomalies associated with CGT and horizontal wind anomalies in 1991

异常风场 空间相似系数 有效自由度
300 hPa-u 0.63 35
300 hPa-v 0.72 25
700 hPa-u 0.50 55
700 hPa-v 0.74 34
图10为1991年从地表积分到200 hPa的异常整层水汽通量及其散度。由图10（a）可以看出， 1991年东南亚低纬高原地区整层水汽通量异常与该年环流场异常相似（图9）。位于东南亚低纬高原的异常气旋式水汽通量通过其东侧的异常西南风， 将来自孟加拉湾的水汽输送至东南亚低纬高原， 并在东南亚低纬高原地区出现了异常辐合［图10（b）］。可见， 上述水汽通量及其散度的配置为1991年东南亚低纬高原地区提供了异常偏多的水汽。
图10 1991年冬季整层水汽通量［a， 单位： k g ∙ ( m ∙ s ) - 1］和整层水汽通量散度［b， 单位： × 10 - 4   k g ∙ ( m 2 ∙ s ) - 1］的异常分布

绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.10 Distribution of column-integrated water vapor flux anomalies ［a， unit： k g ∙ ( m ∙ s ) - 1］ and divergence of column-integrated water vapor flux anomalies ［b， unit： × 10 - 4   k g ∙ ( m 2 ∙ s ) - 1］ in 1991.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

与图9显示的异常反气旋式环流相对应， 在15°E和75°E附近存在异常下沉气流； 与图9显示的异常气旋式环流相对应， 在45°E和105°E附近出现异常上升气流（图11）。1991年垂直风场异常也与相关分析获得的结果类似（图7）， 105°E附近出现异常上升气流正好位于东南亚低纬高原地区。这一异常的上升气流与异常的水汽辐合相结合， 最终导致了1991年东南亚低纬高原地区冬季降水的偏多。
图11 1991年垂直环流异常（单位： m ∙ s - 1）

Fig.11 Vertical circulation anomalies in 1991.Unit： m ∙ s - 1

5.2　 2008年CGT影响东南亚低纬高原冬季降水的物理过程

图12为2008年冬季300 hPa和700 hPa的异常风场分布。在300 hPa上， 与相关分析和1991年的环流分析结果相比， 欧洲西部至东亚变为“异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋”控制［图12（a）］。700 hPa上的异常环流分布［图12（b）］与300 hPa的分布［图12（a）］大致相同。欧洲西部至东亚仍为“异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋”控制。说明2008年冬季CGT也保持了相当正压结构， 呈现了明显的CGT负位相特征。事实上， 2008年冬季300 hPa和700 hPa的异常风场与相关分析的结果（图5）大致相反。在考虑有效自由度的条件下， 两个场的相似系数均为负值， 且通过了99%的置信度检验（表2）。2008年东南亚低纬高原地区对流层高层和低层均被异常反气旋控制这一异常环流形式为东南亚低纬高原地区冬季降水偏少创造了有利条件。
图12 2008年北半球冬季300 hPa（a）和700 hPa（b）异常风场（单位： m ∙ s - 1）分布

绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.12 Distribution of 300 hPa （a） and 700 hPa （b） horizontal wind anomalies in 2008.Unit： m ∙ s - 1.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

表2 2008年异常风场与CGT相联系的异常风场之间的空间相似系数与有效自由度

Table 2 Spatial correlation coefficients between horizontal wind anomalies associated with CGT and horizontal wind anomalies in 2008

异常风场 空间相似系数 有效自由度
300 hPa-u -0.72 34
300 hPa-v -0.76 23
700 hPa-u -0.64 47
700 hPa-v -0.73 29
图13为2008年从地表积分到200 hPa的异常整层水汽通量及其散度。由图13（a）可以看出， 2008年东南亚低纬高原地区整层水汽通量异常与该年环流场异常相似（图12）。东南亚低纬高原的异常反气旋式水汽通量东侧的异常东北风减弱了由孟加拉湾和南海向东南亚低纬高原输送的水汽， 且水汽在东南亚低纬高原地区出现异常辐散［图13（b）］， 从而导致2008年东南亚低纬高原地区水汽偏少。
图13 2008年冬季整层水汽通量［a， 单位： k g ∙ ( m ∙ s ) - 1］和整层水汽通量散度［b， 单位： × 10 - 4   k g ∙ ( m 2 ∙ s ) - 1］异常分布

