孟加拉湾(简称孟湾)地区是全球热带风暴活动最频繁的地区之一, 由于孟湾地区观测站点较少, 有关孟湾风暴活动的观测资料记录较为缺乏, 使得一直以来对热带气旋的研究主要集中在西太平洋地区^[1-3], 而对孟湾风暴的形成原因、结构特点、强度变化及其移动路径等的认识和了解十分有限。近年来, 伴随海洋监测网点的不断增加以及卫星观测手段的不断发展, 人们逐渐开始对孟湾风暴的活动特征和影响有了初步的了解。孟湾风暴活动有明显的季节特征, 每年初夏(4-6月)和秋季(10-12月)是孟湾风暴最为活跃的时期, 其形成和不同的移动方向对我国西南地区以及南亚、东南亚国家有着十分重要的影响。我国西南地区位于青藏高原向东延伸的低纬高原地区, 与孟湾海区较为接近, 在孟湾海区生成并向东北方向移动的风暴对我国西南地区的天气影响非常严重, 会导致西南地区出现大范围的强降水天气^[4-7], 同时也会造成我国藏东南和滇西高山地区持续而强烈的暴雪天气^[8-9]。

初夏(4-6月)是孟湾风暴活动的高峰期, 而该季节在孟湾地区除了风暴活动, 孟湾夏季风环流的建立也是该时段内发生在孟湾地区的一个重要现象。孟湾夏季风的爆发标志着我国西南水汽通道的建立, 随之大量的水汽伴随西南暖湿气流进入我国, 对于西南雨季开始早晚以及亚洲夏季风的季节进程等均有十分重要的影响^[10-11]。就以上两个系统而言, 孟湾风暴是活跃于孟湾地区的中小尺度强对流气旋性环流天气系统, 活动周期短, 目前的研究工作主要集中于探讨风暴的结构特征及其对天气影响^[12-13], 但是, 孟湾风暴的产生除了与局地环流变化有关, 与大尺度背景环流的变化也有密切的联系, 例如高低层纬向风切变的影响^[14], 目前我们对于风暴发生前期大尺度环流变化的信号还缺乏一定的了解。孟湾夏季风爆发是初夏孟湾地区冬季型环流向夏季型环流转换的标志, 与高低层大尺度风系的季节变化密切联系^{[11, 15]}。对于同一时段活跃于孟湾区域的两个环流系统而言, 对它们之间的相互联系还缺乏初步的了解, 相关的研究也比较少。

近年来的很多研究表明, 孟湾夏季风是亚洲季风系统中爆发最早的季风^[16-21], 其爆发与大尺度环流的季节转换有关, 尽管大尺度环流的季节转换具有一定的突变性, 但它与前期环流等的变化有密切联系, 可以在前期环流变化中找到影响孟湾夏季风爆发的前兆信号^{[11, 18-19]}。孟湾风暴是中小尺度强对流辐合天气系统, 空间尺度小, 活动周期短, 年均发生频数很小, 很难根据典型个例的分析从气候角度去寻找影响其活动的前兆信号因子。基于此种情况, 本文针对初夏季节, 首先研究孟湾夏季风爆发与孟湾风暴活动的关系, 然后根据孟湾夏季风爆发早晚的前期环流特征进一步探讨影响孟湾风暴活动的前期环流因子和海洋因子, 这对于进一步了解季节转换期间亚洲季风的季节推进的过程, 提高孟湾风暴活动和孟湾夏季风爆发的监测和预报预测能力是十分必要的。

