1 引言

索马里急流（SMJ）作为北半球夏季最强盛的越赤道气流之一，是亚洲地区水汽输送的重要环节（徐祥德等，2002），其变化对亚洲地区的天气气候和旱涝异常有重要的影响（王会军和薛峰，2003；高辉和薛峰，2006）。20世纪20年代Simpson（1921）最早提出了越赤道气流的概念，1960年代陶诗言等（1962）从天气分析的角度指出两半球大气环流之间有密切联系。之后Findlater（1969）通过研究发现了索马里越赤道气流。此后人们对急流开展了动力学和数值模拟方面的研究（Findlater，1969；Krishnamurti et al., 1976），进一步讨论索马里急流的结构及其在南北半球间大气质量交换中的作用。随着对索马里急流的研究深入，人们发现索马里急流有多时间尺度特征（施能等，2007；唐碧等，2009；邱金晶和孙照渤，2013），与年际变化相比，1948~2005年索马里急流先减弱后增强的年代际变化趋势更明显（汪卫平和杨修群，2008）。

索马里急流是源自于南半球的越赤道气流，那么南半球大气环流的变化和异常必然与索马里急流的变化息息相关（Fan and Wang, 2004；范可和王会军，2006；Fan，2006）。有关南半球大气环流对索马里急流影响的发现和研究可追溯至近一个世纪以前。南半球马斯克林高压和澳大利亚高压的季节和年际变化对越赤道气流变化存在显著影响（何金海和陈丽臻，1989；杨修群和黄士松，1989；徐祥德等，1993）。黄士松和汤明敏（1988）的研究表明，马斯克林高压的增强使澳大利亚高压亦随之增强，可促使索马里急流增强。施宁等（2001）通过研究东半球夏季越赤道气流的气候学特征，表明南非高压、南印度高压和澳大利亚高压对越赤道气流的维持和强度变化具有重要的影响。李晓峰等（2006）指出夏季索马里急流的建立过程是马斯克林高压、中非低压以及阿拉伯高压等非洲—印度洋系统所造成的。高辉等（2012）在研究亚洲夏季风爆发早晚的前兆信号时，认为冬季南半球环状模偏强会造成初春南半球中纬度地区副热带高压带偏强，低纬地区赤道辐合带加深，从而南半球中纬度和热带地区气压梯度力加大，促使3~4月份索马里急流较早建立并偏强。

索马里急流及亚洲季风环流是联系印度洋和东亚气候的重要桥梁，作为亚洲地区水汽输送的重要环节，其变化和异常对亚洲地区的气候和旱涝异常有重要影响（韩慎友，2002；陈兵等，2005；李晓峰等，2006；汪卫平和杨修群，2008；石文静和肖子牛，2013；代玮和肖子牛，2014）。该领域的研究一直受到国内外专家学者的重视。研究表明，在年际尺度上夏季索马里急流增强，对应东亚夏季风增强，我国夏季北方降水偏多，南方偏少，反之亦然。在年代际尺度上，夏季索马里急流增强，东亚夏季风减弱，我国夏季东北、西北和长江流域降水偏多，而华北、华南和西南地区降水偏少；反之亦然（汪卫平和杨修群，2014）。1998年我国长江及东北地区发生的洪涝灾害与当年5月索马里强气流有极其密切的关系（李曾中等，2000）。我国西南地区是西南气流水汽通道的必经之地，但目前研究索马里急流与西南降水的联系还不多，而在另外一个方面，5月通常是西南地区雨季开始期，5月降水是当地十分关心的气候问题。因此，研究索马里急流对初夏西南地区降水的影响有科学意义和实用价值。本文在前人的基础上，建立索马里急流强度指数，并探究急流与西南初夏降水的联系，以揭示5月索马里急流和我国西南降水的联系及其变化特征。

2 资料和方法

本文所用资料包括：（1）1951年1月至2010年12月NECP/NCAR再分析的17层逐月平均水平风场、垂直速度、比湿、地面气压、海平面气压场资料，分辨率为2.5°（纬度）×2.5°（经度）；（2）1951年1月至2010年12月的GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）月平均降水资料，1.0°（纬度）×1.0°（经度）；（3）1951年1月至2010年12月美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的逐月平均全球海表温度资料（NOAA Extended Reconstructed SST V3b）（Smith and Reynolds, 2004），分辨率为2°（纬度）×2°（经度）。文中所用方法包括相关分析，合成分析和t分布检验等。