绿色线表示东南亚低纬高原边界

Fig.13 Distribution of column-integrated water vapor flux anomalies ［a， unit： k g ∙ ( m ∙ s ) - 1］ and divergence anomalies of column-integrated water vapor flux ［b， unit： × 10 - 4   k g ∙ ( m 2 ∙ s ) - 1］ in 2008.Green line indicates the boundary of the Southeast Asian low-latitude highlands

与图12显示的异常气旋式环流相对应， 在15°E和75°E附近存在异常上升气流； 与图12显示的异常反气旋式环流相对应， 在45°E和105°E附近出现异常下沉气流（图14）。2008年垂直风场异常则与相关分析的结果大致相反（图7）。可见， 105°E附近出现异常下沉气流与异常的水汽辐散相结合， 最终导致了2008年东南亚低纬高原地区冬季降水的偏少。
图14 2008年垂直环流异常（单位： m ∙ s - 1）

Fig.14 Vertical circulation anomalies in 2008.Unit： m ∙ s - 1

6 结论

根据1981 -2019年ERA5再分析资料和CHIRPS的月平均降水资料， 利用统计诊断和典型个例分析方法， 研究了冬季CGT对东南亚低纬高原冬季降水的影响及其关键物理过程， 得出以下结论：
（1） CGT呈现方差贡献大致相当的两个主要模态。CGT第一模态与东南亚低纬高原冬季降水呈现显著的正相关关系， 第二模态与东南亚低纬高原冬季降水相关关系不明显。
（2） 在欧洲西部至东亚的研究范围内， CGT第一模态垂直方向上呈现相当正压结构。当CGT处于正位相时， 水平方向上呈现“-， +， -， +”分布， 四个异常中心分别为位于地中海附近和印度半岛附近的负异常中心， 以及位于阿拉伯半岛附近和东南亚低纬高原附近的正异常中心。
（3） 在年际时间尺度上， 当CGT第一模态处于正位相时， 欧洲西部、 阿拉伯半岛西北部、 阿拉伯海和东南亚低纬高原为 “异常反气旋、 异常气旋、 异常反气旋、 异常气旋”控制， 东南亚低纬高原地区冬季的降水偏多； 反之， 当CGT第一模态处于负位相时， 欧洲西部、 阿拉伯半岛西北部、 阿拉伯海和东南亚低纬高原为异常“气旋、 反气旋、 气旋、 反气旋”控制， 东南亚低纬高原地区冬季降水偏少。CGT第一模态是影响东南亚低纬高原冬季降水的关键因子之一。冬季逐月的CGT年际变化也与冬季同期东南亚低纬高原降水年际变化存在显著的正相关关系。
（4） CGT影响东南亚低纬高原地区冬季降水的关键物理过程为： 冬季正位相的CGT将导致东南亚低纬高原上空出现异常的气旋。这一异常气旋东侧的西南风会将增加孟加拉湾和中国南海进入东南亚低纬高原的水汽输送， 并在东南亚低纬高原辐合上升， 最终促使东南亚低纬高原地区冬季降水偏多。反之， 冬季负位相的CGT将使得东南亚低纬高原上空出现异常反气旋。这一异常反气旋东侧的异常东北风将减弱孟加拉湾和中国南海进入东南亚低纬高原的水汽输送。东南亚低纬高原地区出现异常水汽辐散和下沉运动最终该地区冬季降水偏少。
CGT是具有环球纬向五波结构的遥相关模态， 是在急流波导作用下产生的自西向东传播的罗斯贝波。NAO和AO与CGT产生及演变关系密切（Branstator， 2002； Watanabe， 2004）。CGT与热源异常存在显著的相互作用（Watanabe， 2004； Álvarez et al， 2019； Xue and Chen， 2019； Zhou et al， 2020）。本文仅考虑了CGT对东南亚低纬高原冬季降水的影响。关于东南亚低纬高原冬季降水异常所导致的异常潜热对CGT的反馈机制尚不清楚。我们将在后续工作中开展相关研究。

