北大西洋-东亚和北亚型遥相...制及其对新疆夏季旱涝的影响_樊威伟.pdf

2023 年第 46 卷第 1 期:30-41专 刊http:/dqkxxbcnjournalsorg引用格式:樊威伟，马伟强，胡泽勇，等，2023北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响J 大气科学学报，46(1):30-41Fan W W，Ma W Q，Hu Z Y，et al，2023Mechanisms underlying the North Atlantic-East and North Asia pattern and its impact of on thesummer drought and flood anomalies in Xinjiang，China JTrans Atmos Sci，46(1):30-41doi:10.13878/jcnkidqkxxb20220730001(in Chinese)北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响樊威伟，马伟强*，胡泽勇，马耀明，杨耀先，韩翔 中国科学院 西北生态环境资源研究院/中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃 兰州 730000;中国科学院 西北生态环境资源研究院/那曲高寒气候环境观测研究站，西藏 那曲 852000;中国科学院 大学地球与行星科学学院，北京 100049;中国科学院 青藏高原研究所 青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室地气作用与气候效应团队，北京 100101;兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000;西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站，西藏 定日 858200;浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021*联系人，E-mail:wqma itpcasaccn2022-07-30 收稿，2022-09-26 接受国家自然科学基金资助项目(41830650;91837208);第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0103)摘要北大西洋-东亚和北亚(简称 NAENA)型遥相关是夏季欧亚大陆对流层上层经向风异常的第二主导模态，对欧亚大陆多尺度气候变率有显著影响。本文在分析NAENA 型维持的动力学机制的基础上，研究了该遥相关型对新疆夏季旱涝异常的影响及其可能机制。大气波列的涡度收支分析表明，气候态的旋转纬向风引起的扰动涡度平流可以被扰动旋转经向风引起的平均涡度平流所补偿。能量转换过程分析表明，该大气波列有效地从平均流中提取有效位能，通过斜压能量转换过程得以维持。大西洋海温异常三极子模态则是 NAENA 型维持的重要外强迫因子。回归分析表明NAENA 型遥相关能通过促进南疆夏季降水，显著影响新疆的旱涝异常。NAENA 型位于中亚的气旋性低压一方面增强了南疆地区的垂直上升运动，同时气旋性环流将更多的水汽输送到该地区，有利于水汽在对流层中低层的异常辐合，进而对南疆的降水有促进作用。关键词遥相关型;新疆降水;维持机制;年际变化新疆位于我国西北地区，地处欧亚大陆腹地，远离海洋，是典型的干旱半干旱气候区。干旱少雨的气候特点使得新疆地表类型主要以荒漠戈壁为主，我国最大的沙漠 塔克拉玛干沙漠就位于新疆的南疆地区。干旱少雨的气候特点使新疆地区旱涝异常的年际年代际预测预估对该地区的生态环境保护与经济社会发展变得尤为重要。研究表明新疆旱涝异常受厄尔尼诺、青藏高原热力异常、印度洋海温、北大西洋海温以及中高纬大气环流等因素的影响(赵勇等，2013;王前等，2017;Wei et al，2017;霍文等，2019;Xu et al，2022a)。近几十年来，随着全球变暖的加剧，以新疆为主体的我国西北干旱区呈现出显著的暖湿化特征。伴随着新疆的暖湿化过程，该地区的生态环境也出现了较大程度的改变，比如植被生长得到促进、水循环过程加剧、生态系统多样性好转等。与此同时，新疆极端降水事件也在近几十年来出现显著的变化，Lu et al(2021)研究表明自 20 世纪 60 年代以来新疆极端降水开始日期提前，结束日期推迟。伴随着极端降水的突变性增长，西风带及高原区夏季大气环流、水汽输送及大气不樊威伟，等:北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响专 刊稳定度在 1986 年前后发生了明显转变，为极端降水的增加创造了有利条件。归因分析表明西北地区暖湿化的原因与大西洋多年代际振荡(AMO)关系密切(Wang et al，2019)。AMO 正位相时的北大西洋海温增暖可能通过激发大气行星波列影响新疆的降水异常。