本文所用孟湾风暴数据来自美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center, TWC)的气候网站(http://weather.unisys.com)发布的1972- 2016年北印度洋风暴数据, 其中, 孟加拉湾海域定义为80.0~98.8 °E, 5.0~22.6 °N范围内的海区, 凡初夏4-5月出现在该区域内的风暴均选取作为孟湾风暴个例; 孟湾夏季风爆发标准定义及相应的爆发日期参考作者最近的研究成果^[22]; 大气环流资料利用1958-2016年美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research, NCEP/NCAR)的高低层经向风和纬向风、高度场等月平均再分析资料, 网格分辨率为2.5 °×2.5 °^[23]; 采用1958-2016年英国Hadley中心提供的海表温度资料HadISST (Hadley Center Sea Ice and Sea Surface Temperature), 资料分辨率为1 °×1 °^[24]。气候平均统一采用1981-2010年的30年气候平均值。

分析方法主要采用相关分析、合成分析、回归分析等数理统计诊断方法。

孟湾夏季风爆发和孟湾风暴是初夏活动于孟湾地区的大气环流系统, 两个系统活动的空间尺度和时间尺度具有明显差异。参考文献[22]定义当850 hPa和200 hPa纬向风同时满足U₈₅₀>3 m/s和U₂₀₀ < -5 m/s, 并持续5天, 同时达到标准的第一天即作为孟加拉湾夏季风爆发日期的判断标准^[22]。根据此标准, 孟湾夏季风爆发偏早年为1982、1984、1991、1999、2006、2008、2009年, 偏晚年为1974、1983、1985、1987、1992、1993、2001年。表 1为孟湾夏季风爆发早晚年孟湾风暴的活动情况, 可以看到在孟湾季风爆发偏早年, 除1984和1999年孟湾地区无风暴生成外, 其它年份均出现了风暴, 其中1982、1991和2009年出现2个风暴, 同时, 发现风暴生成的时间均偏早, 一般在4月就开始出现, 2009年孟湾风暴出现的时间最早, 在4月中旬就有一个风暴生成。相反, 在孟湾夏季风爆发偏晚的7年中, 有3年(1983、1993、2001年)孟湾地区无风暴生成, 另外的4年尽管也有1个孟湾风暴生成, 但生成时间比较晚, 基本上在5月中旬以后才出现。以上结果在一定程度上表明孟湾夏季风爆发早晚与孟湾风暴活动存在一定的联系:在孟湾夏季风爆发偏早年, 孟湾风暴活动频数偏多, 出现时间偏早, 一般出现在4月; 相反, 在孟湾夏季风爆发偏晚年, 孟湾风暴活动频数偏少, 出现时间偏晚, 一般出现在5月中下旬。进一步比较孟湾夏季风爆发和孟湾风暴生成的时间, 发现在大部分年份孟湾夏季风爆发时间与孟湾风暴生成时间一致或偏晚1~4天, 特别在季风爆发偏早年表现较为明显。

表 1

表 1 1972—2016年孟湾季风爆发早、晚年孟湾风暴的活动情况 季风爆发早年 季风爆发日期(月/日) 风暴个数 风暴日期(月/日) 1982 4/30* 2 4/30—5/5；5/30—6/4 1984 4/26 0 1991 4/26* 2 4/22—4/30；5/30—6/3 1999 4/11 0 2006 4/27* 1 4/24—4/29 2008 4/30* 1 4/27—5/3 2009 4/19* 2 4/15—4/17；5/24—5/25 1974 5/28 1 5/29—6/1 1983 5/20 0 1985 5/20 1 5/22—5/25 1987 5/31* 1 5/30—6/5 1992 5/28* 1 5/15—5/20 1993 5/24 0 2001 5/10 0   注：“*”表示孟湾夏季风爆发时间与孟湾风暴生成时间一致或偏晚。