目前，用来表征索马里急流强度指数的主流方法是取925 hPa高度上索马里急流区的平均经向风来代表索马里急流的强度指标（石文静和肖子牛，2013；代玮和肖子牛，2014），越赤道气流由北风变为南风的过程即为索马里急流的建立过程，本文选取925 hPa作为对流层低层索马里急流的代表气压层，选择（10°S~5°N，40°E~55°E）作为索马里急流指数区域，将此区域经向风的平均作为索马里急流强度指数，并把序列进行标准化，得到索马里急流的强度指数序列。

3 索马里急流与初夏西南地区降水的联系

索马里急流的建立与亚洲季风有重要的联系。开始于索马里急流的低层季风环流系统，一直可以达到孟加拉湾和南海，并延伸到东亚大陆。过去的研究表明，索马里急流建立2~3周后，南海季风爆发（谢安等，2001；李崇银和吴静波，2002；高辉和薛峰，2006）。在研究索马里急流与西南地区春夏各月降水的相关系数时，发现初夏5月索马里急流强度与我国西南降水有显著相关（图略），且他们之间的相关关系存在显著的年代际变化。为清楚地展现索马里急流和中国西南地区5月降水之间联系在1980年前后的变化，图 1给出了1980年前后索马里急流与中国西南地区5月降水的相关系数分布。从图 1a可见，1951~1980年两者在西南地区基本不存在显著相关，事实上还显现出负相关关系。但1981~2010年期间，两者在西南地区表现为显著的大范围正相关（图 1b）。这说明索马里急流和西南降水之间具有较好的联系，而这种联系具有年代际变化特征，两者之间显著相关关系在1980年代以后明显加强。

为了重点分析西南降水，取区域（21.5°N~34.5°N，96.5°E~105.5°E）为西南降水区，做区域平均得到西南降水指数的时间序列（图 2）。从图 2中可以看到5月索马里急流与同期的西南地区降水有明显的年际变化，比较而言其年代际变化较弱。在年际变化尺度上，两者的相关系数为0.42，超过了0.01显著性水平。从两者进行9点平滑后的变化曲线可以看到，虽然两者年代际变化的趋势有所类似，但在1980年代前存在相位差异，降水变化超前于索马里急流，1980年后两者变化趋势更加接近，逐渐同相位演变。

在图 2中我们已经可以看到，索马里急流和西南降水的相关关系在年代际上存在明显的变化，为考察其年代际变化，我们计算了两者11年的滑动相关。图 3给出了5月索马里急流强度指数与西南降水指数的11年滑动相关，从图 3中可以明显看到，5月索马里急流与西南降水的关系在1980年代以前并不存在明显的相关，但两者的相关关系逐渐增加，在1980年后变为显著的正相关并保持稳定，显著性超过了95%的信度检验。

从5月索马里急流和同期的西南地区降水逐年变化时间序列中，我们分别挑选出强、弱典型年或者多、寡典型年，如表 1所示。水汽是降水发生的必要条件之一。通过合成分析，我们可以对比分析1951~1980年和1981~2010年期间西南地区初夏降水的水汽输送特征。图 4给出了1980年前后两个时间段5月西南降水多寡年合成的整层积分水汽输送。从图中可以看到，1951~1980年期间西南地区降水偏多年，来自热带西太平洋的水汽输送异常，经过海洋大陆一路向北输送至我国西南地区，海洋性大陆地区水汽输送场的差异性是显著的，超过了95%的信度检验；而来自印度洋的水汽输送异常没有超过置信度95%的显著性检验，且水汽输送至印度半岛时便中断，没有越过孟加拉湾地区达到我国西南地区。比较而言，1981~2010年期间我国西南地区初夏降水的水汽输送主要来自印度洋，显著的水汽输送异常位于索马里急流地区。西南降水偏多年，索马里急流海岸来自南半球印度洋的水汽输送异常越过赤道，途径阿拉伯海和孟加拉湾地区，继续向北将水汽输送至我国西南地区，加强了西南地区初夏的水汽输送环流和降水。值得注意的是，在热带西太平洋也存在显著地向西的水汽输送异常，但是这支水汽通道没有穿越海洋性大陆，将水汽输送至西南地区。西南降水偏少年水汽输送环流异常与偏多年的分布情况相反。以上分析可见，1951~1980年和1981~2010年两个时间段西南地区的水汽来源存在显著差异。1951~1980年期间，西南地区初夏降水的水汽主要来源于热带西太平洋，而1981~2010年期间，西南地区的水汽主要来自印度洋，索马里急流对西南地区水汽输送的贡献大大加强。