在年际尺度，大气行星波列也能显著影响新疆降水异常，比如 Chen et al(2012)研究表明丝绸之路遥相关引起的新疆降水异常呈现纬向偶极型，欧洲-中国型遥相关则能显著增强新疆全域的降水。北大西洋-东亚和北亚(NAENA)型遥相关是夏季欧亚大陆中纬度经向风异常的第二主导模态。该波列西起北大西洋，沿极锋急流向东传播并在西亚分叉，北支继续向东传播到鄂霍次克海，南支沿着副热带西风急流传向东亚。Fan et al(2022a，2022b)在研究青藏高原夏季风年际变化和青藏高原夏季感热通量年际异常主导模态的时候发现 NAENA 型遥相关是影响二者的重要因素。当 NAENA 型遥相关处于正位相时，青藏高原出现异常的低压和气旋性辐合，同时青藏高原东部(西部)的垂直运动和降水增强(减弱)，导致青藏高原夏季风增强(Fan et al，2022b)。此外，NAENA 型遥相关还能使得高原西部云量增加，改变太阳向下短波辐射进而使得高原西部感热出现正异常东部感热出现负异常，形成年际时间尺度高原地表感热西正东负的主导模态(Fan et al，2022a)。那么年际时间尺度 NAENA 型遥相关对新疆旱涝是否存在影响呢?如果存在影响，其影响的关键区以及相应的动力学机制是什么呢?这有待进一步的探究。1资料和方法使用的资料包括:1)19812018 年逐月 CU全球降水数据，空间分辨率为 0.50.5(Harris etal，2014)。2)19812018 年逐月 GPCC 全球降水数据，空间分辨率为 0.5 0.5(Becker et al，2013)。3)19812018 年逐月的美国国家环境预测中心/国家大气环境中心(NCEP/NCA)的再分析资料(Kalnay et al，1996)，包括风场、位势高度场等，空间分辨率为 2.52.5。4)19812018 年逐月美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的月平均SST 资料。使用的统计方法有 EOF 分析、回归分析。并对EOF 分析结果进行 North 检验(North et al，1982)、对回归分析结果进行双尾 t 检验。此外还用到了波通量表征波列能量的传播方向(Takaya and Naka-mura，2001)，其表达式如下:W=12|?U|?u(2xxx)+v(xyxy)?u(xyxy)+?v(2yyy)。(1)其中:u 是纬向风;v 是经向风;是流函数;上划线代表平均态，撇号代表扰动值。根据 Fan et al(2022a，2022b)的研究，NAENA型遥相关的定义如下:对夏季 0 150 E、20 60N 区域内的 200 hPa 经向风做 EOF，把第二模态定义为 NAENA 型遥相关。图 1a 为 19812018 年夏季 0150E、2060N 区域内的 200 hPa 经向风 EOF 的第二模态，其解释方差为 15.4%，且通过了 North 检验(North et al，1982)。本文利用基于线性化涡度方程的涡度收支分析来解 释 NAENA 型 遥 相 关 的 维 持 机 制。根 据Kosaka and Nakamura(2006)的研究，在地转近似假设的平衡状态下，线性化涡度方程可表示为:S?uxZA?vyMAu?x_xv(f+?)y_yes=0。(2)其中 S 代表线性化正压罗斯贝波波源(WS)，可以表示为:S=H u(f+?)H?u。(3)其中:H代表水平梯度算符;u=(u，v)指水平风速，u 的下标 和分别代表旋转风和辐散风分量;代表相对涡度;f 是科里奥利参数。ZA(MA)项分别代表气候态旋转风的纬向分量(经向分量)对扰动涡度的输送。_x(_y)项代表扰动纬向(经向)旋转风对平均涡度的输送。es 项为残差项，包括耗散、非线性效应、倾斜项和数据的不确定性等。正值表示在涡度方程中对气旋涡度趋势具有正贡献。本文应用能量收支分析来评估与 NAENA 型遥相关相联系的正压能量(CK)转换和斜压能量(CP)转换。根 据 前 人 研 究(Kosaka and Nakamura，2006)，CK 和 CP 的表达式如下:CK=v2u22?ux?vy()uv?uy+?vx()，(4)CP=fvT?upuT?vp()。(5)其中:是 大 气 稳 定 度 参 数，=(?T/cpp)(d?T/dp);是 气 体 常 数;cp是 定 压 比 容。CK(CP)为正值意味着遥相关型从平均流提取动能(有效位能)。132023 年 1 月第 46 卷第 1 期2NAENA 型遥相关的动力学机制2.1NAENA 型遥相关的时空特征对欧亚大陆(0150E，2060N)200 hPa 经向风做 EOF 分析，其第二主导模态(EOF2)就是NAENA 型遥相关，其空间模态图 1a 所示，可以看图 119812018 年夏季欧亚大陆(0150E，20 60N)200 hPa 经向风异常第二模态(EOF2)空间分布特征(a);EOF2对应的标准化时间序列(PC2)回归的 200 hPa 经向风(阴影;单位:ms1)与风场(矢量;单位:ms1)异常(b);19812018 年标准化 PC2 和 NAENA 指数随时间变化特征(c)以及 NAENA 指数回归的 200 hPa 经向风(阴影，ms1)与风场(矢量，ms1)异常(d;图中红点为定义 