春末夏初南亞高壓的形成過程及其與ENSO事件的聯(lián)系

何金海1, 2 劉伯奇1, 2 吳國雄2

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春末夏初南亞高壓的形成過程及其與ENSO事件的聯(lián)系

何金海劉伯奇吳國雄

1南京信息工程大學氣象災害教育部重點實驗室，南京210044;2中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室（LASG），北京100029

利用ERA-Interim再分析資料，分析了春末夏初南亞高壓建立過程的氣候特征和可能機制，并討論了ENSO事件冷、暖位相對南亞高壓建立過程年際變化的影響。結果表明，第24候，氣候平均的南亞高壓形成于中南半島東南部的對流層高層，這與菲律賓群島南部和中南半島局地對流的加強有關。一方面，菲律賓群島南部對流加強能夠在其北部產生負渦度源，在高空熱帶東風急流的作用下，其下游的南海地區(qū)出現(xiàn)負渦度，相應地出現(xiàn)閉合的高空反氣旋，南亞高壓初步形成。另一方面，中南半島局地對流令南亞高壓中心加強發(fā)展，并使其最終位于中南半島上空。春末夏初菲律賓群島附近對流的經向擺動決定了南亞高壓的形成位置，而中南半島局地對流的強度則控制著南亞高壓的加強北抬。由于菲律賓南部和中南半島的局地對流都受ENSO事件影響，因此在ENSO事件的冷、暖位相下，南亞高壓的形態(tài)和位置在其建立過程中差異明顯。在暖事件發(fā)生后，熱帶對流在加里曼丹島以東發(fā)展，南亞高壓形成于蘇門答臘群島北部至泰國灣上空，此時中南半島對流偏弱，限制了南亞高壓的北抬發(fā)展；而在冷事件發(fā)生后，熱帶對流在菲律賓群島中部加強，同時南亞高壓形成于中南半島中部上空，隨后中南半島對流迅速加強，令南亞高壓明顯西伸北抬。因此，ENSO事件的冷、暖位相對春末夏初南亞高壓的形成位置有顯著影響。

南亞高壓的形成 菲律賓群島 中南半島 對流加熱 ENSO

1 引言

南亞高壓是夏季亞洲季風區(qū)對流層高層最顯著的環(huán)流系統(tǒng)，其季節(jié)演變和形態(tài)變異對亞洲夏季風的爆發(fā)和推進過程有著重要影響。Mason and Anderson（1958）最早根據(jù)1957年國際地球物理年資料，較詳細地分析了南亞高壓的活動，指出除極渦外，南亞高壓是北半球夏季100 hPa上最強大、最穩(wěn)定的環(huán)流系統(tǒng)，并揭示了其行星尺度的影響范圍和長期離開高原東西方向移動的現(xiàn)象。在此基礎上Flohn（1960）提出南亞高壓的形成是青藏高原熱力作用的結果。事實上，南亞高壓是北半球夏季形成、活動于對流層上部—平流層底部的帶狀高壓，位于熱帶和中緯度西風帶之間，主體隨高度的增加向北傾斜，單體很明顯，但是不同層次其溫壓場的配置并不相同：100～70 hPa南亞高壓位于高緯暖區(qū)和低緯冷區(qū)之間的過渡帶上，高壓單體南方有比較冷的中心；200～300 hPa南亞高壓中心恰好與該層次溫度場的暖中心相對應（朱?？档龋?980；張鴻才等，2004）。