4 索马里急流与西南地区5月降水联系加强的原因

最近不少研究表明，受到全球变化以及海气系统年代际变化的影响，印度洋对东亚季风的影响和作用在加强（Webster et al., 1999；Qu and Huang, 2012；Nayagam et al., 2013；Zhang et al., 2014）。上述的分析也可以看到，索马里急流与中国西南地区的降水的联系也在最近30多年显著增强。下面我们将分析探究这种联系加强的可能原因。

前人的研究曾强调孟加拉湾低层纬向西风与云南初夏降水变化密切相关（晏红明等，2003）。为了分析索马里急流在1980年前后和西南5月降水的关系发生变化的原因，我们分别从索马里急流强度和西南降水强度两个方面出发，分析究竟何种环流场的配置特征有利于5月份该地区的降水发生，并考察索马里急流强度、西南5月降水量与环流配置的关系在1980年前后有什么异同。

图 5a、5b分别为1980年前后5月索马里急流强度与850 hPa风场的相关场，在1951~1980年期间，具有显著相关关系的风场主要局限于西印度洋的季风环流，索马里急流与中国东部地区的偏南风呈正相关关系。而在1980年以后，两者具有显著相关关系的风场从西印度洋延伸到孟加拉湾，索马里急流与孟加拉湾到中南半岛的西南风表现出显著的正相关关系，同时与中国东部地区的偏北风也表现为明显的正相关。而中国西南地区正好位于低层东部的偏北风和西部西南风的幅合地带，有利于该地区的降水形成。图 5c、5d分别为1980年前后5月中国西南地区降水量与850 hPa风场的相关场，可以发现，在1951~1980年期间，中国西南地区5月份的降水主要与印度次大陆到孟加拉湾北部的西风有一定的关系，而在1980年以后，其与从西印度洋延伸到孟加拉湾的系统性很强的季风环流风场显著相关，并与西南地区以东的偏北风也有显著关联。对比图 5b、5d可以发现，1980年以后索马里急流强度的相关风场与中国西南地区5月降水量的相关风场高度相似。用1980年前后850 hPa的风场做典型年的合成分析，同样可以得到类似的结论（图略）。如果从索马里急流的强度出发考虑，1980年之前，索马里急流强年对应西印度洋季风环流增强，热带西太平洋异常东风增强，中国西南地区以东为异常偏南风。但在1980年以后其对应有明显的从西印度洋到孟加拉湾北部的西南风季风环流，在赤道热带地区的偏西风一直延伸到中国南海，西南地区以东为偏北风异常。而从中国西南地区5月降水量出发，1980年以前，该地区的降水异常增加主要对应孟加拉湾北部的西风和中国东部的偏北风。而在1980年以后，除了孟加拉湾的西南风和西南地区以东偏北风外，还对应着印度洋西部显著增加的季风环流。对比图 5可以注意到，西南地区5月降水，主要的低层环流配置是孟加拉湾的西南风和西南地区以东的偏北风，以及它们形成的幅合。但1980年以后，西南地区5月降水与西印度洋的季风环流，包括索马里急流强度建立了显著的关联，因为在这一个时期索马里急流与西南地区以西的季风环流均增强了，同时与西南地区以东的偏北风呈现了正相关关系。也就是说，1980年以后索马里急流与西南地区降水的环流配置全面建立了显著的联系。