表 1 1972—2016年孟湾季风爆发早、晚年孟湾风暴的活动情况

另外, 由于孟湾风暴属于尺度比较小的强对流气旋性天气系统, 每年发生的频率很小, 1972- 2017年共46年的初夏4-5月, 仅有22年无风暴发生, 年均发生率为0.6个/年, 年际活动差异不大, 很难根据孟湾风暴活动频数选取异常年份来研究风暴发生时的大气环流差异。类似地, Yeh等^[25]在研究西北太平洋热带气旋活动与热带太平洋海温变化(SSTA)的关系时, 就发现SSTA与热带气旋频数变化的关系不明显, 而与热带气旋持续时间和强度变化有密切联系。因此, 在很多研究中经常选用与热带气旋活动相关的一些特征量来代表气旋活动频数进行分析, Emaneul^[26]通过定义热带气旋近中心最大风速三次方的时间积分作为PDI(Power Dissipation Index)来表征西北太平洋热带气旋的破坏潜力进行研究; Girishumar等^[27]通过定义累积气旋能量(Accumulated Cyclone energy, ACE)和热带气旋活动总天数(TCDAYS)来研究秋季孟湾气旋活动与赤道中东太平洋SSTA及印度洋偶极子海温变化的关系。同样, 这里我们统计了1972-2017年初夏孟湾风暴活动持续总天数的时间系列(图略), 并试图通过该时间系列的变化来分析孟湾风暴活动的年际异常, 发现孟湾风暴持续天数也仅为3.3天/年, 同时由于1972-2017年期间无风暴出现的年份较多(22年, 占1972-2017年总年数的48%), 同样也很难根据风暴持续天数选取风暴活动的异常年份来分析风暴活动的年际差异。但值得注意的是风暴持续天数较多的年份为1979年(9天)、1982年(12天)、1990年(9天)、1991年(14天)、1996年(8天)、2003年(9天)、和2008年(7天)中, 1982、1991、2008年均属于孟湾夏季风爆发偏早年份, 而其余的年份属于孟湾夏季风爆发正常(爆发日期在5月5日- 5月15日之间)的年份, 进一步表明了孟湾风暴活动多(少)与孟湾夏季风爆发早(晚)之间的相互联系。

从前面分析我们看到, 由于孟湾风暴活动频数非常小, 无风暴出现年份几乎占到1972-2017年的半数, 很难根据风暴活动频数等的变化从气候的角度去研究影响其活动的前期信号, 但由于孟湾风暴活动频数及其出现时间的早晚与孟湾夏季风爆发早晚相联系, 是否可以根据孟湾夏季风爆发早晚年前期的环流差异去初步了解影响孟湾风暴活动的前期信号因子呢?众所周知, 季风活动不仅与大尺度海陆热力差异的季节变化有关, 还与高低层大尺度风系的季节转换有关, 而这些大尺度海陆热力差异以及大尺度风系的变化均与前期下垫面热力活动和大气环流变化有一定联系。因此, 本文根据季风爆发早晚年份来初步探讨影响孟湾风暴活动的大气环流变化的前兆特征是有一定合理性的。

由于孟湾夏季风爆发的平均日期是5月10日^[22], 这里我们主要分析夏季风爆发前期1-4月的环流差异特征来寻找前期信号因子。图 1分别为孟湾夏季风爆发早晚年前期1-4月逐月低层850 hPa和高层200 hPa矢量风场的差异, 可以看到孟湾夏季风爆发早晚与前期大气环流变化密切联系。首先来看低层850 hPa的环流差异, 差值场分布表明在孟湾夏季风爆发早年, 前期1月在印度尼西亚群岛附近为异常西风, 其北侧在菲律宾海盆、南海和南侧在澳大利亚北部为气旋性环流; 2月印度尼西亚群岛附近的异常西风逐渐向西扩展至赤道东印度洋, 异常西风南北两侧对称的气旋对发展更加明显, 两个气旋分别位于加里曼丹和澳大利亚西北部, 而此时南海-中南半岛-孟湾-印度半岛为异常东风控制; 3月赤道附近的异常西风进一步向西扩展, 并向北移动至更加接近赤道, 赤道印度洋地区为显著的异常西风控制, 伴随赤道附近异常西风的向西扩展, 异常西风南北两侧的气旋对也向西移动至孟加拉湾和东南印度洋地区; 4月赤道附近异常西风中心进一步北抬至5 °N附近, 异常西风南北两侧的气旋对分别在孟湾地区和东南印度洋区域, 并发展加强。因此, 从低层环流变化来看, 赤道西太平洋至印度洋附近异常西风的发展加强和向西扩展, 及其两侧不断发展西移的对称气旋对是影响孟湾夏季风爆发偏早的最主要环流特征。孟湾风暴是气旋性环流发展加强达到一定强度后强气流辐合天气系统, 其发生发展与气旋性环流背景密切联系。从孟湾夏季风爆发偏早年前期赤道附近异常西风变化及其两侧异常气旋对的西移和发展加强可以看到, 前期孟湾地区异常气旋性环流的发展对于孟湾低压的频繁活动, 甚至发展加强为风暴是非常有利的, 尤其是4月西移到孟湾的异常气旋性环流为孟湾风暴的发生发展提供了非常有利的环流背景。因此, 孟湾夏季风爆发偏早年前期的环流变化确实可以作为孟湾风暴活动时间偏早和频数偏多的前兆信号。孟湾夏季风爆发偏晚年前期的环流变化刚好相反, 不利于孟湾风暴的发生发展。

