梅雨是东亚季风区夏季典型的天气和气候现象，是从我国江淮流域一直到日本南部每年6～7月常常出现的一段持续的、大范围的、降水次数较频繁的连阴雨天气(大气科学辞典，1994)。一直以来，梅雨都是气象研究的重要对象，在气候学、天气学和中尺度气象学上均取得了丰硕成果(Ninomiya，1984；Ninomiya and Haruki，1986；斯公望等，1989；郑永光等，2008；梁萍等，2010)。

在关于梅雨的众多研究中，梅雨锋是一个主要的研究内容。总体而言，梅雨锋表现为一片包含有强对流降水的近于纬向分布的宽广云雨区，锋区以南有强低空偏南急流，并且锋前是具有高假相当位温的高湿空气柱(丁一汇等，2007)。广义来看，我国华南前汛期降水、长江梅雨期降水以及淮河强降水期间出现的东西向静止锋，均属于梅雨锋(陶诗言等，1980)。

在卫星云图上，梅雨锋是一条从华南和长江流域一直向东延伸到日本列岛，然后向东北方向与北太平洋上的极地锋面云系相连接的云带，或者说是TBB(Black Body Temperature)低值带(Masashi and Yoshi，1991)。云带/TBB低值带稳定少动，其上分布着中尺度对流系统(Mesoscale Convective System，简称MCS)，并在地面产生时间上和空 间上都不均匀的降水分布(Fang，1985；姚秀萍等，2005)。在梅雨期的不同阶段，云带走向、宽度以及对流活动空间分布等特征有所不同(郑永光等，2008)。

对于梅雨锋云系，已有研究主要集中在其结 构特征(王建捷和陶诗言，2002；柳俊杰等，2003；Higashi et al.,2010；赵玉春等，2011)和中尺度对流系统方面(Yasunari and Miwa，2006；Sun et al.,2010；Tsutomu and Suzuki，2010；傅慎明等，2011)，也有部分研究涉及云系形态和强弱变化、云系之间的转化合并等方面(项续康等，1994；Ninomiya，1984，2001；Ninomiya and Haruki，1986，Ninomiya and Shibagaki，2003；覃丹宇等，2006)。梅雨期间云系的强弱和形态变化，主要是受西太平洋副 高、高空槽、阻高、锋面/切变线和急流等主导天气系统的影响。因此，研究梅雨锋云系的变化，弄清其主导模态，可帮助我们更好地了解梅雨云团的生成、发展和演变的规律，及其伴随的物理过程和环境条件。

静止气象卫星对地观测以其高时空分辨率和宽视场的特点而具有得天独厚的优势，迄今为止，已揭示了许多观测事实。以卫星云图为代表的卫星观测资料，不但在日常天气预报中发挥了重要作用(覃丹宇和李博，2012；刘健和蒋建莹，2013)，还能够通过反映云的结构、分布和纹理等特征及其生消、演变过程，了解大气的动力、热力等物理过程。因此，利用静止气象卫星的云图资料，可以揭示梅雨锋云系的演变特征。

目前在梅雨锋云图特征方面已经取得了丰 硕的研究成果，对梅雨锋的云系形态(姚秀萍等，2005；覃丹宇等，2006；郑永光等，2008)和结构特征(王建捷和陶诗言，2002；柳俊杰等，2003；赵玉春等，2011)具有了一定的了解。但是，目前缺乏对梅雨锋云系气候态特征的研究，特别是不清楚梅雨锋云系有哪些主要的分布模态？

梅雨锋云系的主导模态可通过经验正交函数分解获得。EOF是提取气象场主分量特征的常用方法(Xie and Arkin，1997；Wang and AnSoon-II，2005)，至今已有很多关于梅雨降雨的气候学研究。如竺夏英等(2007)对1951～2004 年江淮地区15 站梅汛期6～7月份降水进行了EOF 分析，陈烈庭等(2007)用扩展的EOF(EEOF)分析等方法，研究了中国东部夏季风雨带季节性南北变动的主导模态和时空变化的特征。EOF分析方法因其具有普适性，可以用来对长期积累的卫星观测资料进行研究。如贺懿华等(2007)用GMS TBB 等资料，采用带通滤波、EOF 分解等方法，对湖北省洪涝年出现“二度梅”年和无“二度梅”年的南海和青藏高原TBB 的低频振荡特征进行了分析研究。柳苗和李栋梁(& lt; s pan="" lang="EN-US" style='font-family:"Times New Roman"，"serif";color:black' xml:lang="EN-US">2007)利用美国NOAA卫星的射出长波辐射(OLR)资料，采用EOF 方法，讨论了前三个主要模态空间和时间变化特征。占瑞芬和李建平(2008)利用EOF 方法分析了大气红外探测器(AIRS)反演的青藏高原地区对流层水汽的季节变化特征。