References

null
Adler R F， Huffman G J， Chang A， et al， 2003.The version-2 global precipitation climatology project （GPCP） monthly precipitation analysis （1979present）［J］.Journal of Hydrometeorology， 4（6）： 1147-1167.DOI： 10.1175/1525-7541（2003）004<1147： tvgpcp>2.0.co； 2 .
null
álvarez-García F J， OrtizBevia M J， Cabos W， et al， 2019.Linear and nonlinear links of winter European precipitation to Northern Hemisphere circulation patterns［J］.Climate Dynamics， 52： 6533-6555.DOI： 10.1007/s00382-018-4531-6 .
null
Bader J， Latif M， 2005.North Atlantic oscillation response to anomalous Indian ocean SST in a coupled GCM［J］.Journal of Climate， 18： 5382-5389.DOI： 10.1175/JCLI3577.1 .
null
Barriopedro D， Gouveia C M， Trigo R M， et al， 2012.The 2009/10 drought in China： Possible causes and impacts on vegetation［J］.Journal of Hydrometeorology， 13： 1251-1267.DOI： 10.1175/JHM-D-11-074.1 .
null
Branstator G W， 2002.Circumglobal teleconnections， the jet stream waveguide， and the North Atlantic Oscillation［J］.Journal of Climate， 15： 1893-1910.DOI： 10.1175/1520-0442（2002）015<1893： CTTJSW>2.0.CO； 2 .
null
Bretherton C S， Widmann M， Dymnikov V P， et al， 1999.The effective number of spatial degrees of freedom of a time-varying field［J］.Journal of Climate， 12（7）： 1990-2009.DOI： 10.1175/1520-0442（1999）012<1990： TENOSD>2.0.CO； 2 .
null
Cao J， Hu J M， Tao Y， 2012.An index for the interface between the Indian summer monsoon and the East Asian summer monsoon［J］.Journal of Geophysical Research， 117： D18108.DOI： 10. 1029/2012JD017841 .
null
Cao J， Yao P， Wang L， et al， 2014.Summer rainfall variability in low latitude highlands of china and subtropical Indian ocean dipole［J］.Journal of Climate， 27： 880-892.DOI： 10.1175/JCLI-D-13-00121.1 .
null
Cao J， Zhang W K， Tao Y， 2017.Thermal Configuration of the Bay of Bengal-Tibetan Plateau region and the may precipitation anomaly in Yunnan［J］.Journal of Climate， 30： 9303-9319.DOI： 10. 1175/JCLI-D-16-0802.1 .
null
Ding Q， Wang B， 2005.Circumglobal teleconnection in the Northern Hemisphere summer［J］.Journal of Climate， 18： 3483-3505.DOI： 10.1175/JCLI3473.1 .
null
Dai Y， Feldstein S B， Tan B， et al， 2017.Formation mechanisms of the Pacifc-North American teleconnection with and without its canonical tropical convection pattern［J］.Journal of Climate， 30： 3139-3155.DOI： 10.1175/JCLI-D-16-0411.1 .
null
Feldstein S B， Dayan U， 2008.Circumglobal teleconnections and wave packets associated with Israeli winter precipitation［J］.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society， 134： 455-467.DOI： 10.1002/qj.225 .
null
Funk C C， Peterson P J， Landsfeld M F， et al， 2014.A quasi-global precipitation time series for drought monitoring［R］.United States Geological Survey Data Series， 832， p4.DOI： 10.3133/ds832 .
null
Guo H， Bao A M， Liu T， et al， 2017.Meteorological drought analysis in the Lower Mekong Basin using satellite-based long-term CHIRPS product［J］.Sustainability， 9（6）： 901.DOI： 10.3390/su9060901 .
null