NAENA 指数所取的位置，仅画出通过 95%显著性检验的风场异常)Fig1(a)The second leading mode(EOF2)of summer mean 200 hPa meridional wind anomalies over the region 2060N，0150E during the 19812018 time period(b)200 hPa horizontal wind(vector，ms1)and meridional wind(sha-ded，ms1)anomalies regressed onto the PC of EOF2(PC2)(c)Normalized time series of PC2 and NAENA indexfor the 19812018 time period(d)200 hPa horizontal wind(vector，ms1)and meridional wind(shaded，ms1)a-nomalies regressed onto the NAENA indexThe positions where the NAENA index is defined are indicated by the red dotsin(b)and(d)Only statistically significant wind anomalies at the 0.05 level based on the Students t test are plotted到欧亚中纬度和高纬度都存在经向风异常的大值区。如图 1b 是 EOF2 对应的时间序列 PC2 回归的风场和经向风异常。可以看到一支气旋与反气旋交替出现的波列从北大西洋向欧亚大陆传播。该支波列在大约50E 出现分叉，北支沿对流层上层的极锋急流继续向东传播，一直到北亚地区;而另一支则沿着副热带西风急流向东南传播，并到达东亚地区。该波列有四个负的经向风异常中心，分别位于大不列颠岛、西西伯利亚平原、里海东部以及东亚。此外还有三个正的经向风异常中心，分别位于东欧平原、外兴安岭和青藏高原地区。与此相对应的是波罗的海、贝加尔湖和伊朗高原的气旋性环流以及乌拉尔山脉和中国的反气旋环流。考虑到对200 hPa 经向风进行 EOF 分析的目的在于通过得到经向风变率显著的区域提取遥相关型，因 此 参 考 前 人 的 研 究(Wakabayashi andKawamura，2004;Hu et al，2020)，选取 EOF 空间模态中经向风异常活动中心异常值的绝对值代数和定义为 NAENA 指数:NAENAI=47 V*200(40E，60N)+V*200(125E，575N)+V*200(875E，375N)37 V*200(3575W，55N)+V*200(875E，60N)+V*200(60E，40N)+V*200(1175E，35N)。(6)其中:V*200是 200 hPa 经向风异常，各经向风异常中心在图 1a 中 的 红 点 中 表 示。图 1c 是 PC2 和NAENA 指数的变化特征，可以看到标准化 PC2 和NAENA 指数存在很高的相关性，相关系数达到0.92，且通过了置信度为 99%的显著性检验。注意到后文所出现的指数都是经过标准化处理的。从图中可以看到 PC2 和 NAENA 指数都存在显著的年际变化。图 1d 是 NAENA 指数回归的经向风和风场异常，其空间分布特征很好地和图 1b 吻合，都呈23樊威伟，等:北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响专 刊现从北大西洋向欧亚大陆传播的波列结构，并在里海附近发生分叉。以上结果说明 NAENA 指数能很好的表征 NAENA 的时间演变特征，其相应的环流异常也很好地与 NAENA 模态对应。值得注意的是NAENA 型遥相关北侧的活动中心与英国-贝加尔湖走廊(British-Baikal Corridor，BBC)型遥相关(徐霈强，2019;Xu et al，2019)的活动中心一致，但是NAENA 型在里海附近出现了南传特征，因此两者图 2NAENA 型遥相关 200 hPa 涡度收支特征:(a)罗斯贝波波源项(WS);(b)纬向平流项(ZA);(c)经向平流项(MA);(d)_x 项;(e)_y 项;(f)残差项(es)(阴影，单位:1011s2)Fig2Vorticity budget of the NAENA pattern at 200 hPa:(a)The ossby wave source term(WS);(b)The zonal advectionterm(ZA);(c)The meridional advection term(MA);(d)_x term;(e)_y term;and(f)The residual term(es)(shaded，unit:1011s2)的联系将在后续的研究中进一步讨论。此外，对比了 NAENA 型和英国-鄂霍次克海(British-OkhotskCorridor，BOC)(徐霈强，2019;Xu et al，2022b)型遥相关的空间结构，发现 NAENA 型和 BOC 型遥相关存在 1/4 个位相差。