北半球夏季南亞高壓的活動與對流層中、低層西太平洋副熱帶高壓的演變聯(lián)系緊密。陶詩言和陳隆勛（1957）利用高空探空資料，指出由春到夏西藏高壓（即下文所指的南亞高壓）在青藏高原上空的建立過程與亞洲上空高空急流的“跳躍”轉變有關。之后，陶詩言和朱?？担?964）通過個例分析首次提出，夏季西藏高壓“似乎有繞著夏季平均位置作往返的振動趨勢，當反氣旋的位置發(fā)生一次振動，100毫巴流型便出現(xiàn)一次大調整，這時西太平洋的副高也相應地出現(xiàn)一次進或退的過程”。這種振蕩的周期一般為10～20天（準雙周），而夏季南亞高壓與西太平洋副熱帶高壓的活動則表現(xiàn)為“相向而行”和“相背而斥”的關系。發(fā)現(xiàn)夏季南亞高壓具有明顯的緯向“準雙周”振蕩現(xiàn)象，是陶詩言先生對南亞高壓研究的重要貢獻之一；而夏季南亞高壓和西太副高的位置關系則為我國的短期天氣預報提供了重要理論依據(jù)。隨即，陶詩言等（1965a，1965b）用氣候態(tài)資料進一步證實了上述結論，并強調了高空環(huán)流系統(tǒng)對低空環(huán)流系統(tǒng)演變的重要影響。近期的研究表明，青藏高原的動力和熱力強迫作用是造成夏季南亞高壓“準雙周”振蕩的主要原因（Zhang et al., 2002; Liu et al., 2007）。Tao and Chen（1987）明確指出，南亞高壓是位于對流層上部的亞洲夏季風系統(tǒng)主要成員，之后許多學者圍繞南亞高壓的活動特征及其與亞洲夏季風的聯(lián)系開展了大量研究，推動了季風研究的深入開展。

事實上，從冬到夏南亞高壓的位置和強度存在明顯的季節(jié)變化。3月份以前，高空反氣旋中心位于海洋上，4月份南亞高壓在中南半島上空建立（He et al., 2006；劉伯奇等，2009；Liu et al., 2012），5～6月南亞高壓自中南半島北部登上高原，大多為1個中心，7～8月則有兩個中心（朱?？档?，1980；孫國武，1984），分別在高原西部和我國東部停留或北上。羅四維等（1982）指出南亞高壓120°E脊線大致有四次明顯北跳，第一次是在5月16日，第二次是在6月5日到10日跨過25°N，長江流域進入梅雨期，第三次是在6、7月之交，脊線由28°N推進到31°N，第四次是在7月10日到15日脊線再次北跳到33°N。其中，5月南亞高壓移到中南半島北部上空，主要受海陸熱力差異影響，6月南亞高壓移到高原上空，主要受青藏高原熱力作用影響（孫國武和宋正山，1987）。章基嘉等（1988）則指出南亞高壓環(huán)流季節(jié)變化具有全球性質，對東亞大氣環(huán)流季節(jié)變化和亞洲南部夏季風爆發(fā)以及我國東部地區(qū)旱澇分布具有指示意義，并且認為西風帶準定常波和副熱帶瞬變波的相互作用是南亞高壓建立的一種動力機制。Qian et al.（2002）指出南亞高壓在季節(jié)循環(huán)中具有“趨熱性”特征。而劉蕓蕓和丁一匯（2008）以及丁一匯等（2013）認為，印度夏季風爆發(fā)后兩周左右，高層南亞高壓控制了整個亞洲地區(qū)，副熱帶西風急流北跳，其與低空急流的耦合，觸發(fā)了長江流域梅雨的發(fā)生。

同時，南亞高壓的活動特征還具有明顯的年際變化。1970年代末，陳咸吉等（1980）指出南亞高壓面積和脊線位置存在準3年振蕩現(xiàn)象，并且認為南亞高壓的這種周期變化與海氣之間的反饋作用有關。1990年代中后期，利用長時間的序列資料對南亞高壓年際演變特征進行客觀診斷分析成為熱點。張瓊等（2000）分析了南壓高壓年際變化的異常特征，指出南亞高壓的異常具有空間的整體性和持續(xù)性，其明顯的年際變化特征與熱帶海溫異常密切相關：夏季南亞高壓強度與全球海溫異常（sea surface temperature anomaly，SSTA）的同期相關顯著，青藏高壓模態(tài)對應的全球SSTA分布類似于El Ni?o型SSTA分布，而伊朗高壓模態(tài)對應的SSTA分布則類似于La Ni?a型分布。同時，ENSO事件對夏季南亞高壓在對流層和平流層的結構也有一定影響，一般而言，在El Ni?o事件發(fā)生后南亞高壓較弱，而在La Ni?a事件發(fā)生后南亞高壓偏強（彭麗霞等，2009；李崇銀等，2011）。也有學者從印度洋和太平洋的綜合模態(tài)來研究海溫異常對夏季南亞高壓的影響，如李崇銀和穆明權（2001）、楊輝和李崇銀（2005）研究了該綜合模態(tài)對南亞高壓的影響：當綜合模為正位相時，南亞高壓偏弱、位置偏南偏東；綜合模為負位相時，南亞高壓偏強、位置偏北偏西，并提出了影響南亞高壓強度的三種機制。譚晶等（2005）則指出南亞高壓東伸脊點具有2～4年的年際變化，它與西太平洋的副高的活動也存在“相向而行”和“相背而斥”的關系。