图 1

图 1 孟湾季风爆发早晚年前期1—4月850 hPa (左)和200 hPa（右)矢量风差值场 阴影区为通过0.05显著性检验的区域。a、b. 1月；c、d. 2月；e、f. 3月；g、h. 4月

相应在孟湾夏季风爆发早晚年对流层高层200 hPa的矢量风差值场上, 可以看到最明显的环流差异主要表现在东亚区域对流层高层环流异常的稳定维持。在夏季风爆发偏早年, 从前期1-4月东亚上空稳定维持一个非常强大的异常反气旋性环流, 偏晚年则为异常气旋性环流。那么, 东亚对流层高层稳定维持的反气旋或气旋性环流异常究竟与低层孟湾区域的环流变化有什么联系?是通过怎样的途径影响孟湾风暴的发生发展?

为了进一步分析东亚区域对流层高层稳定维持的气旋或反气旋环流异常与孟湾区域低层环流变化的相互联系和影响, 我们首先来看在对流层的环流异常与高层纬向风变化的相互联系。图 2分别为孟湾夏季风爆发早晚年前期1-4月高层200 hPa纬向风的合成差值场, 可以看到与东亚上空高层稳定维持的环流异常响应, 在孟湾夏季风偏早(偏晚)年, 从前期1-4月东亚上空对流层高层以25 °N为界, 北侧为明显的异常西风(东风), 中心位于华北区域, 南侧为异常东风(西风), 中心位于中南半岛附近。分别选取纬向风变化比较显著的两个区域A区(95~115 °E, 27.5~32.5 °N)和B区(80~110 °E, 5~20 °N), 定义两个区域纬向风区域平均的差值为纬向风切变指数(UWND_SHEAR_IDX), 该指数变化可以反映东亚对流层高层异常气旋或反气旋环流的强度, UWND_SHEAR_IDX为正表示对流层高层异常反气旋性环流发展, 反之, 则表示异常气旋环流发展。

图 2

图 2 孟湾夏季风爆发早晚年前期1月（a）、2月（b）、3月（c）和4月（d）高层200 hPa纬向风变化的差异 由浅到深的阴影区分别表示通过0.05、0.02、0.01显著性检验的区域。

图 3为1-3月UWND_SHEAR_IDX指数分别与同期1-3月和后期4月低层850 hPa纬向风矢量的相关, 可以看到前期东亚对流层高层的环流异常与同期和后期南亚地区的环流异常有十分密切的联系:高层异常反气旋(气旋)环流有利于低层赤道印度洋异常西风(东风)及其南北两侧异常气旋(反气旋)对的发展, 其中, 同期高层环流异常与低层环流变化的联系比较紧密(图 3a), 对后期4月低层环流的变化也有同样的影响(图 3b)。表明前期东亚对流层高层异常反气旋(气旋)活动有利于后期4月孟加拉湾地区低层异常气旋(反气旋)环流的产生, 而低层异常气旋(反气旋)环流的变化可以为孟湾风暴的发生发展提供非常有利(不利)的环境条件。值得注意的是前期高层的环流异常对低层赤道印度洋异常西风(东风)及其南北两侧对称发展的气旋(反气旋)对的影响更加显著, 相应使得孟湾区域异常气旋或反气旋环流更加明显(图 3b)。