本文将利用1998～2008年梅雨活跃期的静止气象卫星红外云图资料，采用EOF方法获得卫星 云图上梅雨锋的主要分布模态，从整体上了解梅雨锋云系的时空特征，了解典型和非典型梅雨锋云系的模态差异，便于诊断其主要模态与天气系统配置特点，深入理解梅雨锋云系的建立、演变和重建的特点。 2 资料与方法

以东亚夏季风是否活跃为标准，根据Luo et al.(2013)的判识方法获得了从1998～2008年6～7月梅雨在江淮地区建立和撤退的日期(表 1)，从中可挑选出16个梅雨活跃期来进行分析，共计262天(表 2)。值得注意的是，2004年的亮温波动范围大，质量很不稳定，因而被剔除在外。

表1(Table 1)

表1 1998～2008年梅雨期列表 Table1 Examples of earthquake prediction based on field stress measurement 年份 建立日期(月−日) 撤退日期(月−日) 1998 06−23 08−03 1999 06−08 07−18 2000 05−24 06−30 2001 06−17 06−25 2002 06−19 06−28 2003 06−20 07−22 2005 07−05 07−13 2006 06−22 07−11 2007 06−19 07−26 2008 06−08 07−24

表1 1998～2008年梅雨期列表 Table1 Examples of earthquake prediction based on field stress measurement

表2(Table 2)

表2 1998～2008年梅雨活跃期列表 Table 2 The active Meiyu days from 1998 to 2008 年份(活跃期天数) 日期(月−日) 1998(31) 06−23～07−04；07−16～08−03 1999(33) 06−08～06−17；06−22～07−01；07−06～07−18 2000(23) 05−24～06−04；06−20～06−30 2001(9) 06−17～06−25 2002(10) 06−19～06−28 2003(28) 06−20～07−11；07−17～07−22 2005(9) 07−05～07−13 2006(20) 06−22～07−11 2007(38) 06−19～07−26 2008(36) 06−08～06−24；07−06～07−24

表2 1998～2008年梅雨活跃期列表 Table 2 The active Meiyu days from 1998 to 2008

与梅雨活跃期相对应，经过质量控制的TBB资料共1728个时次。TBB可用来表征梅雨锋的云系，TBB越低，表明对流发展的高度越高。由于10年(不包含2004年)数据分别来自GMS-5、GOES-9和FY-2C三颗不同的静止气象卫星，故需要对其定标进行归一化处理。采用累计概率密度匹配方法(覃丹宇和李博，2012)进行定标归一化，并进行等经纬距投影重构为(20°N～45°N，100°E～135°E)范围，空间分辨率为0.1°×0.1°，时间间隔为3 h的格点场时间序列(若某时刻资料缺失，则用临近时刻资料代替)。

本文利用1998～2008年梅雨活跃期的静止气象卫星红外窗区TBB资料，在对TBB格点场时间序列进行距平计算的基础上，利用EOF方法对 TBB的距平场进行展开，来获取梅雨锋的主要模态。TBB距平场的计算方法如下：

在分析梅雨锋云系主要模态的空间分布之前，首先给出梅雨期间研究区域内TBB的气候态(表 2所述日期的平均TBB场)(图 1a)。从图 1a可以看出，TBB大于273 K的高值区主要位于25°N以南的洋面以及内蒙古西部；而TBB小于268 K的区域自西向东呈纬向型分布。另外，分布中还存在着三片TBB值小于263 K的低值区，分别位于我国西 南部、长江中下游地区以及日本列岛。其中，青藏高原东侧为TBB最低的区域，数值低于253 K。

图 1

Fig. 1

图 1 梅雨期间研究区域内TBB的(a)气候态(单位：K)及(b-h)第1～7模态(单位：K)的空间分布(白色虚线为零线) Fig. 1(a)The climatology of TBB(unit: K)during the active Meiyu phases and (b-h)the first seven independent leading EOF modes for the TBB anomalies(unit: K). The white dashed line denotes the zero value

经过North准则(North et al.,1982)判别发现EOF分析的前7个模态可以与其他模态区分开，并且相互之间是独立的。前七个模态分别解释总方差的7.78%、5.83%、5.20%、4.27%、4.19%、3.62%和3.36%，累计方差贡献为34.25%。需要说明的是，模态累计方差贡献相对较小的原因主要是计算范围较大、计算格点数多，因此得到的主导模态也比较多的缘故，如果缩小范围，每个模态的方差在形式上会增大。实际研究表明，与这7个模态类似的云图在梅雨活跃期发生频率较高，有明确的物理意义，因此，这7个模态可以确定为代表梅雨锋云系的主要模态。