NAENA 指数与 BOC 指数相关性为 0.55，解释的方差在 30%左右。说明NAENA 型相对于 BOC 型遥相关具有一定的独立性。2.2NAENA 型遥相关的涡度收支特征图 2 显示了与 NAENA 型遥相关对应的线性化涡度方程中各项的收支情况。罗斯贝波源由沿着NAENA 型遥相关的几个正负值中心组成，其位置领先 NAENA 型遥相关大约四分之一波长。根据Sardeshmukh and Hoskins(1988)的研究，ossby 波源可以进一步分解为涡度拉伸项和涡度平流项，前者与气流的辐合辐散有关，后者代表辐散风产生的涡度平流。发现异常散度引起的涡度拉伸项对ossby 波源起到主要贡献(图 3)。这与之前的相关研究非常一致，对中高纬纬向行星波的研究也表明辐合和辐散异常与 ossby 波源密切相关(Xu etal，2019)。ZA 项和 _y 项在涡度收支中起主导作用，而 MA 项和 _x 项对 NAENA 型遥相关的形成和维持贡献不大。ZA 项和 _y 项的符号趋向于以相反的符号相互抵消，这表明气候态的旋转纬向风引起的扰动涡度平流可以被扰动旋转经向风引起的平均涡度平流所补偿。而且 es 项的值幅度小，空间分布分散。2.3北大西洋-东亚和北亚型遥相关的能量收支特征图 4 计算了从地面到 10 hPa 的 CK 和 CP 的垂直积分，以表示 NAENA 型遥相关与平均流之间的局地动能和有效位能的转换。在北大西洋急流出口区和大气波列的南支观测到明显的 CK 值(图 4a)。这表明正压能量转换对该定常罗斯贝波波南支的维持有一定的影响。CP 的特征表现为沿大气波列交替出现正值和负值，且正值大于负332023 年 1 月第 46 卷第 1 期图 3NAENA 型遥相关波源的:(a)涡度拉伸项;(b)涡度平流项(阴影，单位:1011s2)Fig3(a)Vorticity stretching term，and(b)Vorticity advection term of the NAENA pattern wavesource(shaded，unit:1011s2)图 4整层积分的 NAENA 型遥相关与基本流间的正压能量转换(a)与斜压能量转换(b)(阴影，单位:m2s3)Fig4(a)Total integrated barotropic energy conversion(CK)and baroclinic energy conversion(CP)between the NAENA pattern and basic flow(shading，unit:m2s3)值(图 4b)。这表明波列可以有效地从平均流中提取有效位能，通过斜压能量转换过程得以维持。因此，尽管 CK 和 CP 都对维持 NAENA 型遥相关具有一定作用，但整体来看，CP 的贡献要大于 CK的贡献。也就是说相较于斜压不稳定能量转换而言，正压不稳定能量转换在 NAENA 型维持中的作用相对有限。43樊威伟，等:北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响专 刊2.4海温对北大西洋-东亚和北亚型遥相关的强迫前文研究了 NAENA 型遥相关维持的大气内部动力过程，接下来对影响该遥相关的海温外强迫进行分析。之前的研究表明，因为北大西洋位于欧亚大陆的上游，可以通过大气遥相关波列导致下游的天气气候异常，因此北大西洋海温往往与欧亚大陆的气候异常密切相关，并为欧亚气候预测提供了有价值的信息。因此，为了研究与 NAENA 型遥相关相联系的海温外强迫因子，本文用相关分析探讨了NAENA 型与同期夏季北大西洋海温的关系。考虑到海温长期增暖的趋势，本文研究年际尺度海温对NAENA 型的强迫，先对海温和 NAENA 指数进行 9a 滑动平均处理，并用原始值减去 9 a 滑动平均，提取年际信号。图 5a 是 NAENA 指数回归的大西洋海温年际分量异常，可以看到海温异常主要呈现三极子型，具体表现为格陵兰岛南部和南美洲北部的海温正异常以及北美洲东部的负海温异常。进一步研究表明这一海温异常模态与大西洋夏季海温年际变化主模态类似(图 5b)，这说明年际尺度大西洋夏季海温三极子模态可能是 NAENA 型遥相关的重要外强迫源。图 5c 是 19812018 年大西洋夏季海温三极子模态所对应的 PC1 与 NAENA 指数的时间序列，可以看到这两个时间序列相关性密切，相关系数达到 0.58，且通过了置信度为 95%的显著性检验。图 5d 为夏季大西洋海温 PC1 回归的 200 hPa经向风和风场异常，可以看到对流层上层呈现显著的波状结构从北大西洋向欧亚大陆传播，其空间结构与 NAENA 型遥相关(图 1a、c)相似，空间相关系数高达 0.9。这表明大西洋夏季三极子海温异常对NAENA 型遥相关的维持具有一定贡献。考虑到海温异常是跨季节的持续性信号，因此大西洋前期海温异常可以作为该遥相关波列预报因子。3NAENA 型遥相关对新疆旱涝的影响上文从大气内部动力过程和大西洋海温外强迫角度分析了 NAENA 型遥相关的维持机制，下面将研究 NAENA 型对新疆夏季旱涝的影响。