图 3

图 3 1958—2016年1—3月UWND_SHEAR_IDX分别与同期1—3月（a）和后期4月（b）低层850 hPa矢量风场的相关 矢量箭头表示通过0.05显著性检验的区域。

南亚高压是亚洲季风系统的重要组成成员, 其季节变化与亚洲季风活动密切联系。冬季, 南亚高压位于西太平洋上空, 随着冬季环流向夏季环流的转换, 南亚高压也逐渐由海洋向西北移动到青藏高原, 也称为青藏高压。一般情况下, 南亚高压在青藏高原建立时间的早晚与亚洲夏季风爆发早晚密切联系, 夏季南亚高压移动到青藏高原后, 受青藏高原非绝热加热作用的影响, 南亚高压从动力性高压转变为热力性高压, 相应在低层形成热低压, 青藏高原上南亚高压低层辐合高层辐散的发展对于孟加拉湾夏季风的爆发有十分重要的作用^[19]。从图 1我们看到在季风偏早年, 前期1月到同期4月东亚对流层上层一直持续维持异常反气旋环流, 该异常反气旋环流中心逐渐向西移动, 1月中心位于110 °E, 4月西移到100 °E, 异常反气旋的持续维持和西移相应有利于季节转换期间南亚高压西北移动至青藏高原。青藏高压建立时间偏早, 有利于低层孟湾西南夏季风爆发时间偏早和孟湾气旋活动。季风偏晚年东亚对流层高层的环流变化刚好相反, 不利于低层孟湾西南夏季风爆发和孟湾气旋活动。东亚对流层高层环流的异常变化有可能正是通过影响孟湾夏季风活动, 进而为孟加拉湾风暴的生成提供了有利或不利的环境场条件。

综上所述, 孟湾夏季风爆发早晚年前期的高低层环流差异显著。季风爆发偏早年, 对流层低层850 hPa, 从前期1月印度尼西亚群岛附近出现异常西风, 其北侧在菲律宾和南海附近多低值系统活动, 南侧在澳大利亚北部有异常气旋; 2-3月印度尼西亚异常西风逐渐向西扩展至赤道印度洋, 其南北两侧的低值系统发展为相互对称的气旋对也逐渐西移; 4月异常西风进一步向西扩展, 相应两侧的异常气旋对也相应向西移到孟湾区域和南印度洋东部苏门答腊到以西附近的海域。在对流层高层200 hPa, 东亚地区稳定维持异常反气旋环流对低层孟湾区域异常气旋的发展十分有利。季风爆发偏晚年, 以上前兆环流信号特征刚好相反。

图 4分别为4个孟湾区域初夏4月和5月发生的典型风暴个例的低层850 hPa矢量风场, 可以看出孟湾风暴发生期间孟湾区域表现为明显的气旋性环流异常, 同时与异常气旋的变化相应, 在赤道东印度洋为明显的异常西风, 其中, 1994年4月23日-5月3日(图 4b)和2006年4月24-29日(图 4d)两次孟湾风暴活动期间, 赤道东印度洋地区异常西风显著, 相应在赤道异常西风两侧同时出现了两个相互对称的异常气旋对。典型个例所表现的孟湾风暴发生期间的环流变化与孟湾夏季风爆发前期的环流异常非常一致, 进一步表明了孟湾夏季风爆发偏早年前期的环流变化确实有利于孟湾风暴的发展, 同样也可以作为孟湾风暴爆发的前兆信号。孟湾夏季风爆发偏晚时, 前期高低层环流相反的变化不利于孟湾风暴的发生发展。