第1模态(图 1b)的空间分布中，正值区域(TBB正异常区，即对流活动减弱区或晴空区)仅存在于淮河下游到日本海一带，呈东北—西南向带状分布，最强中心位于朝鲜半岛附近。在正值区的西侧和南侧分别存在负值中心(TBB负异常区，即对流活动增强和活跃区)。其中，南侧的负值中心在30°N以南，为负值最大的区域，自我国华南向东海呈东西向带状分布，低值中心位于台湾岛以东洋面；而西侧的负值中心范围相对较小，位于河套一带。

第2模态(图 1c)的空间分布中，负值区形态与梅雨锋的气候态相似，只是位置偏北。在两个正值区域中，30°N以南的区域数值更大，极大值中心位于台湾岛以东的西太平洋洋面上。对于位于渤海湾的正值区来说，数值相对较小。

第3模态(图 1d)的空间分布中，存在两个正值中心和一个呈东北—西南向分布的负值带。正值中心分别位于我国华北中部和西太平洋洋面上，数值最高的区域位于我国山西到河北一带。负值带在朝鲜半岛和我国广东、湖南、江西一带存在着极值中心，其中朝鲜半岛的负值中心为整个模态中数值最低的区域，而广东、湖南、江西一带则是零星的负值中心。

第4模态(图 1e)的空间分布中，显著的负值区域位于25°～35°N之间，呈东西向分布，最低值中心位于东海到西太平洋一带。在负值中心周围存在着三个正值中心，分别位于河套西侧、朝鲜半岛和南海。

第5模态(图 1f)的空间分布中，正值区域以30°N为界可以分为南北两片，其中，北片从我国东北到云南呈东北—西南向带状分布，是数值最大的区域，极值中心位于渤海湾到黄淮平原一带；南片从南海向东延伸到西太平洋。负值区也有东西两片，分别位于我国华东南部到日本列岛一带，以及青藏高原东侧到内蒙古西北侧一带。其中，偏东的负值区，呈“┙”型分布，可以划分为呈沿纬向分布的西段和沿经向分布的东段两部分。

第6模态(图 1g)的空间分布中，在西太平洋洋面、日本海和青藏高原东北侧的地区形成了三个负值中心，而我国华北、中东部和华南地区大部被TBB的正异常所占据。

第7模态(图 1h)的空间分布上，不论是经向还是纬向，正值区和负值区均交替出现。三个负值区分别位于台湾岛以东的西太平洋洋面、长江中上游和东北平原。三个正值区则位于南海、朝鲜半岛到日本海一带以及我国的华北中部。

综上所述，从空间分布来看，梅雨活跃期内云系呈现多种分布形态。与气候态相比，主要表现为空间分布形态(即正负中心位置和强度)的差异。 3.3 主导模态的时间系数特征

图 2是1998～2008年夏季梅雨活跃期TBB经EOF分析得到的前7个标准化时间系数的解释方差时间序列。在判断EOF分析得到的主导模态显著 发生的时间方面，主要是根据不同的目的采取不同的主分量阈值。例如，曹乃和等(2004)以两个标准差作为江苏省年平均气温的异常年发生标准，而肖秀珠和刘君(2004)则以未经过标准化处理的主分量是否大于300(小于－300)作为涝(旱)年的标准。本文以主分量的标准差是否大于1.8(小于－1.8)来作为判断各模态正位相(负位相)是否出现的标准，这样做既能挑选出模态最显著的时次，也能够使得到的样本数满足分析的需要。根据各模态的主分量最大值和最小值(表 3)及大于1.8和小于－1.8的样本数(表 4)的情况，可以看到以下特征：

图 2

Fig. 2

图 2 1998～2008年夏季梅雨日期云顶红外亮温EOF分析得到的前7个标准化时间系数的标准化时间序列 Fig. 2 The st and ardized principal components for the first seven independent leading EOF modes(EOF1，EOF2，EOF3，EOF4，EOF5，EOF6，EOF7)of TBB anomalies during the active Meiyu phases from 1998 to 2008

表3(Table 3)

表 3 各模态主分量的最大值和最小值 Table 3 The maximum and minimum for the first seven principal components of TBB anomalies 模态1 模态2 模态3 模态4 模态5 模态6 模态7 最大值 2.744 2.739 3.611 3.13 2.535 3.397 2.706 最小值 －2.508 －3.587 －2.739 －3.307 －3.5 －2.355 －3.949

表 3 各模态主分量的最大值和最小值 Table 3 The maximum and minimum for the first seven principal components of TBB anomalies

表4(Table 4)

表 4 各模态时间系数的大于1.8和小于－1.8的样本数 Table 4 The pieces of the time when the principal component is larger than 1.8 or less than －1.8 Examples of earthquake prediction based on field stress measurement 模态1 模态2 模态3 模态4 模态5 模态6 模态7 大于1.8 110 66 76 73 22 79 47 小于－1.8 29 66 40 60 74 34 66

表 4 各模态时间系数的大于1.8和小于－1.8的样本数 Table 4 The pieces of the time when the principal component is larger than 1.8 or less than －1.8 Examples of earthquake prediction based on field stress measurement