Li C， SUN J， 2015.Role of the subtropical westerly jet waveguide in a Southern China Heavy Rainstorm in December 2013［J］.Advances in Atmospheric Sciences， 32（5）： 601-612.DOI： 10. 1007/s00376-014-4099-y .
null
Lin H， Brunet G， Yu B， 2015.Interannual variability of the Madden-Julian Oscillation and its impact on the North Atlantic Oscillation in the boreal winter［J］.Geophysical Research Letters， 42： 5571-5576.DOI： 10.1002/2015GL064547 .
null
Lorenz E N， 1956.Empirical orthogonal functions and statistical weather prediction［R］.Science Report 1， Statistical Forecasting Project， Department of Meteorology， MIT （NTIS AD 110268）， 49 PP.DOI： 10.1007/978-3-030-67073-3_3 .
null
North G R， Bell T L， Cahalan R F， et al， 1982.Sampling errors in the estimation of empirical orthogonal functions［J］.Monthly Weather Review， 110： 699-706.DOI： 10.1175/1520-0493（1982）110<0699： SEITEO>2.0.CO； 2 .
null
Saeed S， Almazroui M， 2019.Impacts of mid-latitude circulation on winter precipitation over the Arabian Peninsula［J］.Climate Dynamics， 53： 5253-5264.DOI： 10.1007/s00382-019-04862-6 .
null
Sun C， Yang S， 2012.Persistent severe drought in southern China during winter-spring 2011： large-scale circulation patterns and possible impacting factors［J］.Journal of Geophysical Research， 117： D10112.DOI： 10.1029/2012JD017500 .
null
Soulard N， Lin H， Derome J， et al， 2021.Tropical forcing of the circumglobal teleconnection pattern in boreal winter［J］.Climate Dynamics， 57： 865-877.DOI： 10.1007/s00382-021-05744-6 .
null
Watanabe M， 2004.Asian jet waveguide and a downstream extension of the North Atlantic Oscillation［J］.Journal of Climate， 17： 4674-4691.DOI： 10.1175/JCLI-3228.1 .
null
Xue X， Chen W， 2019.Distinguishing interannual variations and possible impacted factors for the northern and southern mode of South Asia High［J］.Climate Dynamics， 53： 4937-4959.DOI： 10.1007/s00382-019-04837-7 .
null
Yang J， Gong D Y， Wang W S， et al， 2012.Extreme drought event of 2009/2010 over southwestern China［J］.Meteorology and Atmospheric Physics， 115： 173-184.DOI： 10.1007/s00703-011-0172-6 .
null
Yang R， Zhang W K.， Gui S， et al， 2019.Rainy season precipitation variation in the Mekong River basin and its relationship to the Indian and East Asian summer monsoons［J］.Climate Dynamics， 52： 5691-5708.DOI： 10.1007/s00382-018-4471-1 .
null
Yu B， Lin H， 2016.Tropical atmospheric forcing of the winter time North Atlantic oscillation［J］.Journal of Climate， 29： 1755-1772.DOI： 10.1175/JCLI-D-15-0583.1 .
null
Zhou F， Zhang R， Han J， 2019.Relationship between the circumglobal teleconnection and Silk Road Pattern over Eurasian continent［J］.Science Bulletin， 64： 374-376， DOI： 10.1016/j.scib. 2019.02.014 .
null
程建刚， 晏红明， 严华声， 等， 2009.云南重大气候灾害特征和成因分析［M］.北京： 气象出版社.Cheng J G， Yan H M， Yan H S， et al， 2009.Analysis on the characteristics and causes of major climatic disasters in Yunnan［M］.Beijing： China Meteorological Press.
null
段旭， 陶云， 许美玲， 等， 2012.西风带南支槽对云南天气的影响［J］.高原气象， 31（4）： 1059-1065.
null
Duan X， Tao Y， Xu M L， et al， 2012.Influence of south branch trough of westerlies on weather of Yunnan Province［J］.Plateau Meteorology， 31（4）： 1059-1065.