图 4

图 4 初夏发生的几个孟湾风暴典型个例期间850 hPa矢量距平风场 单位：m/s。a.1991年4月22—30日；b.1994年4月26日—5月3日；c.2003年4月11日—5月19日；d.2006年4月24—29日。

热带海洋温度的变化是影响大气活动最重要的外强迫因子^[28-30], 同时, 由于海洋热容量较大, 对大气可以产生显著的滞后效应。从上节分析我们看到在孟湾夏季风爆发前期孟湾区域的环流变化呈现出明显不同的特征, 季风爆发偏早年, 孟湾地区为异常气旋性环流, 相反, 爆发偏晚年为异常反气旋环流活动, 这种环流差异特征在4月表现得相当明显。另外, 从低层环流差异场的变化我们看到, 季风爆发偏早年4月孟湾异常气旋性环流的发展与前期赤道西太平洋附近异常西风的加强和向西扩展, 及其两侧异常气旋对的发展西移相联系, 这些系统位于热带海洋, 海洋温度的异常变化对它们发展演变的影响值得进一步深入研究。

众所周知, 孟湾风暴活动主要表现为孟湾地区的强气旋性环流活动, 当气旋性环流活跃时, 相应在涡度场上就会表现为正涡度, 气流辐合, 反之, 则表现为负涡度, 气流辐散。鉴于孟湾地区相对涡度变化与环流异常的密切联系, 这里我们选取孟湾区域(80~100 °E, 5~25 °N) 700 hPa相对涡度区域平均(记为BOB-hcurl, 下同)的变化来研究热带海温变化对孟湾区域环流变化的影响。为了分析影响孟湾区域环流变化的前期信号特征, 图 5为4月BOB-hcurl分别与前期1-3月和同期4月海表温度的相关, 可以看到4月孟湾地区相对涡度变化与前期和同期西北太平洋以及赤道中东太平洋地区海温的持续异常密切联系, 表明前期赤道太平洋附近海温的冷暖异常对后期孟湾区域相对涡度变化有十分显著的影响。由于相对涡度变化与环流异常密切联系, 相关场的分布即表明:前期赤道西北太平洋暖海温和赤道中东太平洋冷海温变化有利于后期4月孟湾区域正涡度和气旋性环流的发展, 与之相反的海温变化则有利于后期4月孟湾区域负涡度发展, 不利于孟湾风暴的形成。那么, 前期海洋温度的变化是通过什么样的途径影响孟湾地区的环流异常呢?

图 5

图 5 1958—2016年4月孟湾区域（80~100 °E，5~25 °N）700 hPa相对涡度分别与1月（a）、2月（b）、3月（c）和4月（d）海温场的相关 阴影区为通过0.05显著性检验的区域。

根据图 5中BOB-hcurl与海温的相关分布, 选取相关显著的赤道西北太平洋区域(120~160 °E, 5 °S~20 °N)和赤道中东太平洋区域(190~240 °E, 10 °S~10 °N), 将两个区域平均海温的差值定义为海温指数ISST=SST(120~160 °E, 5 °S~20 °N)- SST(190~240 °E, 10 °S~10 °N), 计算1月ISST指数回归到同期1月及后期2-4月低层850 hPa的矢量风场(图 6)。从赤道西北太平洋偏暖和赤道中东太平洋海温偏冷对应的低层环流异常可以看到, 1月赤道东印度洋为西风异常, 两侧基本对称的两个气旋对分别位于菲律宾和东南印度洋的沃顿海盆附近; 2月赤道印度洋西风异常显著向西扩展, 其两侧对称的气旋对维持, 且位置少变, 除此之外, 在印度半岛南部和南印度洋中部气旋性环流加强; 3月出现另一近似对称的气旋性环流; 3月的流场变化与2月非常类似, 但随着赤道西风的继续西扩, 赤道西印度洋索马里附近出现由南向北的越赤道气流; 4月的环流变化比较明显, 赤道印度洋西风向北抬升明显, 其北界线位于10 °N附近, 索马里越赤道气流加强显著, 最值得注意的之前位于菲律宾和澳大利亚西北部的气旋对西移至孟湾和爪哇岛以西洋面。从1月赤道东西太平洋海温异常对应的同期和后期环流异常, 可以看到赤道太平洋地区前期的海温异常对后期印度洋地区的环流变化有十分明显的影响, 可以造成4月孟湾区域气旋环流加强, 有利于初夏孟湾风暴的生成发展。