模态1时间系数的最大值和最小值分别为2.744和－2.508。在统计的样本中，共有110个时次的时间系数大于1.8、有29个时次的时间系数小于－1.8。另外，在所有梅雨活跃的时次中，2003年7月初到2007年7月初这一段时期内，主分量的振幅相对较小。

模态2时间系数的最大值和最小值分别为2.739和－3.587，时间系数大于1.8和小于－1.8的样本数均为66个。2000年以前的梅雨期，时间系数均未超过1.8，但出现了时间系数小于－1.8的样本。2000年到2007年7月初这段时间内，时间系数大于1.8 的出现频率升高，说明第2模态正位相出现次数增加，而此时时间系数却未出现小于－1.8的情况。2007年7月中旬开始，时间系数大于1.8的频率开始减少，而小于－1.8的频率却逐渐升高，第2模态正位相减少负位相增多，最小值－3.587也就出现在这一时期内(2008年7月8日)。

模态3时间系数的最大值和最小值分别为3.611和－2.739，时间系数大于1.8和小于－1.8的样本数分别为76和40。在不同的年份，模态3的时间系数未表现出明显的年际变化。

模态4时间系数的最大值和最小值分别为3.13和－3.307，时间系数大于1.8和小于－1.8的样本数分别为73和60。与模态3类似，在不同的年份，模态4的时间系数未表现出明显的年际差异。

模态5时间系数的最大值和最小值分别为2.535和－3.5，时间系数大于1.8和小于－1.8的样本数分别为22和74，更易出现负位相。与其他模态主分量的时间序列相比，在不同年份，模态5时间系数的变化快，由正位相转向负位相的时间短。

模态6时间系数的最大值和最小值分别为3.397和－2.355，时间系数大于1.8和小于－1.8的样本数分别为79和34。在2002～2003年，模态6的时间系数未大于1.8，且小于－1.8的样本数也较少，表明模态6此时并不活跃。

模态7时间系数的最大值和最小值分别为2.706和－3.949，时间系数大于1.8和小于－1.8的样本数分别为47和66。模态7主分量的时间序列也未表现出明显的年际差异。 4 梅雨锋云系主导模态的大气环流特征

利用各时次云图的TBB场与各主导模态TBB距平的二维分布计算空间相关系数。将相关系数正值最大时刻的云图作为该主导模态正位相的最相似云图，将相关系数负值的绝对值最大时刻的云图作为该模态负位相的最相似云图。利用同样方法得到对应气候态TBB的典型云图。计算得到的气候态所对应的典型云图时刻为2005年7月10日1200 UTC，第1～7个模态正位相和负位相所对应的典型云图的具体日期如表 5所示。

表5(Table 5)

表5 TBB各模态典型云图对应的时间 Table 5 The corresponding time of the typical cloud maps for the the first seven dependent leading modes of TBB 正位相时次 负位相时次 第1模态 2008年6月12日0900 UTC 2007年7月20日1800 UTC 第2模态 2003年6月29日0000 UTC 2008年7月08日0600 UTC 第3模态 1999年6月23日0630 UTC 2007年6月22日0300 UTC 第4模态 1999年6月27日0330 UTC 1998年7月04日0930 UTC 第5模态 2003年6月24日2100 UTC 2007年6月30日0300 UTC 第6模态 2008年7月16日0300 UTC 2008年6月16日1800 UTC 第7模态 2003年7月19日0600 UTC 2001年6月23日0930 UTC

表5 TBB各模态典型云图对应的时间 Table 5 The corresponding time of the typical cloud maps for the the first seven dependent leading modes of TBB

以2005年7月10日1200 UTC的卫星云图(图 3a)为例，这是与梅雨锋气候态分布最为相似的卫星云图(以下简称相似云图)。从云系分布来看，梅雨锋自西南一直延伸到日本岛，对流中心主要位于锋面云系的西段和中段。从500 hPa的大气环流(图 3b)来看，属于三阻型梅雨，中高纬度地区自东向西分别在鄂霍次克海、贝加尔湖附近和东欧平原存在三个阻塞高压(高度场上数值偏高，且风场上呈现出闭合的环流)。副高向西延伸至100°E，向北越过了30°N。与南亚高压有关，位于青藏高原西部有中心值超过了5880 gpm的闭合高压中心，而在我国东北，还存在一个低压中心，低压槽已经发展至长江 中下游。在低压槽与副高的共同作用下，长江下游地区出现了西偏南的气流，季风带来的大量水汽在这一区域内形成了一条梅雨锋云系。地面降水(图 3c)区域主要位于梅雨锋云系的中轴线附近，强对流天气出现在我国西南、长江中下游和日本列岛。锋面云系南北两侧的天气现象无明显差异。