我们通过气压场的分析也可以看到类似的结论。图 6分别为1980年前后5月索马里急流强度与海平面气压场、中国西南5月降水与海平面气压的相关场。从图 6a、6b可以看到，1980年以前索马里急流强度与印度洋和亚洲大陆大部地区均为负相关，而显著相关区主要在印度洋。但1980年之后显著负相关区在中南半岛和孟加拉湾地区有明显向北扩展同时往西收缩，青藏高原东部为正相关。中国西南地区呈现东高西低的气压特征，有利于降水发生。同时从图 6c、6d可以发现，1980年以前，中国西南地区5月降水就表现为与孟加拉湾以西的海平面气压为明显负相关关系，而与其以东地区为正相关。而在1980年以后，西南地区5月降水与其西部海平面气压的负相关关系加强，并与其东部的海平面气压也显现出明显的正相关。中国西南地区的降水主要取决于低层来自孟加拉湾西南风和东侧偏北风的幅合，而索马里急流的影响确实是在1980年后有了显著的东伸，并与有利于中国西南地区降水的环流型建立了更密切的联系。

1980年之前，具有显著相关关系的风场主要局限于西印度洋的季风环流，索马里急流与中国东部地区的偏南风呈正相关关系。而在1980年以后，两者具有显著相关关系的风场从西印度洋延伸到孟加拉湾，索马里急流与孟加拉湾到中南半岛的西南风表现出显著的正相关关系，同时与中国东部地区的偏北风也表现为明显的正相关。为了更清晰地说明这一点，将孟加拉湾上空（0°~15°N，80°E~100°E）的纬向西风进行平均，定义了一个孟加拉湾纬向风指数，并给出了5月索马里急流强度指数与5月孟加拉湾纬向风指数的11年滑动相关（图 7）。从图中可以看到，1980年之前索马里急流强度与孟加拉湾上空的纬向西风异常之间不存在显著的相关关系，而1980年以后二者之间的关系大大加强，表现为稳定的正相关关系，相关系数通过95%以上的显著性检验水平，说明1980年以后索马里急流对热带西南季风的影响显著向东扩展。也就是说索马里急流对中国西南地区5月降水的影响有所增强，是由于索马里急流的影响有东扩的倾向。

通过前文的分析，文中推测索马里越赤道气流与我国西南地区5月降水联系的加强，与索马里急流对西南季风影响的东进有关。接下来的问题是，什么原因导致索马里急流影响的东进？为此，我们通过对高层200 hPa风场、印度洋海温场以及大气垂直环流的分析来阐释其中可能的原因。图 8a、8b分别为1980年前后5月索马里急流强度与200 hPa风场的相关场，在1951~1980年期间，具有显著相关关系的风场也局限于西印度洋和西亚地区上空，中纬度形成反气旋环流，但显著相关区主要是环流西部的风场。而在1980年以后，在西亚地区上空两者具有显著相关关系的风场向东向南扩展，显著相关区包括印度洋上空的热带东风急流区和欧亚大陆，中纬度地区形成显著相关的反气旋环流。图 8c、8d分别为1980年前后5月中国西南地区降水量与200 hPa风场的相关场，可以发现，在1980年前后整个时期，中国西南地区5月份的降水均与西亚上空200 hPa的异常反气旋有显著的正相关关系。只是在1980年以后，异常反气旋东侧自北向南的环流加强，并一直延伸到整个西印度洋，覆盖了200 hPa上的热带东风急流区。对比图 8b、8d也可以看到两者之间高度的相似，1980年以后索马里急流和西南初夏降水与热带东风急流的联系显著增强。

从图 9a 1951~2010年气候平均的5月150~100 hPa纬向风场可以看到，初夏热带东风急流区位于（0°~12.5°N，62°E~112°E）。将此区域的纬向风进行平均，定义了热带东风急流指数，用来衡量热带东风急流的强弱变化。为了说明索马里急流强度与热带东风急流关系的变化，图 9b中计算了5月索马里急流强度指数与5月热带东风急流指数的11年滑动相关。可以看到，索马里急流强度与热带东风急流之间存在显著正相关关系，且二者的联系在1980年以后也显著增强，这与图 8的分析结果一致。