图 6a、b分别是 NAENA 指数回归的 CU 和 GPCC 新疆夏季降水异常，从图中可以看到高原南疆地区出现了显著的降水正异常，北疆地区则没有出现显著的降水异常。这说明当 NAENA 型遥相关处于正位相时，南疆地区降水异常偏多。本文选取了降水异常偏多的关键区(76 90E，36 40N)计算该区域的平均降水，其时间序列如图 6c 所示。可以看到NAENA 指数和该区域的降水标准化时间序列呈现显著的正相关关系，和 GPCC 的降水相关系数为0.58，CU 降水相关系数为 0.62。这说明 NAENA型遥相关大约能解释南疆地区 35%左右的降水年际变率，因此 NAENA 型遥相关在年际尺度上对南疆旱涝异常具有显著影响。通过分析 NAENA 型与降水异常对应的环流型探讨 NAENA 型遥相关影响南疆地区夏季旱涝的可能机制。图 7a 是南疆关键区 CU 标准化降水时间序列回归的 200 hPa 位势高度异常和波活动通量，可以看到一支明显的遥相关波列从北大西洋向欧亚大陆传播，并在里海附近发生分叉，对应的是南疆地区西侧的位势高度显著负异常。这一南疆夏季降水异常所对应的遥相关波列与 NAENA 型的空间模态类似，高纬度为五个位势高度异常而中纬度地区则是两个位势高度异常(图 7b)。图 7c、d 分别是南疆关键区 CU 标准化降水时间序列和 NAENA 指数回归的 500 hPa 位势高度和风场异常，可以看到位势高度异常呈现出整层的相当正压结构，南疆西侧的 500 hPa 位势高度负异常相比 200 hPa 出现了东倾，使得南疆地区出现了负的位势高度异常。这一环流形势有利于高原南疆地区出现正的垂直速度异常(图 8)，对南疆降水能起到促进作用。如图 9 所示，是南疆关键区 CU 标准化降水时间序列和NAENA 指数回归的 7585E 平均的经向环流以及散度场异常的垂直剖面。从图 9a 中可以看到与南疆降水偏多相对应的是该地区的整层垂直上升运动正异常和对流层低层的辐合与对流层中上层的辐散。图 9b 也可以看出当 NAENA 型处于正位相的时候，南疆西部的低压异常使得南疆地区出现了整层垂直上升运动正异常和对流层低层的辐合与对流层中上层的辐散，这有利于南疆降水增加。从水汽输送的角度也可以看到，当南疆降水增多时，南疆西部的气旋性环流能将更多的水汽往该地区输送，为该地降水形成提供有利的水汽条件(图 10a)。此外，与南疆地区大气对流层低层出现了异常的水汽辐合，有利于在该地形成降水(图 10a)。在 NAENA指数回归的新疆及其周边地区整层水汽通量情况也同样可以看到异常的气旋性环流将更多的水汽输送至南疆地区，促使该地区的降水增多。根据以上从大气环流、垂直运动还是水汽输送角度的分析，都可以合理的解释 NAENA 型遥相关增强南疆地区夏季降水的事实。其具体物理过程如下:当 NAENA 型532023 年 1 月第 46 卷第 1 期图 5NAENA 指数与北大西洋海温相关系数(a;虚线为相关系数通过 95%显著性检验区域);北大西洋海温年际变化第一模态(b)，北大西洋海温年际变化第一模态所对应的 PC1(SST-PC1)和 NAENA 指数的标准化时间序列(c)以及SST-PC1 回归的欧亚大陆 200 hPa 经向风(填色，ms1)和风场(矢量，ms1)异常(d;图中仅画出通过 95%显著性检验的风场异常)Fig5(a)Correlation coefficients between the NAENAI and summer SST anomalies in the North Atlantic，with the dashed con-tour areas being significant at the 95%confidence level(b)The EOF1 of the interannual variation of the North AtlanticSST in summer(c)Normalized time series of PC of EOF1 for interannual variation of the North Atlantic SST in summer(SST-PC1)and NAENAI(d)200 hPa horizontal wind(vector，ms1)and meridional wind(shaded，ms1)anom-alies regressed onto the NAENA indexOnly statistically significant wind anomalies at the 0.05 level are plotted遥相关处于正位相时，南疆西部出现异常低压以及气旋性环流，增强了南疆地区的垂直上升运动，同时气旋性环流将更多的水汽输送到该地区并配合辐合异常使得该地区对流层低层出现水汽异常辐合，进而对南疆的降水有促进作用。4结论与讨论大气遥相关是指远距离的大气环流变化间的相关，是一种大气环流持续异常的现象。从传播路径角度，波列型遥相关可以分为沿大圆路径传播的遥相关和沿着大气波导传播的遥相关，其中欧亚沿大气波导传播的遥相关以丝绸之路遥相关的研究较为深入(Lu et，al 2002;Wang et al，2017)。