图 3

Fig. 3

图 3 2005年7月10日1200 UTC与气候态TBB最相似的卫星云图及其大气环流和主要天气现象：(a)卫星云图；(b)500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 3(a)The satellite cloud map at 1200 UTC 10 July 2005 which is the most similar to the climatology of TBB and (b)the corresponding circulation patterns at 500 hPa，shading denotes the geopotential height(unit: gpm) and the black line denotes temperature(units: °C);(c)the sea level pressure(unit: hPa) and the weather factors

2008年6月12日0900 UTC的卫星云图为第1模态正位相对应的相似云图(图 4a)，梅雨锋云系呈东西向分布，主要位于长江以南的区域，对流主要处在梅雨锋云系西段和中段。在500 hPa高度场(图 4b)上，在乌拉尔山附近和亚洲东海岸的中高纬地区为高压脊，贝加尔湖地区和日本海为低槽。副高位置偏东，西伸点在140°E以东，副高脊线在20°N附近。与标准型梅雨的环流特征相比有所不同，阻塞高压尚未形成，副高脊线位置偏南。与华南前汛期的典型两脊一槽型相比环流形势较为相似，只是在鞑靼海峡出现了一个低压中心及向南发展在日本海形成的低压槽，且副高的范围较广。在地面上(图 4c)，梅雨锋东段出现雾、弱降水等天气现象；西段出现了大范围的阵性降水和雷暴天气。地面降水主要出现在锋面云系南侧，北侧多 为弱降水或者大雾天气。

图 4

Fig. 4

图 4 代表第一模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期为2008年6月12日：(a)0900 UTC卫星云图；(b)1200 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)1200 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期为2007年7月20日：(d)1800 UTC卫星云图；(e)1800 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)1800 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 4 The satellite cloud maps which are the most similar to the(a)positive and (d)negative phases of EOF1，and (b，e)the corresponding circulation patterns at 500 hPa;(c，f)the sea level pressure and the weather factors.(a)0900 UTC and (b，c)1200 UTC on 12 June 2008;(d，e，f)1800 UTC 20 July 2007. Units of variables are the same as Fig. 3

2007年7月20日1800 UTC的卫星云图(图 4d)是第1模态负位相的相似云图。云图上，锋面云系自我国四川向东北呈东西向分布，云系主要由呈灰色的中低云构成，白亮的对流云只出现在了长江中下游和日本列岛以东洋面上。500 hPa高度场(图 4e)上，中高纬度不存在阻塞高压，在乌拉尔山—巴尔喀什湖西侧以及我国东北—青藏高原东南侧分别出现一个长波槽，高压脊位于西西伯利亚到天山山脉北侧，呈现出两槽一脊型的分布。副高偏北，北侧边界位于30°N。青藏高原及其以南地区为暖低压控制，而我国东北以及以北地区则是由冷低压控制。长江中下游处在副高边缘，南海水汽随副高边缘的气流输送到长江中下游。在地面(图 4f)上，云系覆盖区域内出现大范围的降水，强对流天气主要位于长江中下游和日本列岛南部。 4.3 第2模态

第2模态正位相的相似云图(图 5a)中，梅雨锋云系呈纬向分布，西段云系的云顶亮温要比东部低。对流云主要位于青藏高原东部和江淮地区。500 hPa高度场(图 5b)为标准型的梅雨形势(双阻型)，两个阻塞高压分别位于鄂霍次克海和乌拉尔山。副高向北发展到30°N附近。地面(图 5c)多以强度不等的降水为主，没有出现大范围的强对流天气。另外，在梅雨锋前和锋后均出现了雾。

图 5

Fig. 5

图 5 代表第二模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期为2003年6月29日：(a)0000 UTC卫星云图；(b)0000 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)0000 UTC的海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期为2008年7月8日：(d)0600 UTC卫星云图；(e)0600 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)0600 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 5 The satellite cloud maps which are the most similar to the positive(a) and negative(d)phase of EOF2，and the corresponding circulation patterns on 500 hPa(b and e，0000 UTC).(c and f)are the sea level pressure and the weather factors. Time for the left and right panel are 1800 UTC on 29 June，2003 and 0000 UTC on 8 July，2008. Units of variables are the same as Fig. 3

第2模态负位相的相似云图(图 5d)中，云系自我国东北向南海，呈南北向分布，两端宽，中间窄。云顶亮温较低的区域主要位于云系的南北两端：渤海湾一带以及南海到台湾岛以东。由于江淮地区并没有强的对流出现，因此第2模态的负位相并不是典型的梅雨锋云系模态。在相似云图相对应的2008年7月8日1200 UTC 500 hPa高度场(图 5e)上，中高纬度地区为三槽两脊型分布，高压脊主要位于乌拉尔山和雅库茨克附近，三个低压中心自东向西分别位于鄂霍次克海、北西伯利亚和里海北侧。副高呈南北向带状(南北向长，东西向短)分布，向北已经发展到了40°N，副高东北侧存在一个显著的低压中心，中心位置位于日本列岛以东的洋面。孟加拉湾为一暖低压控制，温度高于－4°C，且风场上存在气旋式的闭合流场。我国河套西侧、青藏高原东侧以及西南均为高压控制，在这些高压区域与副高之间，为偏南的气流，风速较大。正是这支偏南气流的存在，形成了南北向分布的大范围云系。地面(图 5f)上，云系南部以降水和雷暴为主，个别区域出现了小范围的雾。而云系北部，则以降水和大雾为主。 4.4 第3模态