近些年，印度洋对亚洲季风的影响和作用大大加强（Webster et al., 1999；Qu and Huang, 2012；徐志清和范可，2012、2014），且得到更多学者和专家的关注。而索马里急流对西南季风影响的东进很可能与印度洋—季风关系的加强有关。为了进一步探讨索马里急流的作用东进的原因，图 10中对比分析了1951~1980年和1981~2010年5月索马里急流强度指数和印度洋海温的同期相关分布。1980年之前，索马里急流强度与印度洋海温的显著关系主要位于热带东印度洋，表现为显著的正相关关系，但是通过显著性检验的区域较小，总体来讲1980年之前索马里急流与印度洋海温的联系较弱。比较而言，1980年以后显著负相关区覆盖了热带西印度洋的大部分地区，位于东非沿岸的索马里急流区，这说明索马里急流与热带东西印度洋海温梯度的联系加强。图 11是5月索马里急流强度指数与印度洋区域10°S~10°N平均的纬向海温异常的11年滑动相关分析，显著负相关区主要出现在1980年以后60°E以西的热带西印度洋区域。也证实了1980年以后索马里急流与热带东西印度洋海温梯度的联系加强的特点。初步可推测，热带印度洋海温的变化在索马里急流对西南季风影响的东扩中起到了重要作用。

图 12中对比分析了1951~1980年和1981~2010年5月索马里急流强度指数强弱年合成的5月沿10°N的纬向垂直环流，进一步说明了印度洋在索马里急流对西南季风影响的东扩中所起的重要作用。从图中可以看到，1980年以前，索马里急流偏强时，热带西印度洋上空存在逆时针旋转的纬向垂直环流异常，上升运动异常位于60°E~80°E，下沉运动异常位于30°E附近，但是并不显著。1980年以后，印度洋上空的纬向垂直环流异常显著向东扩展。索马里急流强年，对应的异常上升运动区向东扩展至90°E附近，30°E附近的下沉运动异常也有所加强，尤其是高层200 hPa以上纬圈环流中的纬向东风大大加强，低层600 hPa以下的偏西气流向东扩展至孟加拉湾上空，意味着加强的热带东风急流及热带印度洋西南季风，这与前文的分析结果一致。索马里急流偏弱时，印度洋上空具有相反的纬向垂直环流异常。也就是说，在索马里急流对西南季风影响的东扩中，印度洋海温的变化起到了非常重要的作用。1980年以后，索马里急流与热带西印度洋海温的联系得到显著加强，从而加强了索马里急流与热带印度洋东西向海温梯度的联系，继而通过热带印度洋纬向环流，加强了索马里急流与高层热带东风急流的联系，促进索马里急流对西南季风的影响向东扩展至孟加拉湾甚至中南半岛一带，最终使得索马里急流与西南初夏降水的联系显著加强。

5 总结

本文利用近60年的NECP/NCAR再分析资料，选取了索马里急流强度指数范围，分析了5月索马里急流与西南降水的相关，并着重分析了索马里急流影响西南5月降水的年代际变化特征。分析结果表明：

（1）索马里急流强度与初夏5月西南降水有密切关系，而5月份索马里急流对中国西南地区降水的显著联系，在1980年代以后明显加强。

（2）1980年以后，索马里急流对对流层高低层风场的联系明显的加强，主要体现在：索马里急流强度与低层亚洲季风环流的联系加强，相关显著区的范围东伸到孟加拉湾北部和中南半岛。并与西南地区的风场幅合建立了直接联系。此外，索马里急流与对流层高层西亚上空的反气旋异常环流的相关在1980年后进一步加强，相关范围东伸。

（3）索马里急流与中国西南地区5月雨量关系的加强，主要是由于索马里急流作用的东伸加强，这可能与印度洋对东亚季风影响作用的加强有关。初步分析发现，1980年以后，索马里急流与热带西印度洋海温的联系大大加强，从而加强了索马里急流与热带印度洋纬向垂直环流和高层热带东风急流的联系，促进索马里急流对西南季风的影响向东扩展，最终加强索马里急流与西南初夏降水的联系。

从本文分析可以看到，索马里急流与亚洲地区热带和中纬度地区高低层大气环流均有密切的联系，这可能是通过Hadley环流的调整来实现的。与东亚地区的遥相关联系，则可能与赤道低纬度地区Walker环流有关。这些都需要未来有待进一步的研究工作来阐释。