null
吕俊梅， 琚建华， 任菊章， 等， 2012.热带大气MJO活动异常对2009~2010年云南极端干旱的影响［J］.中国科学（地球科学）， 42（4）： 599-613.
null
DOI： 10.1007/s11783-011-0280-z.L ü J M， Ju， J H， Ren J Z， et al， 2012.The influence of the Madden-Julian Oscillation activity anomalies on Yunnan’s extreme drought of 2009-2010［J］.Science China （Earth Sciences）， 42（4）： 599-613.DOI： 10.1007/s11783-011-0280-z .
null
刘扬， 刘屹岷， 2016.我国西南地区秋季降水年际变化的空间差异及其成因［J］.大气科学， 40（6）： 1215-1226.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.1511.15269.Liu Y ，
null
Liu Y M， 2016.Spatial pattern and causes of interannual variability of autumn rainfall in southwest China［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 40（6）： 1215-1226.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.1511. 15269 .
null
刘扬， 刘屹岷， 2017.斯堪的纳维亚遥相关对我国西南西部深秋降水的影响［J］.气候与环境研究， 22（1）： 80-88.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9585.2016.16029.Liu Y ，
null
Liu Y M， 2017.The impact of the scandinavian teleconnection pattern on late autumn rainfall in the western region of southwest China［J］.Climatic and Environmental Research， 22（1）： 80-88.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9585.2016.16029 .
null
秦剑， 琚建华， 解明恩， 等， 1997.低纬高原天气气候［M］.北京： 气象出版社.Qin J， Ju J H， Xie M E， et al， 1997.Low latitude plateau weather and climate［M］.Beijing： China Meteorological Press.
null
宋洁， 杨辉， 李崇银， 2011.2009-2010年冬季云南严重干旱原因的进一步分析［J］.大气科学， 35（6）： 1009-1019.
null
Song J， Yang H， Li C Y， 2011.A further study of causes of the severe drought in Yunnan Province during the 2009/2010 winter［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 35（6）： 1009-1019.
null
陶威， 陈权亮， 2018.两类El Ni?o事件对我国西南地区冬季降水的影响［J］.气候与环境研究， 23（6）： 749-757.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9585.2018.17165.Tao W ，
null
Chen Q L， 2018.Impacts of two types of El Ni?o events on winter precipitation in southwest China［J］.Climatic and Environmental Research， 23（6）： 749-757.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9585.2018.17165 .
null
陶云， 黄玮， 郑建萌， 等， 2014.云南冬季降水的演变特征及成因分析［J］.高原气象， 33（1）： 130-139.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00180.Tao Y ，
null
Huang W， Zheng J M， et al， 2014.Evolutive features and its causes of the wintertime precipitation in Yunnan Province［J］.Plateau Meteorology， 33（1）： 130-139.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00180 .
null
徐寒列， 李建平， 冯娟， 等， 2012.冬季北大西洋涛动与中国西南地区降水的不对称关系［J］.气象学报， 70（6）： 1276-1291.DOI： 10.11676/qxxb2012.107.Xu H L ，
null
Li J P， Feng J， et al， 2012.The asymmetric relationship between the winter NAO and the precipitation in Southwest China［J］.Acta Meteorologica Sinica， 70（6）： 1276-1291.DOI： 10.11676/qxxb2012.107 .
null
王斌， 李跃清， 2010.2010年秋冬季西南地区严重干旱与南支槽关系分析［J］.高原山地气象研究， 30（4）： 26-35.DOI： 10.3969/j.issn.1674-2184.2010.04.004.Wang B ，
null
Li Y Q， 2010.Relationship analysis between south branch trough and severe drought of southwest China during autumn and winter 2009/2010［J］.Plateau and Mountain Meteorology Research， 30（4）： 26-35.DOI： 10.3969/j.issn.1674-2184.2010.04.004 .