图 6a是第3模态正位相的相似云图，锋面云系呈东北—西南向分布，云系宽度中间窄、两端宽。亮度值低的对流活动区主要位于云系南段——我国南部广东、广西一带。在500 hPa高度场(图 6b)上，50°N以北的高纬度地区只在东欧平原出现一 个阻塞高压，堪察加半岛附近还存在一个低压中

图 6

Fig. 6

图 6 代表第三模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期1999年6月23日：(a)0630 UTC卫星云图；(b)0600 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)0600 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期为2007年6月22日：(d)0300 UTC卫星云图；(e)0600 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)0300 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 6 The satellite cloud maps which are the most similar to the positive(a) and negative(d)phase of EOF3，and the corresponding circulation patterns on 500 hPa(b and d).(c and f)are the sea level pressure and the weather factors. Time for the legt and right panel are 0630 UTC on 23 June，1999 and 0300 UTC on 22 June，2007. Units of variables are the same as Fig. 3

心。在30°～50°N的区域内，存在2个低压中心和三个高压脊，低压中心分别位于乌拉尔山南部和我国东北，总体上呈现出两槽一脊型的分布。副高呈带状分布，脊线越过20°N。通过地面观测(图 6c)发现，雷暴天气主要出现在云系南段。降水区在梅雨锋云系的北部，长江中游以中到大雨为主，长江下游以小到中雨为主。另外，梅雨锋云系的北段——朝鲜半岛一带，降水强度大于云系的其它区域。此外，梅雨锋的锋后出现了局部的大雾天气。

图 6d是第3模态负位相对应的卫星云图，图中云系未呈现带状，分布相对较为零散，主要在河套向南至长江中上游一带以及日本列岛及其南部洋面上出现了较大范围的云。云系多数为顶部呈灰色的层云，只在长江中上游以及日本列岛南部出现了云顶白亮的对流云。在500 hPa高度场(图 6e)上，副高范围较广，西伸至95°E附近，且向北越过了30°N。中高纬度地区大气环流为较为复杂不 存在阻塞高压，在日本列岛西部、贝加尔湖西北部以及我国天山山脉中部存在低压槽。另外，河套西侧和长江中上游也有短波槽活动，孟加拉湾地区附近被低压中心控制，而长江中下游地区则处在副高边缘。短波槽和低压槽的活动使得我国河套向南至长江中上游一带以及日本列岛南部出现了大量云系。地面(图 6f)上降水主要集中在我国河套到长江中上游一带以及日本列岛，而江淮以及长江中下游则出现了大范围的雾。从正负模态的云系和对流分布来看，第3模态的正负位相均不对应典型的梅雨锋云系。 4.5 第4模态

第4模态正位相的相似云图(图 7a)中，梅雨锋云系主要位于长江流域并向东延伸到日本岛。锋面上的云系结构松散，且未出现白亮的对流云。在500 hPa高度场(图 7b)上，阻塞高压活动不明显，中高纬度存在三个低压中心，分别位于大高加索山脉、中西伯利亚高原和堪察加半岛附近。副高范围西伸到了105°E以西的区域。从环流形势来看，这一分布不属于典型梅雨。在地面(图 7c)上，沿着梅雨锋云系分布着强度不大的降水，未出现雷暴天气。另外，在梅雨锋云系的南北两侧均为雾的天气。

图 7

Fig. 7

图 7 代表第四模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期为1999年6月27日：(a)0330 UTC卫星云图；(b)0600 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)0300 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期为1998年7月4日：(d)0930 UTC卫星云图；(e)1200 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)0900 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 7 The satellite cloud maps which are the most similar to the positive(a) and negative(d)phase of EOF4 and the corresponding circulation patterns on 500 hPa(b and d).(c and f)are the sea level pressure and the weather factors. Time for the left and right panel are 0300 UTC on 4 June，2000 and 0930 UTC on 4 July，1998. Units of variables are the same as Fig. 3