丝绸之路遥相关是夏季欧亚大陆对流层高层大气经向风异常的第一主导模态(Li et al，2021)。研究表明丝绸之路遥相关是连接印度夏季风和东亚夏季风的重要桥63樊威伟，等:北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响专 刊图 6NAENA 指数回归的 CU(a)和 GPCC 新疆夏季降水异常(b)(阴影，单位:mm;斜线区为降水异常通过置信度为 95%的显著性区域，图中红色方框为降水异常关键区)。降水异常关键区 CU 降水与 GPCC 降水和 NAENA 指数的标准化时间序列(c)Fig6(a)CU and(b)GPCC summer precipitation anomalies(shaded，mm)in Xinjiang regressed onto the NAENA indexThe oblique line areas are significant at the 95%confidence level，while the domain enclosed by the red lines denote thekey regions of precipitation anomalies(c)Normalized time series of CU and GPCC summer precipitation in the key re-gions and NAENA index图 7关键区 CU 降水时间序列(a)与 NAENA 指数回归的 200 hPa 位势高度(阴影，gpm)和波活动通量(矢量，m2s2)异常(b);关键区 CU 降水时间序列(c)与 NAENA 指数回归的 500 hPa 位势高度(阴影，gpm)和风场(矢量，ms1)异常(d)。斜线区为位势高度异常通过置信度为 95%的显著性区域。风矢量为通过 95%置信度检验的回归场Fig7egression of the 200 hPa geopotential height anomalies(shaded，gpm)and the wave activity flux(vectors，m2s2)on(a)CU summer precipitation in the key regions;and(b)NAENAIegression of the 500 hPa geopotential height a-nomalies(shaded，gpm)and the wind anomalies(vectors，ms1)on(c)the CU summer precipitation in the key re-gions;and(d)NAENAIThe oblique line areas are significant at the 95%confidence levelOnly statistically significantwind anomalies at the 0.05 level are plotted732023 年 1 月第 46 卷第 1 期图 8关键区 CU 降水时间序列(a)与 NAENA 指数(b)回归的 500 hPa 垂直速度异常(阴影，102ms1)。斜线区为通过置信度为 95%的显著性检验区域Fig8egression of the 500 hPa vertical velocity anomalies(shaded，102ms1)on the(a)CU summer precipitation in thekey regions;and(b)NAENAIThe oblique lines area are significant at the 95%confidence level图 9关键区 CU 降水时间序列(a)与 NAENA 指数回归的的 7585E 平均的散度场(b;阴影，106s1)以及经向环流(矢量)异常的垂直剖面。打点区为通过 95%显著性区域。经向环流矢量为通过置信度为 95%的显著性检验的回归场Fig9egression of latitude-height cross-section(7585 E mean)of divergence(shaded，106s1)and meridionalcirculation(vectors)anomalies on EOFV-PC2(a)on the CU summer precipitation in the key regions;and(b)NAENAIThe oblique lines areas are significant at the 95%confidence levelOnly statistically significant meridionalcirculation anomalies at the 0.05 level are plotted梁，对亚洲气候异常具有显著影响(Chowdary etal，2019;Wang et al，2021)。