上述研究結果表明，南亞高壓的中心位置和強度具有明顯的季節(jié)變化，而這種季節(jié)演變也表現(xiàn)出明顯的年際變化特征。最近，我們的研究表明，孟加拉灣夏季風爆發(fā)前南亞高壓的形成與春末夏初菲律賓群島南部對流的加深發(fā)展關系密切，同時中南半島局地對流的加強有利于南亞高壓在亞洲夏季風爆發(fā)前西伸發(fā)展（Liu et al., 2013）。另一方面，隨著熱帶對流沿“亞澳大陸橋”北移至中南半島，中南半島對流加強，有利于南亞高壓的西伸發(fā)展（He et al., 2006；Liu et al., 2012）。值得注意的是，菲律賓群島南部的對流和中南半島局地對流強度都與ENSO事件的冷、暖位相有關（Ju and Slingo，1995；Lim and Kim，2007）。可見，南亞高壓的建立過程與ENSO事件的關系十分密切。那么，（1）春末夏初菲律賓南部對流和中南半島對流如何共同影響南亞高壓的形成發(fā)展過程？（2）ENSO事件的冷、暖位相如何通過調控上述兩個地區(qū)的局地對流，進而影響由春到夏南亞高壓的季節(jié)演變的年際變化？這正是本文關注的兩個科學問題。

2 資料和方法

本文使用的資料是ECMWF的ERA-Interim再分析資料（1979～2010年），水平分辨率為1.5°×1.5°，垂直方向為37層等壓面，變量包括三維風場、高度場和溫度場。為了保證資料的一致性，地面降水資料也取自ERA-Interim資料集（Dee et al., 2011）。

本文根據(jù)NOAA CPC的ONI指數(shù)，定義了ENSO事件發(fā)生的年份（http://www.cpc.ncep.noaa. gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ONI_change.shtml [2013-12-24]）。該指數(shù)的定義方法如下：選取Ni?o3.4區(qū)（5°N～5°S，120°～170°W）平均海溫異常（SSTA）做3月滑動平均，若連續(xù)5個月SSTA超過0.5°C（－0.5°C），則認為當年發(fā)生了El Ni?o（La Ni?a）事件，對應ENSO事件的暖（冷）位相。據(jù)此定義可得El Ni?o年為1982、1986、1987、1991、1994、1997、2002、2004、2006、2009年共計10年，而La Ni?a年為1983、1984、1988、1995、1998、1999、2000、2005、2007年共計9年?？紤]到海溫異常具有很好的記憶性，前冬的ENSO信號可以維持到次年春季，因此取ENSO事件對應次年4～5月的環(huán)流和非絕熱加熱場進行合成分析，能夠反映ENSO事件對南亞高壓形成過程的影響和作用。

大氣環(huán)流與非絕熱加熱的關系可以用全型垂直渦度方程（Wu and Liu，1998）描述：

（2）

表示由大氣溫度和非絕熱加熱水平梯度的相關性造成的外部強迫。其中，和分別代表靜力穩(wěn)定度和非絕熱加熱源；表示水平梯度，其余項的含義和氣象常用定義一致。此處是利用Yanai et al.（1973）的倒算法計算得到的，其公式為

其中、c和分別為氣溫、干空氣定壓比熱和干空氣氣體常數(shù)。在熱帶對流內，由潛熱釋放造成的大氣加熱常常能產生暖中心，以及沿加熱區(qū)邊緣的向內水平溫度梯度。在加熱區(qū)北面，這種梯度和環(huán)境場的經向溫度梯度都與水平加熱梯度呈正相關。因此，在加熱區(qū)的北沿可以形成一負渦度源（Liu et al., 2001）。在這種情況下，方程（1）可寫成

(4)