1998年7月4日0930 UTC的卫星云图(图 7d)是第4模态负位相的相似云图，此时区域内并未出现典型的梅雨锋云系，云系主要分布在我国青藏高原东北侧到内蒙古东部一带和20°N以南的区域。其中20°N以南的云系以团状为主，且云顶呈现白亮的色调，以对流性云团为主。在500 hPa高度场(图 7e)上，中高纬度地区存在一个阻塞高压，位于雅库茨克附近，两个低压槽分别位于日本海西侧以及巴尔喀什湖附近。副高范围广，强度强，不仅已经向北越过了35°N，向西也已经发展到110°E以西的区域，而且中心最大高度也已经超过了5920 gpm。在地面(图 7f)上，降水区主要集中在青藏高原东北侧以及华南，长江中下游出现了零星的弱降水区及局部对流性天气。 4.6 第5模态

第5模态正位相的相似云图(图 8a)中，梅 雨锋云系东西横贯整个研究区域，形状上东窄西宽，且西段(青藏高原东侧附近)是云顶亮温最低的区域。在500 hPa高度场(图 8b)上，在乌拉尔山以东的西西伯利亚地区存在一个阻塞高压，属于单阻型梅雨环流。东欧平原、贝加尔湖、日本海以及西北太平洋存在低压系统。副高位置偏东，西边界位于135°E以东，脊线在20°N附近。地面降水(图 8c)主要集中在梅雨锋云系的北部，长江中下游地区和日本列岛以强降水为主，雷暴主要分布在青藏高原东南侧。雾主要出现在锋面云系的北侧。

图 8

Fig. 8

图 8 代表第五模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期2003年6月24日：(a)2100 UTC卫星云图；(b)25日0000 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)24日2200 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期为2007年6月30日：(d)0300 UTC卫星云图；(e)0600 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)0300 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 8 The satellite cloud maps which are the most similar to the positive(a) and negative(d)phase of EOF5，and the corresponding circulation patterns on 500 hPa(b and d).(c and f)are the sea level pressure and the weather factors. Time for the left and right panel are 2100 UTC on 24 June，2003 and 0300 UTC on 30 June，2007. Units of variables are the same as Fig. 3

2008年7月16日0300 UTC的云图(图 9a)与第6模态正位相最为相似，从云系分布来看，没有出现横贯东西的大片云系。另外，在西太平洋洋面上出现了一个台风云系。在500 hPa高度场(图 9b)上，在中高纬度地区出现了两个阻塞高压，分别位于乌拉尔山西南侧和雅库茨克附近。副高位置偏东，位于130°E以东的区域，并且向北越过了30°N。在吕宋岛附近有一个台风低压。在地面(图 9c)上，我国长江中下游以及华南大部均未出现大范围的降水，强降水和对流性天气主要位于我国东北地区和吕宋岛附近。

图 9

Fig. 9

图 9 代表第六模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期为2008年7月16日：(a)0300 UTC卫星云图；(b)0600 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)0300 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期为2008年6月16日：(d)1800 UTC卫星云图；(e)1800 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)16日1800 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象Fig. 9 The satellite cloud maps which are the most similar to the positive(a) and negative(d)phase of EOF6，and the corresponding circulation patterns on 500 hPa(b and d).(c and f)are the sea level pressure and the weather factors. Time for the left and right panel are 0300 UTC on 16 July，2008 and 1800 UTC on 16 June，2008. Units of variables are the same as Fig. 3

2008年6月16日1800 UTC的卫星云图(图 9d)与第6模态负位相的空间分布最为相似。云图上，以35°N为界可以将云系划分为南北两部分，其中北部云系呈西北—东南向分布，云系主要以灰色到灰白色的色调为主；而南部的云系呈东北—西南向分布，其中在我国南部及其沿海出现了色调呈白亮的对流云。500 hPa高度(图 9e)上，中高纬度地区在乌拉尔山南侧存在一个阻塞高压，而在130°E附近存在一个高压脊；另外，西西伯利亚到贝加尔湖一带存在一个低压中心，冷空气随低压槽不断南下影响我国。此时，副高虽然已经越过25°N，但是仅位于125°E以东的洋面上。孟加拉湾地区为一个低压中心控制。地面(图 9f)上，北部的云系主要以降水和大雾天气为主，而南部的云系则自北向南依次出现了大雾、降水和对流性天气。 4.8 第7模态

第7模态正位相与2003年7月19日0600 UTC的云图(图 10a)最为相似。此时，仅在西南地区和长江中上游出现了较大范围的云系，而在120°E以东的区域内仅在中国东海地区存在一个中尺度对流系统；而从浙江东部到日本岛，则存在一条 较窄的由色调呈灰色到灰白色的中低云组成的云带。此外，日本岛附近还存在由片状层云和团状对流云组成的云系，但空间范围较小。500 hPa高度场(图 10b)上，50°N以北的高纬地区，只在外兴安岭附近出现一个阻塞高压。中纬地区为两槽两 脊型，两个低压槽分别位于地中海附近和朝鲜半岛，两个高压脊分别位于天山山脉西侧和日本岛北部。副高范围较小，主要位于台湾岛以东的洋面上。在地面(图 10c)上，长江中上游出现了大范围的降水和雷暴，浙江东部只出现了雷暴，并无降水发生。日本岛也主要以雷暴为主，并未出现大范围降水。另外，在长江中上游梅雨锋云系的南侧出现大范围的雾。

