南亞高壓多年平均變化特征

黃 蕾, 毛文書,2, 高楷祥, 雷天行

(1.成都信息工程學院大氣科學學院,四川成都610225;2.成都信息工程學院高原大氣與環境四川省重點實驗室,四川成都610225)

0 引言

南亞高壓,也有人稱“青藏高壓”或“亞非季風高壓”。是夏季對流層上部全球最強大、最穩定和范圍最大的高壓。南亞高壓在100hPa高度附近最明顯,其強度和位置都有明顯季節變化,所以100hPa等壓面上的南亞高壓是個大氣活動中心。越來越多的觀測事實說明,南亞高壓不論在環流形勢上,而且在天氣分析和預報等研究工作中都應該作為主要研究對象之一。

近50年來,中國許多氣象研究工作者研究了南亞高壓的活動及其影響。Mason等[1]根據國際地球物理年的資料,最早較詳細地分析了南亞高壓的活動,指出它是北半球100hPa等壓面上最強大和最穩定的反氣旋環流系統。1964年陶詩言等[2]聯系中國天氣實際,分析了夏季亞洲南部100hPa流型的變化及其與西太平洋副熱帶高壓在大陸上的進退關系,提出了南亞高壓東西振蕩的概念。1980年朱福康等[3]初步探討了南亞高壓南北位移季節性變化。指出南亞高壓從冬到夏位置和強度存在明顯的南北位移季節變化。1982年羅四維等[4]根據100hPa上南亞高壓的位置和形狀,把南亞高壓分為東部型(南亞高壓中心位置在100°E以東)、西部型(100°E以西)和帶狀型,這一概念被廣泛應用于天氣學分析和天氣預報實際工作中。張瓊等[5]對南亞高壓的年際變化及年代際變化特征進行了診斷分析研究,發現南亞高壓面積和強度的變化存在明顯的3.8年的振蕩周期。譚晶等[6]研究了南亞高壓位置東西方向移動的年際變化特征及其可能的影響因子,發現它不僅存在10年以上的長周期變化,還存在2～4年的短周期變化,而且南亞高壓與500hPa西太平洋副高存在“相向而行”和“相背而去”的關系。由于南亞高壓的穩定性和可預測性,對南亞高壓的研究對中國夏季降水,旱澇等天氣氣候變化及氣候異常有著重要的預測預報價值,有利于掌握南亞高壓東西移動的一般規律,并通過對南亞高壓的活動變化來預測中國旱澇等異常天氣,為中長期天氣預報提供新的預報思路。分析研究成果在各級氣象臺站日常天氣氣候業務預報中得到推廣應用,有助于減少異常災害性天氣對人們的影響,減少經濟損失。

1 資料與方法

采用1960年1月～2010年12月美國NCEP/NCAR逐日及月平均高度場再分析資料,水平分辨率為2.5°×2.5°經緯網格。

參照文獻[3]的做法,1660dagpm定為南亞高壓的邊界線,1670dagpm等值線東脊點的經度用來表示南亞高壓東伸的位置,30°W向東至170°W 范圍內的西風零線的平均緯度記作整個高壓的平均脊線。選取西風零線上位勢高度最大處為主要高壓中心,用經、緯度表示高壓中心的位置。

2 南亞高壓形勢場變化特征

2.1 南亞高壓移動的季節性變化特征

圖1(a)為冬季(12月～翌年2月)平均的100hPa高度場,1660dagpm定為南亞高壓的邊界線。從圖中可以看出,1660dagpm等值線仍處于西太平洋,南亞高壓不明顯。圖1(b)為春季(3～5月)平均100hPa高度場,可以看出南亞高壓的邊界線已北跳上亞洲大陸,但仍未形成高壓中心。圖1(c)為夏季(6～8月)平均,南亞高壓中心北抬至30°N附近,南亞高壓控制著幾乎3/4的亞歐大陸,從非洲西岸(20°W)附近東伸至西太平洋(175°E附近),成為100hPa上最強大、最穩定的環流系統。圖1(d)為秋季(9～11月)平均的100hPa高度場,此時南亞高壓強度及控制范圍已明顯減小,中心位置也東退至120°E附近。

圖1 1960～2010年共51年多年各季節平均的100hPa高度場

2.2 南亞高壓移動的夏半年逐月變化特征

利用1960年1月～2010年12月美國NCEP/NCAR月平均再分析高度場資料,得到南亞高壓多年逐月平均的100hPa高度場(圖2a～e)。

從圖2(a)可看到,4月南亞高壓的邊界線(1 660dagpm)已北跳上亞洲大陸,位于15°N附近。圖2(b)中,5月南亞高壓已形成高壓中心位于中國西南部(15°N～20°N,80°E～120°E附近),南亞高壓強度逐漸增強。7月(圖2c)南亞高壓中心北抬至30°N附近,南亞高壓控制區域以及中心強度均達到全年最強。9月(圖2d)100hPa高度場,南亞高壓逐漸西退,強度也逐漸減弱。南亞高壓中心已退至中國西部(80°E、25°N附近),所控制的區域也伴隨著夏半年的結束逐漸減小。圖2(e)中,10月南亞高壓中心已東移入海,南亞高壓邊界線退至東部(25°N附近)。