null
万云霞， 晏红明， 金燕， 等， 2020.低纬高原水汽输送特征及其对云南气候的影响［J］.高原气象， 39（5）： 925-934.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00082.Wan Y X ，
null
Yan H M， Jin Y， et al， 2020.Characteristics of water vapor transport over the low-latitude highlands and its effect on Yunnan climate［J］.Plateau Meteorology， 39（5）： 925-934.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00082 .
null
夏阳， 严小冬， 刘芷含， 等， 2023.中国西南贵州地区冬季凝冻日数的气候特征及其异常成因［J］.高原气象， 42（1）： 173-185.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00028.Xia Y ，
null
Yan X D， Liu Z H， et al， 2023.Climatic characteristics of winter freezing days in Guizhou in south‐west China and their anomalous causes［J］.Plateau Meteorology， 42（1）： 173-185.DOI： 10. 7522/j.issn.1000-0534.2022.00028 .
null
晏红明， 程建刚， 郑建萌， 等， 2012.2009年云南秋季特大干旱的气候成因分析［J］.大气科学学报， 35（2）： 229-239.
null
Yan H M， Cheng J G， Zheng J M， et al， 2012.The climate cause of heavy drought in Yunnan in autumn 2009［J］.Transactions of Atmospheric Sciences， 35（2）： 229-239.
null
晏红明， 李清泉， 孙丞虎， 等， 2013.中国西南区域雨季开始和结束日期划分标准的研究［J］.大气科学， 37（5）： 1111-1128.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12118.Yan H M ，
null
Li Q Q， Sun C H， et al， 2013.Criterion for determining the onset and end of the rainy season in southwest China［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 37（5）： 1111-1128.DOI： 10.3878/j.issn. 1006-9895.2013.12118 .
null
张强， 邹旭恺， 陈鲜艳， 等， 2022.考虑多尺度和蒸散影响的新干旱指数研究——以云南为例［J］.高原气象， 41（4）： 909-920.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00026.Zhang Q ，
null
Zou X K， Chen X Y， et al， 2022.A new drought index study that takes into account a multi-timescale and the effects of evapotranspiration——taking Yunnan as an example［J］.Plateau Meteorology， 41（4）： 909-920.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00026 .
null
张万诚， 万云霞， 任菊章， 等， 2011.水汽输送异常对2009年秋、冬季云南降水的影响研究［J］.高原气象， 30（6）： 1534-1542.
null
Zhang W C， Wan Y X， Ren J Z， et al， 2011.Analysis of water vapor transportation and its influence on rainfall anomaly in Yunnan during autumn and winter of 2009［J］.Plateau Meteorology， 30（6）： 1534-1542.
null
郑建萌， 姚愚， 李蕊， 等， 2021.El Ni?o背景下AO激发Rossby波对云南冬季极端降水的影响［J］.高原气象， 40（4）： 840-852.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00069.Zheng J M ，
null
Yao Y， Li R， et al， 2021.Influence of Rossby wave excited by Arctic Osoillation on the wintertime extreme precipitation in Yunnan under the background of El Ni?o［J］.Plateau Meteorology， 40（4）： 840-852.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00069 .
null
周建琴， 晏红明， 2021.东部和中部型El Ni?o事件对云南冬季降水影响的差异分析［J］.高原气象， 40（1）： 98-108.DOI： 10. 7522/j.issn.1000-0534.2019.00124.Zhou J Q ，
null
Yan H M， 2021.Difference analysis on influence of EP and CP El Ni?o of precipitation in Yunnan in winter［J］.Plateau Meteorology， 40（1）： 98-108.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00124 .
Options
Outlines

/

〈 〉

The system is designed and developed by Beijing magtec Technology Development Co., Ltd. with technical support: support@magtech.com.cn