Fan et al(2022a，2022b)在研究青藏高原夏季地表感热和环流异常时发现欧亚大陆对流层高层大气经向风异常的第二主导模态对青藏高原夏季气候年际变化具有显著影响，并根据其空间特征把这一大气遥相关波列定义为北大西洋-东亚和北亚(NAENA)型遥相关。新疆作为我国典型的干旱半干旱区，其干湿年际变率及其影响因素受到广泛关注。本文在研究 NAENA 型遥相关维持的动力学机制的基础上，研究了其对新疆夏季降水年际变化的影响。大气波列的涡度收支分析表明，气候态的旋转纬向风引起的扰动涡度平流可以被扰动旋转经向风引起的平均涡度平流所补偿，表明 NAENA 型遥相关是一支准静止罗斯贝波。能量平衡分析表明，该大气波列能有效地从平均流中提取有效位能，通过斜压能量转换过程得以维持。研究还发现，大西洋海温三极子异常对 NAENA 的激发和维持也起到重要作用。通过分析 NAENA 型遥相关引起的降水异常可以发现，当 NAENA 型处于正位相的时候，新疆南部降水异常偏多，其具体机制如下:NAENA 型位于中亚的气旋性低压一方面增强了南疆地区的垂直上升运动，同时气旋性环流将更多的水汽输送到该地区，进而对南疆的降水有促进作用。本文从大气环流、垂直运动以及水汽输送角度分析了 NAENA 型遥相关对新疆旱涝的影响，为更加深入研究我国干旱区水循环特征及其变化机制提供了科学依据。下一步的工作将致力于用数值模式对该可能机制进行模拟验证。此外，新疆旱涝往往受到极端降水与极端高温的影响，因此以后的工作将进一步探讨欧亚大陆中高纬大气遥相关型对新疆极端气候事件的影响。83樊威伟，等:北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响专 刊图 10关键区 CU 降水时间序列(a)与 NAENA 指数(b)回归的整层水汽通量(矢量，单位:kgm1s1)异常以及 600hPa 水汽通量散度(填色，单位:gcm1s1hPa1)异常，红色矢量为水汽通量通过置信度为 95%的显著性检验，斜线区为水汽通量散度通过置信度为 95%的显著性区域Fig10egression of total integrated water vapor flux anomalies(vectors，kgm1s1)and 600 hPa water vapor flux diver-gence anomalies(shaded，g cm1s1hPa1)on(a)the CU summer precipitation in the key regions;and(b)NAENAIThe red vectors and oblique line areas denote water vapor flux and divergence anomalies statistically sig-nificant at the 95%confidence level参考文献(eferences)Becker A，Finger P，Meyer-Christoffer A，et al，2013A description of the global land-surface precipitation data products of the Global Precipitation Cli-matology Centre with sample applications including centennial(trend)analysis from 1901-presentJ Earth Syst Sci Data，5(1):71-99doi:10.5194/essd-5-71-2013Chen G S，Huang H，2012Excitation mechanisms of the teleconnection patterns affecting the July precipitation in Northwest China JJ Climate，25(22):7834-7851doi:10.1175/jcli-d-11-00684.1Chowdary J S，Hu K M，Srinivas G，et al，2019The Eurasian jet streams as conduits for East Asian monsoon variability JCurr Clim Change ep，5(3):233-244doi:10.1007/s40641-019-00134-xFan W W，Hu Z Y，Ma W Q，et al，2022aDominant modes of Tibetan Plateau summer surface sensible heating and associated atmospheric circulationanomaliesJemote Sens，14(4):956doi:10.3390/rs14040956Fan W W，Hu Z Y，Ma W Q，et al，2022bImpacts of mid-high latitude atmospheric teleconnection patterns on interannual variation of the Tibetan Plat-eau summer m