东亚西风急流(EAWJ)是东亚上空重要的环流系统，它对中国东部夏季降水异常的显著作用得到了广泛的关注。但这些研究多存在以下方面有待进一步研究：已有研究普遍用水汽输送、高低空辐散辐合、锋生作用、槽脊系统等因子的异常来解释EAWJ异常对中国东部夏季降水异常的作用机理，但未能很好地解释EAWJ异常产生这些因子异常的物理过程，并且这些因子的异常会受到降水异常的反作用，存在因果关系不明的问题。为了解决这类科学问题，本人最近4年来开展如下系列研究。 

1.大气瞬变扰动的增强可以通过降水的非负效应来增多降水

现有关于东亚降水变化机理的研究，常用瞬变涡旋来解释降水异常。瞬变涡旋对水汽等物理量的涡旋输送是主要解释方式，但涡旋输送实际并不独立于平均场，总是表现为对平均场异常的削弱作用，因此研究得到的涡旋活动对降水异常的影响正负决定于平均场异常的正负。本研究发现，由于不存在负值降水，月-季度尺度上的涡旋活动增强实际上较为一致地增多月-季度总降水量（图1），并且这种作用独立于背景场异常。该正作用不仅存在于中国东部和夏季，而且适用于全球中高纬度陆地地区和一年四个季节。

图1 大气瞬变涡旋强度（w'²)和季节平均降水的偏相关（移除季节平均w的作用）

该结果有助于从全新视角认识降水变化及其和ENSO、全球增暖等外强迫之间的关联机理。例如最近40年全球大气增暖呈现出明显的水平非均匀特征：低纬度和高纬度增暖速度快，而中纬度表现为增暖停滞（图2a）。这种差异性导致了副热带地区大气斜压性（经向温度梯度）增强，而副极地地区斜压性减弱。这样的变化增强了副热带地区的瞬变涡旋活动（图2b），进而使得这一带降水总体增多（图2c），而副极地地区瞬变涡旋活动减弱，降水也总体上呈现出了减少的趋势。

图2 最近40年对流层温度、大气瞬变涡旋强度（w'²)和降水的变化趋势

详情请参见：

Wang S., Zuo H., Yin Y., Hu C., Yin J., Ma X., Wang J.: Interpreting rainfall anomalies using rainfall's non-negative nature. Geophysical Research Letters, 2018,46(1): 426-434.

2.急流异常对江淮流域夏季降水作用机理

大量研究发现，EAWJ位置和强度变化可以引起江淮流域降水异常，但现有的基于水汽输送、锋生锋消等异常的机制没有很好解释EAWJ异常如何产生这些因子的异常，因此很难解释降水异常为啥出现在江淮流域这个特定区域、而且存在环流-降水的因果关系难分的问题。

（1）EAWJ位置：以研究1为基础，本研究发现，急流南移使得江淮流域上空西风增强，进而在江淮流域上空形成暖平流距平。增强的西风还可以通过斜压不稳定的增强导致江淮流域瞬变涡旋活动增多（图3）。由于EAWJ轴的倾斜，暖平流距平位置较瞬变涡旋正距平位置靠南，降水正距平中心位置正好处在二者异常中心线之间。急流北移，反之亦然。

图3 急流位置异常影响江淮流域夏季降水异常的物理过程。空心箭头：高空急流。紫色箭头：急流移动方向。波浪线：瞬变涡旋增大区域。蓝色实心箭头：西风风速增大。红色阴影：暖平流异常区域。紫色阴影：降水增多区域。红色实线：高原上空的暖空气边界。

（2）EAWJ强度：初夏EAWJ增强直接将高原上空暖空气平流到江淮流域形成暖平流。盛夏气候平均EAWJ整体向北移动了半个准静止经向Rossby波波长，EAWJ增强通过PJ遥相关波列减弱江淮上空西风，进而形成冷平流距平（图4）。初夏（盛夏）江淮上空的暖（冷）平流通过激发绝热上升（下沉）以及触发对流正反馈增强非绝热加热（冷却），引起江淮降水增多（减少）。急流减弱则反之亦然。

图4 急流强度异常影响江淮流域夏季降水异常的物理过程。空心箭头：EAWJ增强。蓝色实心箭头：水平风异常。红色阴影：暖平流异常区域。蓝色阴影：冷平流距平。紫色/黄色阴影：降水增多/减少。红色实线：高原上空的暖空气边界。C/N：气旋/反气旋异常。左图为初夏，右图为盛夏。

EAWJ异常相联系的环流异常是准正压的，而且在对流层中层十分明显，这些都是大尺度动力外强迫的特征。该准正压环流异常导致了降水异常，因此本物理解释更多地是反映了大尺度环流对降水异常的强迫作用，而不是降水潜热加热对环流的反作用。

该结果有助于从机理上理解为什么EAWJ异常倾向于在江淮流域上空产生明显的降水异常。如果能够通过冬春季SST、陆面热通量异常等外强迫诊断、预测夏季江淮流域上空环流异常，本研究结果将有助于提升降水异常落点的气候诊断和预测。

详情请见：

Wang S. and Zuo H.: Effect of the East Asian Westerly Jet’s Intensity on Summer Rainfall in the Yangtze River Valley and Its Mechanism. Journal of Climate, 2016, 29(7): 2395-2406.  

Wang S., Zuo H., Zhao S., Zhang J. and Lu S. : How East Asian westerly jet’s meridional position affects the summer rainfall in Yangtze-Huaihe River Valley? Climate Dynamics, 2017: 1-13.  

3.急流对中国东部盛夏降水的非对称作用研究

     通常研究表明盛夏EAWJ异常与华北降水关系较弱。本研究表明，实际上EAWJ异常对盛夏华北降水的作用是高度非对称的：当EAWJ位置比气候平均位置偏北时候，EAWJ纬度和华北降水之间负相关，而EAWJ位于气候平均位置以南时候，则为正相关（图5左）。如果不考虑非对称，将所有年份放一起，净结果相互抵消，因此表现为EAWJ-降水关系较弱。不仅华北，江淮盛夏降水与EAWJ异常关系也是高度非对称的，EAWJ-降水的强相关实际上主要由急流位于气候平均位置以南时候贡献的（图5右）。由于高原的存在，随着EAWJ经向移动，华北经向风和江淮纬向风及相联系的温度平流和水汽输送异常的准正压非对称变化是产生这种非对称关系的重要物理机理（图6）。

图5：EAWJ所在纬度与华北（左图）和江淮（右图）盛夏降水之间的非对称关系。每个图中的两个直线分别代表急流偏北和偏南两类年份的EAWJ纬度-降水线性回归线。

图6 EAWJ位置-中国东部盛夏降水的非对称关系的物理过程概念模型图。图中标识意义见图右侧图例。YRV为江淮地区，NC为华北地区。

非对称研究的科学意义：非对称关联广泛存在于全球气候系统中，EAWJ异常对中国东部降水的非对称作用有助于认识SSTA等外强迫与东亚降水之间的非对称关联的可能机理。

详细请见：Wang S., Zuo H., Yin. Y., Wang J., Ma X.: Asymmetric impact of East Asian jet’s variation on midsummer rainfall in North China and Yangtze River Valley. Climate Dynamics, 2019.