下文將用方程（4）和（5）分析春末夏初亞洲南部非絕熱加熱演變與南亞高壓生成發(fā)展的聯(lián)系。

3 南亞高壓的形成過程及其可能機制

劉伯奇等（2009）和秦育婧等（2013）利用150 hPa流場的逐候演變來表征4～5月南亞高壓的建立過程。他們的結果表明，南亞高壓首先形成于中南半島附近，而這一過程與對流沿“亞澳大陸橋”北移至中南半島的演變特征關系密切。事實上，200 hPa流場也可以反映南亞高壓的形成過程（圖1）。

3.1 形成過程

就氣候平均而言，在第23候之前（圖1a和 1b），亞洲南部至赤道之間的對流層高層被連續(xù)帶狀反氣旋控制，反氣旋中心位于西太平洋上空，該反氣旋可西伸至阿拉伯海南部，同時反氣旋脊線位于10°N以南，整個環(huán)流形勢維持冬季型特征。第24候（圖1c），高空環(huán)流發(fā)生了顯著變化：一個閉合反氣旋出現(xiàn)在中南半島南部上空，與之對應的是高空高壓中心的形成和高壓脊線的逐漸北抬。該高空反氣旋及其相伴隨的高壓中心就是南亞高壓，這一過程就是我們關注的南亞高壓形成過程。此過程的最顯著特征是在南海西部—菲律賓群島的對流層高層出現(xiàn)偏北氣流，將南亞高壓從先前的連續(xù)帶狀反氣旋系統(tǒng)中獨立出來。南亞高壓形成后（圖1d），迅速加強北抬，表現(xiàn)為高壓中心明顯加強，同時高壓脊線向北移動至12.5°N附近。

圖1 氣候平均（1979～2010）200hPa流場和位勢高度場（陰影，單位：gpm）的逐候演變：（a）第22候；（b）第23候；（c）第24候；（d）第25候

傳統(tǒng)觀點認為，由春至夏，南亞高壓從西太平洋上空“快速西移”到中南半島附近。但是，冬半年中心位于西太平洋上空的高空反氣旋與南亞高壓的性質具有本質不同。在中南半島南部的南亞高壓中心形成前，高空反氣旋中心位于西太平洋上空（圖1a和1b），這時西太平洋的對流層低層也被明顯的反氣旋式環(huán)流控制（圖2a和2b），因此這時的高、低環(huán)流系統(tǒng)屬于相當正壓結構，表現(xiàn)為沿反氣旋主體的流函數(shù)緯向偏差隨高度明顯向西傾斜（圖3a和3b）。而在南亞高壓形成于中南半島南部后（圖1c和1d），對流層低層為明顯的輻合運動，因此南亞高壓表現(xiàn)為明顯的斜壓結構，在流函數(shù)場上呈現(xiàn)出高、低空反位相的特征（圖3c和3d）?？梢姡蟻喐邏盒纬汕拔挥谖魈窖笊峡盏母呖辗礆庑龑儆趧恿π铜h(huán)流系統(tǒng)，表現(xiàn)為明顯的相當正壓結 構，而形成于中南半島南部的南亞高壓則是熱力型環(huán)流系統(tǒng)，表現(xiàn)為明顯的斜壓結構，這與劉宣飛等基于NCEP/NCAR再分析資料所得的結果一致（劉宣飛等，1999）。因此，春末夏初南亞高壓出現(xiàn)在中南半島上空的現(xiàn)象不能視為高空反氣旋的“快速西移”，而是南亞高壓生成發(fā)展，并最終從原先的高空反氣旋中獨立出來的過程。Liu et al.（2013）基于合成分析的結果指出，孟加拉灣夏季風爆發(fā)前南亞高壓的形成和西伸分別與菲律賓群島南部對流的加強以及中南半島局地對流的發(fā)展有關。那么，上述對流系統(tǒng)又是如何影響南亞高壓中心的形成過程？下文將針對這一問題展開討論。

圖2 925hPa流場的逐候演變特征。黑色陰影表示地形，（a）至（d）依次為第22候至第25候

圖3 流函數(shù)緯向偏差沿5°～15°N平均的氣壓—經度剖面（單位： 106 m2s–1）?；疑幱氨硎敬笥?×106 m2s–1的區(qū)域，（a）至（d）依次為第22候至第25候，黑色陰影表示地形