由圖2可見,南亞高壓位置及強度的季節變化是非常明顯的。4月隨著夏半年的開始,南亞高壓北跳上亞歐大陸(15°N附近),高壓中心強度逐漸增強。而到6月南亞高壓強度及控制范圍明顯增強并在7～8月逐漸東伸,在北半球夏季(6～8月)南亞高壓控制著幾乎3/4的亞歐大陸,從非洲西岸(20°W)附近東伸至西太平洋(175°E附近),中心強度也達到最強,成為100hPa上最強大、最穩定的環流系統。從9月開始的后半年南亞高壓則逐步東移南撤,到11月離開亞洲大陸。

圖2 1960～2010年多年平均典型月份100hPa高度場

2.3 南亞高壓移動夏半年的逐旬變化特征

再將每月逐旬細化,得到1960～2010年共51年多年逐旬平均100hPa高度場。從每月逐旬細化圖可以發現7月上旬(圖3a)和8月上旬(圖3b)南亞高壓有兩個高壓中心,分別位于青藏高原西部和中國西部。而在南亞高壓閉合中心明顯的其他月份(如5、6、9月)則南亞高壓的多年平均態為一個閉合中心且大多穩定在青藏高原上空。

圖3 1960～2010年共51年多年平均7月上旬及8月上旬100hPa高度場

2.4 南亞高壓移動的逐侯變化特征

將每月逐侯細化,得到1960～2010年共51年多年逐侯平均100hPa高度場。可以更進一步以較小時間尺度確定南亞高壓初次北跳上亞歐大陸的時間為3月第5侯(圖4a);初次形成閉合中心且位于中南半島(15°N、100°E附近)的時間為5月第1侯(圖4b);南亞高壓初次上青藏高原(74°E～104°E,25°N～40°N)的平均時間是6月1候(圖4c);而退出亞洲大陸的時間為11月第2侯(圖4d)。

圖4 1960～2010年共51年多年逐侯平均100hPa高度

3 南亞高壓夏半年中心位置變化特征

南亞高壓中心位置的強度和地理位置存在著明顯的季節變化,下面討論南亞高壓中心位置的一些活動規律。

3.1 南亞高壓東西位置的季節性變化

從1960～2010年共51年逐月平均的100hPa高度場上確定南亞高壓中心各月平均位置圖(圖5)。圖中可見,南亞高壓的中心位置一般在青藏高原上空,但其強度和位置都存在明顯的季節變化:4～7月100hPa南亞高壓中心強度逐漸增強,從1660dagpm到7月最強1684dagpm;而且高壓中心位置也逐漸由東南方向向西西北方向移動。7～8月南亞高壓中心移至青藏高原和伊朗高原上空(35°N、60°E附近)。8月后南亞高壓中心位置逐漸東退南撤,中心強度也逐漸減小,10月中心位置東退入海。

圖5 南亞高壓中心各月平均位置圖

3.2 南亞高壓中心經緯度隨時間變化規律分析

南亞高壓中心位置的經緯度也隨時間也存在著明顯的變化。下面討論南亞高壓中心位置經緯度的變化規律。

利用1960～2010年共51年逐侯平均的100hPa高度場等值線圖,得到51年多年逐侯平均的南亞高壓中心位置經緯度隨時間變化分析圖如圖6所示。從5月第1侯剛好形成南亞高壓閉合中心開始,到9月第5侯南亞高壓閉合中心消失共29個南亞高壓中心位置數;如若有兩個閉合高壓中心,則取較大一個作為南亞高壓的中心。

圖6 南亞高壓中心位置經緯度隨時間變化分析圖

圖6(a)為1960～2010年共51年多年逐侯平均的南亞高壓中心位置經度隨時間變化圖,由圖可知5～7月前,南亞高壓中心位置在不斷的東西振蕩中逐漸西伸,6月前,南亞高壓中心位置偏東,在75°E～100°E附近東西擺動。6月后南亞高壓的中心位置西伸至60°E附近并在7月后在不斷的東西振蕩中逐漸東退至70°E附近。

圖6(b)則為南亞高壓中心位置緯度隨時間變化圖,由圖可知5～7月是南亞高壓中心位置逐漸北跳的過程,從5月初的17°N附近到6月底的32°N,7月前南亞高壓中心位置基本上位于30°N以南,并且南北擺動幅度不明顯。從7月初開始其中心位置一般位于30°N以北,同時南北擺動幅度逐漸增大。7月下旬南亞高壓中心位置北跳最為明顯,可北跳至37°N附近。8月后南亞高壓中心位置逐漸南退。