图 6

图 6 根据1月海温指数ISST回归的1月(a)、2月(b)、3月(c)和4月(d)850 hPa矢量风场 箭头标注为通过0.05显著性检验的区域。

赤道太平洋地区的海温异常是通过怎样的机理影响印度洋地区的环流异常呢?根据Gill^[31]理论, 当前期热带某一地区出现热源时, 受该热源影响, 在热源西侧会激发出异常西风和东侧激发出异常东风, 其西北侧会激发一个异常气旋。从前期1月海温指数与同期1月和后期2-4月低层环流的变化可以看到, 正是由于赤道西北太平洋的暖海温异常, 激发了菲律宾附近的异常气旋以及赤道印度洋地区的西风异常, 同时随着赤道印度洋地区的异常西风加强, 导致其两侧出现了对称的异常气旋对, 并随着异常西风的向西扩展, 对称的气旋对也逐渐西移, 4月异常西风北侧的异常气旋西移至孟湾地区, 造成孟湾气旋性环流加强, 形成了有利于孟湾风暴生成的环流背景。另外, 在赤道太平洋地区, 常年存在一个低层偏东气流和高层偏西气流的Walker环流圈, 赤道东西太平洋地区西暖东冷的海温差异将加强赤道太平洋地区由西向东的海温梯度, 相应加强了赤道太平洋Walker环流。同时, 由于印度洋地区的反Walker环流与赤道太平洋地区Walker环流齿轮式耦合的作用, 赤道太平洋Walker环流的加强相应也使得赤道印度洋反Walker环流加强, 导致赤道印度洋异常西风加强。图 7分别为赤道太平洋海温异常时相应的赤道印度洋和太平洋垂直环流, 可以看到赤道中东太平洋地区相应有异常强的下沉气流, 赤道太平洋为上升气流, 其中, 4月赤道西太平洋上空的垂直上升气流加强, 赤道印度洋低层的异常西风加强并向西扩展至索马里30 °E附近。环流回归场的变化进一步表明了赤道太平洋海温异常对印度洋地区高低层环流的影响。

图 7

图 7 根据1月赤道太平洋海温指数ISST回归的同期1月（a）和后期4月（b）沿5 °S~5 °N平均垂直环流剖面 由浅到深的阴影区分别表示通过0.05、0.02、0.01显著性检验的区域。

孟湾风暴和孟湾夏季风是孟湾地区最主要的两个环流系统, 由于孟湾风暴活动的季节性较强, 主要出现初夏4-6月和秋季10-12月, 而初夏正值孟湾夏季风爆发的关键时段, 大尺度高低层环流由冬季形势转为夏季形势。那么, 在初夏孟湾夏季风爆发和孟湾风暴活动的这一关键季节, 两个系统之间究竟有怎样的联系?影响两个系统异常活动的前期关键影响因子和环流特征究竟有哪些?本文针对以上两个问题展开了初步的研究, 得到以下几点结论。

(1) 初夏孟湾区域的风暴生成早晚和活动频数变化与孟湾夏季风爆发早晚存在一定的联系。在孟湾夏季风爆发偏早年份, 孟湾风暴活动频数多且生成时间较早, 一般4月就开始出现, 与之相反, 则风暴活动频数少且生成时间较晚, 5月中下旬才开始出现。