3.2 可能機制

環(huán)流變化與降水特征密不可分，圖4是4月底至5月初亞洲南部降水的逐候演變。在南亞高壓形成前（圖4a），熱帶降水大值區(qū)大都集中在5°N以南的近赤道地區(qū)，而10°N以北的中南半島北部地區(qū)、青藏高原南坡和我國華南地區(qū)也存在降水中心。在南亞高壓形成前后的第23和24候（圖4b和4c），菲律賓群島南部和中南半島北部地區(qū)降水明顯增加。這種降水的增大與低空環(huán)流的演變（圖2）有關。在南亞高壓形成之前（圖2a和2b），一方面由于太陽直射點在北半球近赤道地區(qū)，相應地西太平洋上空的副熱帶反氣旋位置偏南，菲律賓群島南部的偏東氣流較弱；另一方面春末夏初亞洲南部的低空環(huán)流也明顯地受青藏高原熱力和動力作用影響。在青藏高原的強迫作用下，印度半島盛行低空西北風，而中南半島盛行低空西南風，將孟加拉灣的水汽向中南半島上空輸送。

圖4 南亞高壓形成前后地面降水場（mm d–1）的演變。灰色陰影表示降水大于8mm d–1的區(qū)域，（a）至（d）依次為第22候至第25候

而在南亞高壓形成的第24候（圖2c），低空環(huán)流發(fā)生了明顯變化。一方面，隨著太陽直射點逐漸向北移動，西太平洋副熱帶反氣旋也緩慢北抬，其南側的低空東風氣流到達菲律賓群島南部，表現(xiàn)為第23至第24候期間，菲律賓群島南部的低層東風加強（圖5a和5b）。在局地地形的影響下，東風氣流在迎風坡抬升，水汽凝結，令菲律賓群島東南部降水明顯增多（圖4c）。另一方面，中南半島的局地偏南氣流將水汽向北輸送，在南風觸及半島北部的地形后，氣流抬升使局地降水加強。加強了的降水有利于低空南風的發(fā)展，促使熱帶對流沿著“亞澳大陸橋”向北推進，進一步加強了中南半島的局地降水。值得注意的是，第24候孟加拉灣東北部尚未出現(xiàn)降水大值區(qū)，孟加拉灣夏季風還未爆發(fā)，說明中南半島局地對流的加強超前于孟加拉灣夏季風的爆發(fā)。下面將分別討論菲律賓群島南部和中南半島局地降水增大對南亞高壓形成過程的貢獻。

圖5 南亞高壓形成前后緯向風變化（第24候減去第23候，單位： m s–1）（a）沿1.5°～7.5°N平均的氣壓—經度剖面和（b）沿120°～130°E平均的氣壓—緯度剖面?；疑幱氨硎緰|風變化大于－0.5m s–1的區(qū)域，黑色陰影表示地形

首先，菲律賓群島南部降水增強，相應地局地非絕熱加熱作用加強（圖6c）。在非絕熱加熱區(qū)以北，與非絕熱加熱水平非均勻分布有關的渦度源是主要強迫源，根據(jù)方程（4），非絕熱加熱區(qū)以北出現(xiàn)了負渦度源（圖6d）。在對流層上部熱帶東風氣流的作用下（圖1c），負渦度向南海輸送，令南海上空出現(xiàn)反氣旋式環(huán)流，南亞高壓初步形成。這時，南亞高壓東側的偏北風向負渦度源區(qū)輸送正行星渦度，有利于大氣環(huán)流響應向定常態(tài)發(fā)展。上述偏北風將南亞高壓從原先的高空反氣旋帶中獨立出來，形成了新的閉合反氣旋中心。整個南亞高壓的形成過程類似于大氣環(huán)流相對于非絕熱加熱的Gill型（Gill，1980）響應，但是與傳統(tǒng)Gill型響應的最大區(qū)別是高空渦度平流和非絕熱加熱的水平非均勻分布起著重要作用。同時，中南半島局地對流發(fā)展，加強了當?shù)氐姆墙^熱加熱作用（圖6a）。這時南亞高壓位于非絕熱加熱區(qū)上方，而在非絕熱加熱區(qū)內，非絕熱加熱的垂直變化是主要強迫項，根據(jù)方程（5），中南半島局地的對流層中上部出現(xiàn)明顯的負渦度源（圖6b）?？紤]到高壓脊線附近的相對渦度平流作用很弱，因此中南半島的高層負渦度源強迫能夠令局地負相對渦度增大，使得南亞高壓快速加強發(fā)展，一方面高壓東側的正行星渦度平流加強，并逐漸與負渦度增長相抵消，有利于大氣環(huán)流響應向定常態(tài)發(fā)展；另一方面在高壓西側存在負行星渦度平流，促使南亞高壓向西伸展。當大氣環(huán)流響應達到定常態(tài)后，非絕熱加熱區(qū)的高空為反氣旋式環(huán)流，低空為氣旋式環(huán)流，因此在非絕熱加熱中心東側產生垂直北風切變，導致中南半島東側南海地區(qū)的上升運動，有利于南海季風對流的建立和發(fā)展，南亞高壓隨之東伸發(fā)展。這時高壓東側的偏北氣流加大，在西太平洋上空造成明顯的正行星渦度平流，使原先位于西太平洋上空的高空反氣旋減弱，從而令南亞高壓成為亞洲南部對流層高層最顯著最強大的環(huán)流系統(tǒng)（Liu et al., 2012）。