綜合多年逐侯平均的南亞高壓中心位置經度隨時間變化圖和緯度變化圖可以發現,在南亞高壓中心位置的多年平均變化態中東西進退要明顯于南北跳動。

3.3 南亞高壓東伸脊點東西位移變化特征

南亞高壓的演變主要是其位置的移動及面積和強度的變化,現在討論南亞高壓主體位置的東西位移及其東側向東擴展的程度。

為較定量的分析、研究南亞高壓的振蕩周期變化,用100hPa高度場上南亞高壓1670dagpm等值線東脊點的經度來表示南亞高壓的東伸位置,計算了1960～2010年共51年逐侯平均的100hPa高度場上南亞高壓1670dagpm等值線東脊點的經度(以下簡稱為東伸脊點),得到圖7。

圖7是1960～2010年共51年逐侯平均的100hPa高度場南亞高壓東伸脊點的經度隨時間變化分析圖。從5月第5侯南亞高壓首次出現1670dagpm等值線的閉合曲線開始到9月第5侯1670dagpm等值線的閉合曲線消失共25個東脊點經度數。將這25個東脊點按時間序列畫點線圖可以看到從5月下旬到9月中旬,南亞高壓東伸西退形勢十分明顯:從5月下旬到8月中旬南亞高壓東伸脊點逐漸從110°E附近東伸至165°E附近;而從8月下旬到9月中旬南亞高壓東伸脊點逐漸從165°E附近西退至100°E附近。

圖7 南亞高壓東脊點經度東西位置變化曲線

由圖7可以看出,從7月第2侯到8月第6侯,南亞高壓東伸脊點經度的東西振蕩比較明顯。從7月第2侯到8月第1侯,南亞高壓呈逐漸東伸并伴隨有振幅較小的東西振蕩。而從8月第1侯到8月第6侯,南亞高壓東伸脊點經度持續穩定在155°E至165°E附近,而且東西振蕩的振幅明顯較大。再對照豎坐標對應的時間序列可以分析得到南亞高壓東西振蕩的周期基本上為10d左右。

4 結論

利用1960年1月～2010年12月美國NCEP/NCAR再分析逐日高度場資料及月平均再分析高度場資料分析了南亞高壓主體位置的東西位移、中心位置經緯度隨時間的變化以及其東側向東擴展的程度,得到以下結論:

(1)3月第5侯南亞高壓初次北跳上亞歐大陸并逐漸北抬,5月第1侯南亞高壓初次形成閉合高壓中心且隨著時間的推移高壓中心強度逐漸增強。7、8月南亞高壓從非洲西岸(20°W)附近東伸至西太平洋(175°E附近),成為100hPa上最強大、最穩定的環流系統。9月后南亞高壓則逐步東移南撤,到11月第2侯離開亞洲大陸。

(2)7月上旬和8月上旬南亞高壓有兩個高壓中心,分別位于青藏高原西部和中國西部。而在南亞高壓閉合中心明顯的其他月份多為一個閉合中心且大多穩定在青藏高原上空。

(3)從7月第1侯到8月第6侯,南亞高壓東西振蕩周期及強度明顯,這個振蕩周期基本上為10d左右。

(4)南亞高壓的中心位置一般在青藏高原上空,但其強度和位置都存在明顯的季節變化:從1-7-次年1月,南亞高壓中心強度由弱-最強-弱;而南亞高壓的中心位置變化是1～7月逐步西伸北上,7、8月南亞高壓中心移至青藏高原和伊朗高原上空(35°N、60°E附近),8月后則逐步東退南撤。

(5)在南亞高壓中心位置的多年平均變化態中,東西振蕩要明顯于南北跳動。6月前,南亞高壓中心位置偏東,在75°E至100°E附近東西擺動。6月后南亞高壓的中心位置西伸至60°E附近并在7月后在不斷的東西振蕩中逐漸東退至70°E附近。7月前南亞高壓中心位置的緯度基本上位于30°N以南,并且南北擺動幅度不明顯。從7月初開始其中心位置一般位于30°N以北,同時南北擺動幅度逐漸增大。

文中僅對南亞高壓多年平均態進行了一些統計分析,而南亞高壓東西位置的變化還存在著明顯的年際間差距以及年代際變化,每年東伸西退時間、持續時間、東西振蕩劇烈程度均不相同,這就造成了與南亞高壓相應的中期天氣過程的復雜性。所以南亞高壓在長、中、短期天氣預測與預報中的具體應用還有待進一步去分析和探索。

致謝:感謝成都信息工程學院高原大氣與環境四川省重點實驗室開放基金項(PAKL-2010-C1)對本文的資助

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