(2) 前期东亚及南亚高低层环流异常与孟湾风暴活动和季风爆发早晚有十分重要的联系。夏季风爆发早年, 低层赤道印度洋异常西风的发展加强, 以及异常西风两侧对称异常气旋对随异常西风加强, 并逐渐从西太平洋西移至东印度洋, 其北侧的异常气旋性环流4月刚好位于孟湾区域, 为孟湾风暴的发生发展提供了极为有利的环流背景; 高层东亚上空从前期1-4月持续稳定的异常反气旋环流与低层孟加拉湾气旋性环流和赤道印度洋异常西风的加强有十分重要的联系。夏季风爆发晚年, 与之相反的环流变化则不利于孟湾风暴的发生发展。

(3) 前期赤道太平洋海温异常是影响后期南亚地区环流变化的重要因子。前期1月赤道西太平洋偏暖和中东太平洋偏冷的海温异常对于后期赤道印度洋西风异常及其两侧对称异常气旋对的发展和西移有十分重要的影响, 其中4月赤道异常西风北侧向西移动至孟湾的异常气旋环流为孟湾风暴的发生发展提供了十分有利的环境条件。而赤道太平洋地区相反的海温异常却不利于孟湾风暴的发生发展。

孟湾风暴是中小尺度强对流天气系统, 其影响引发的强降水天气可以造成极端严重的洪涝灾害, 对人民生命财产造成极大危害。从本文的分析来看, 虽然孟湾风暴属于小尺度的天气系统, 强度强, 活动周期短, 但其发生发展与前期大尺度环流背景场的变化和海洋外强迫因子的变化有一定联系, 前期大尺度环流变化以及海温热源因子对大气的强迫影响在孟湾地区形成的气旋性环流为孟湾风暴的发生发展提供了非常有利的环境条件, 因此, 从长期气候变化的角度而言, 我们可以根据前期环流和海洋温度的变化特征, 定性预测孟湾风暴出现早晚及其频数。但我们也注意到, 虽然孟湾夏季风爆发前期的大气环境场可以为孟湾风暴的发生提供极为有利的环流背景, 但并不是孟湾夏季风爆发偏早的年份一定对应孟湾风暴生成时间偏早且频数偏多, 短期的动力和热力等环境因素变化对孟湾低压的发展加强成为风暴还具有十分重要的影响。Hatsuzuka等^[32]近年的工作从南亚季风季节内振荡对孟湾低压生成发展的影响进行了研究, 根据其结果, 开展对季风季节内振荡的监测有助于孟湾风暴发生发展的预报, 同时, 通过数值模拟研究来理解孟湾风暴形成的物理过程也是一个非常有效的途径。因此, 进一步开展热带季节内振荡对孟湾风暴的影响是非常必要的。

另外, 由于孟湾风暴尺度小, 影响其活动的因子极其复杂, 同时由于高低纬度的环流变化是相互联系和相互影响的, 除了低纬度环流变化的影响, 中高纬度地区环流的影响也是十分重要的。Choi等^[33]最近研究了夏季北大西洋涛动(NAO)和西北太平洋热带气旋生成频数的关系, 发现前期6月NAO的变化与后期7月和8月副热带西北太平洋地区的热带气旋有明显的正相关, 并进一步研究了相互联系的可能机制。从本文分析可以看到当孟湾夏季风爆发偏早和风暴活动早频数偏多年时, 前期持续稳定在东亚上空的异常反气旋与低层孟湾区域气旋性环流的发展有关, 这一结果表明, 中高纬度环流变化与孟湾区域气旋性环流的发展是相互联系的, 那么, 东亚区域对流层高层持续稳定异常反气旋或气旋环流发展和维持的机制是什么等问题还不清楚。因此, 对于孟湾风暴的发生发展而言, 高低纬度环流变化的相互作用的物理过程和机制还值得我们进一步研究。