圖6（a）南亞高壓形成前后（第24候減去第23候）中南半島附近（沿100°～110°E平均）非絕熱加熱Q1變化（K d–1）及（b）其垂直差異產生的渦源強迫Qz變化（10–11 s–2）的氣壓—緯度剖面。（c）南亞高壓形成前后（第24候減去第23候）菲律賓群島附近（沿125°～130°E平均）非絕熱加熱Q1變化（K d–1）及（d）其水平差異產生的渦源強迫S變化（10–11 s–2）的氣壓—緯度剖面。（a、c）中的灰色陰影是Q1變化大于0.4 K d–1的區(qū)域，（b、d）中的灰色陰影分別表示Qz和S變化大于0.5×10?11 s?2的區(qū)域。黑色陰影表示地形

綜上所述，春末夏初南亞高壓形成過程的主要特征是閉合的高空反氣旋首先出現(xiàn)在南海西部至中南半島南部地區(qū)，隨后逐漸加強并西伸北抬，5月初時南亞高壓位于緬甸仰光上空。南亞高壓是熱力型環(huán)流，高、低層環(huán)流系統(tǒng)反位相，表現(xiàn)出明顯的斜壓性。而南亞高壓的形成與4月底菲律賓南部和中南半島局地的對流發(fā)展關系密切。其中菲律賓南部的對流激發(fā)了南亞高壓，而中南半島局地對流的加強則使得南亞高壓西伸發(fā)展，并逐漸北抬。可見，上述兩個地區(qū)對流釋放的凝結潛熱決定了南亞高壓的形成過程。事實上，這兩個地區(qū)的對流強度與ENSO事件聯(lián)系緊密。那么，ENSO事件的冷、暖位相是否能夠通過影響上述兩個地區(qū)的對流強度，進而調控南亞高壓的生成過程？

4 ENSO事件對南亞高壓建立過程的影響

由于海溫具有很好的記憶性，因此前冬的ENSO信號可以維持到次年春季。圖7是ENSO 冷、暖位相下次年4月SST及大尺度環(huán)流的合成差值場。雖然此時ENSO事件處于衰減階段，但是SST和大尺度環(huán)流仍表現(xiàn)出很明顯的異常信號。在暖事件（El Ni?o事件）發(fā)生后的次年4月，暖海溫異常極大值區(qū)位于赤道中東太平洋，通過“大氣橋”（吳國雄和孟文，1998；Klein et al., 1999；孟文和吳國雄，2000；Alexander et al., 2002），它可以影響到印度洋暖池區(qū)的海溫異常，使得熱帶東印度洋也出現(xiàn)明顯的暖海溫異常（圖7a）。同時，西南印度洋也存在暖SST異常，這與ENSO事件引起的海洋動力Rossby波傳播過程有關（Xie et al., 2002）。而此時的冷SST異常則出現(xiàn)在南、北太平洋和西太平洋-—菲律賓海附近。其中南、北太平洋的冷SST異常與局地經圈環(huán)流異常有關，而西太平洋-—菲律賓海的冷SST異常則與Walker環(huán)流異常和局地海氣相互作用的反饋作用聯(lián)系密切（Wang et al., 2000）。與SST異常相聯(lián)系的大氣環(huán)流特征在ENSO事件冷、暖位相下也存在明顯差異（圖7b）。在El Ni?o次年4月，Walker環(huán)流異常上升支位于赤道東太平洋，而異常下沉支則位于西太平洋--—菲律賓海附近，抑制了該地區(qū)熱帶對流的發(fā)展，不利于ITCZ的季節(jié)性北移。在La Ni?a次年4月，上述SST和Walker環(huán)流異常反位相。考慮到ENSO事件造成的異常信號能夠維持較長時間，而南亞高壓的形成過程屬于天氣尺度活動，因此，ENSO事件引起的SST和環(huán)流異常能夠改變背景場，進而影響南亞高壓的形成過程。