图 10

Fig. 10

图 10 代表第七模态的卫星云图及其大气环流和主要天气现象。正位相日期和时间为2003年7月19日0600 UTC：(a)卫星云图；(b)500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(c)海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象。负位相日期和时间为2001年6月23日：(d)0930 UTC卫星云图；(e)1200 UTC 500 hPa大气环流(彩色阴影为高度场，单位：gpm；黑色等值线为温度场，单位：°C)；(f)0900 UTC海平面气压(单位：hPa)和地面天气现象 Fig. 10 The satellite cloud maps which are the most similar to the positive(a) and negative(d)phase of EOF7，and the corresponding circulation patterns on 500 hPa(b and d).(c and f)are the sea level pressure and the weather factors. Time for theleft and right panel are 0600 UTC on 19 July，2003 and 0930 UTC on 23 June，2001. Units of variables are the same as Fig. 3

2001年6月23日0930 UTC的卫星云图(图 10d)与第7模态负位相的空间分布最为相似，此时河套地区存在一片由多个团状云团所构成的云区。另外，自朝鲜半岛到台湾海峡有一条南北向分布的云系。与中国地区典型的梅雨锋云系分布相比，第7模态负位相的云系位置更偏东、径向度更 大。其中，在台湾海峡附近，云系表现出明显的螺旋状，为一个热带低压系统或者是台风的云系。在500 hPa高度场(图 10e)上，中高纬度为两槽两脊型，两个高压脊分别位于中西伯利亚高原和乌拉尔山附近，低压槽分别位于西西伯利亚到天山山脉 北侧以及鄂霍次克海到日本海一带。副高位置偏东，5880 gpm线向北 已经发展到日本列岛，中心最大强度超过5960 gpm。台湾海峡附近存在一个低压系统，正是该低压系统与朝鲜半岛附近短波槽的共同作用，才形成了一条南北向分布的宽广云系。河套到渤海湾一带为低压系统所控制，在其西北侧则是一个闭合的高压中心。该区域内的由多个团状云团所构成的云区正是由这一低压所引起。地面(图 10f)上，降水主要集中在台湾海峡、长江下游以及朝鲜半岛到日本列岛一带，对流性天气主要出现在我国的华南沿海、河套附近以及长江下游地区。

由上面的分析可知，梅雨锋云系主导模态的正负位相对应的异常的云系分布和环流形势并不是完全相反的关系。前面提到，梅雨锋环流系统包含多个成员。当特定主导模态的正位相发生时，其原因是一个或多个成员的强度和位置发生变化；而负位相发生时，相应的环流成员强度和位置则发生相反的异常变化。由于这些异常都叠加在气候态的梅雨锋云系和相应环流分布的背景上，因此正负位相并不表现出相反的关系。 5 结论

本文利用EOF分析方法提取了1998～2008年梅雨活跃期内的卫星TBB距平的前7个主导模态，讨论了其空间分布和主分量时间序列特征，并总结了不同模态正负位相发生时相对应的环流形势和天气特征，得到的主要结论如下：

(1)梅雨活跃期内TBB距平的前7个模态为独立模态，研究区域的TBB分布可以用气候态和7种相互独立的空间分布模态来进行描述。气候态上，梅雨锋表现为一条横贯东西的云系，其南北分别为少云或晴空区，南部对应副高、北部对应地面冷高压控制。另外，西南地区东部和华南西部的云区也说明了在梅雨期，高原东移小槽和季风云涌均活跃的特点。

(2)与气候态不同，另外7个独立模态则反映了梅雨期间云系主要的异常特征，各模态相似云图中的云系出现了位置偏移与形状变化，表明了梅雨锋云系随主导天气系统的演变而发生断裂、减弱、消散、重建的具体过程。

(3)从大气环流特点来看，气候态对应的大气环流为三阻型梅雨形势。而7个主导模态的大气环流基本可以划分为两类，一类为阻塞高压型，中高纬地区存在阻塞高压的活动，这在第2模态正位 相，第4模态负位相，第5模态正位相，第6模态正、负位相以及第7模态正位相都可以看到这一特点。另一类为槽脊型，中高纬地区阻塞高压活动不明显，等高线为一槽两脊或两槽一脊型分布，在第1模态正、负位相，第2模态负位相，第3模态负位相，第4模态正位相，第5模态负位相，第7模态负位相对应的环流形势都是如此。

总的来看，研究梅雨锋云系的主要模态及其相应的环流形势和主要天气现象的分布，可帮助我们了解与之密切相关的天气系统的变化、以及天气系统之间相互作用的情况，对梅雨期天气形势变化的预测具有一定参考意义。