圖7 ENSO冷、暖位相下4月（a）海表溫度（間隔0.5°C）、（b）200hPa輻散風（矢量，m s–1）和速度勢垂直切變（等值線，200hPa－850hPa，間隔1×106 m2s–1）的差值分布特征（El Ni?o–La Ni?a，陰影表示通過95%顯著性檢驗的區(qū)域）

4.1 高、低空大氣環(huán)流差異

圖8反映了ENSO冷、暖位相下南亞高壓形成過程的差異。第23候（圖8a和8d），無論El Ni?o還是La Ni?a背景下，中南半島南部的對流層高層均不存在南亞高壓，說明此時環(huán)流仍維持冬季型，但是在亞洲南部地區(qū)，El Ni?o（La Ni?a）背景下高空反氣旋脊線位置偏南（北）。至第24候，高空環(huán)流的變化在ENSO冷、暖位相下的差異很明顯：在El Ni?o背景下，南海南部至菲律賓群島南部的對流層高層受西風氣流控制，高空南亞高壓形成于蘇門答臘群島上空，這時北風大值區(qū)位于南海南部至加里曼丹島北部上空（圖8b）。隨后南亞高壓停留在中南半島以南的泰國灣上空，并未明顯向北移動（圖8c）；而在La Ni?a背景下，第24候10°N附近的南海至菲律賓群島一帶的對流層高層為明顯的東風氣流，同時南?！坡少e群島上空的北風明顯加強，原先位于海洋上空的反氣旋環(huán)流快速減弱，令南亞高壓成為對流層高層最明顯最強大的環(huán)流系統(tǒng)（圖8e），此后南亞高壓明顯西伸發(fā)展并向北推進，中心位于中南半島中部上空（圖8f）。對比ENSO冷、暖位相下南亞高壓的形成過程可知，在El Ni?o事件的影響下，南亞高壓形成于蘇門答臘群島北部至泰國灣上空，較氣候態(tài)的形成位置偏南偏西，且其生成后西伸北抬的趨勢很弱；而在La Ni?a事件發(fā)生后，南亞高壓形成于中南半島中部上空，較氣候態(tài)的形成位置明顯偏北，且其緯向跨度明顯偏大，表現(xiàn)為南海-—菲律賓上空的偏北氣流十分強盛。

圖8 ENSO冷、暖位相（a–c: El Ni?o; d–f: La Ni?a）第23～25候200hPa流場的演變特征（粗虛線為高壓脊線）：（a，d）第23候；（b，e）第24候；（c，f）第25候

由于高、低空環(huán)流聯(lián)系緊密，而且低空環(huán)流與對流活動的關系十分密切，因此需要進一步分析ENSO冷、暖位相下南亞高壓形成期間低空流場演變特征的差異（圖9）。在菲律賓群島附近，El Ni?o事件令亞洲南部地區(qū)的暖SST異常中心位于孟加拉灣南部，而冷SST異常中心則位于菲律賓海-—西北太平洋地區(qū)（圖7a）。這種SST異常的緯向梯度加強了10°N附近的對流層低層東風氣流（圖9a–c）。而在La Ni?a背景下，由于SST異常的緯向梯度相反，造成了10°N附近的低空東風氣流偏弱（圖9d–f）。另一方面，El Ni?o信號造成的Walker環(huán)流異常下沉支位于菲律賓群島南部（圖7b），相應地西太平洋上空應出現(xiàn)異常低層西風，不利于局地東風氣流的加強。反之，La Ni?a信號導致的Walker環(huán)流異常上升支能夠引起西太平洋地區(qū)的異常低空東風，進而增強該地區(qū)的東風氣流。因此，ENSO事件造成的Walker環(huán)流異常和孟加拉灣至西太平洋的SST異常的緯向梯度所導致的菲律賓群島附近低層東風異常相反。由圖9可知，菲律賓群島附近的低層東風在El Ni?o事件發(fā)生后異常加強，而在La Ni?a事件發(fā)生后異常減弱，說明菲律賓群島附近的低空緯向風異常主要受控于孟加拉灣至西太平洋SST異常的緯向梯度。而在孟加拉灣北部地區(qū)，低空反氣旋在El Ni?o次年4月底能夠存在較長時間。這是因為上述的偏強東風能夠提供正壓穩(wěn)定的環(huán)流條件，有助于低空反氣旋的維持，而該低空反氣旋減弱了中南半島上空的低層南風。從SST異常的角度看，這時顯著的暖SST異常中心出現(xiàn)在孟加拉灣南部，能夠產生異常局地經圈環(huán)流，其下沉支位于孟加拉灣北部和中南半島，一方面維持了海洋上的低空反氣旋，另一方面也進一步減弱了半島上空的偏南氣流。而在La Ni?a背景下，上述低空環(huán)流的演變特征正好相反，即10°N附近的低空東風偏弱，而中南半島的低空南風偏強（圖9d–f）。

圖9 ENSO冷、暖位相（a–c: El Ni?o; d–f: La Ni?a）第23～25候925hPa流場的演變特征：（a，d）第23候；（b，e）第24候；（c，f）第25候。粗虛線為高壓脊線；黑色陰影表示地形

4.2 可能原因

氣候平均場的演變特征說明，在南亞高壓形成前后，隨著熱帶東風季節(jié)性北移至菲律賓群島南部，該地區(qū)對流迅速發(fā)展。然而在El Ni?o次年4月底，雖然10°N附近低空東風氣流偏強，但是菲律賓群島南部的對流卻偏弱，這時對流降水在赤道附近的加里曼丹島以東地區(qū)快速發(fā)展（圖10a–c）。而在La Ni?a事件的影響下，雖然SST異常的緯向梯度減弱了菲律賓群島附近的東風氣流，但此時菲律賓群島南部的對流卻明顯偏強（圖10d–f）。這說明雖然熱帶東風的季節(jié)性北移是產生菲律賓南部對流降水的必要條件，但是該地區(qū)對流降水強度的年際變化卻主要受SST緯向梯度異常和大尺度Walker環(huán)流的垂直運動異常影響。一方面，在El Ni?o次年雖然菲律賓群島附近偏東氣流偏強，但是其東側菲律賓海—西太平洋SST偏低，相應低空比濕也較小，從而減弱了低層東風引起的水汽向西輸送，所以該東風異常對菲律賓群島南部對流發(fā)展的貢獻較小。與此同時，加里曼丹島以東海域的SST較高，對應較大的低層比濕，在低層東風到達該處后，對流迅速加強。另一方面，與El Ni?o信號有關的大尺度異常Walker環(huán)流的下沉支位于菲律賓群島南部（圖7b），阻礙了對流在菲律賓南部的加深發(fā)展和熱帶對流的季節(jié)性北上，將降水限制在近赤道地區(qū)。而在La Ni?a事件發(fā)生后，西太平洋SST偏高，低空比濕較大，因此較弱的偏東氣流到達菲律賓群島南部后，仍然可以產生明顯降水；同時大尺度Walker環(huán)流的異常上升支位于菲律賓群島南部，也為該地區(qū)降水的快速增長提供了有利的背景條件。以上分析表明，低空東風是菲律賓群島南部附近對流發(fā)生的觸發(fā)因子，但是該對流的強度則取決于局地SST緯向梯度異常和大尺度Walker環(huán)流的垂直運動異常。

圖10 ENSO冷、暖位相下（a–c: El Ni?o; d–f: La Ni?a）第23～25候菲律賓群島附近（沿125°～130°E）非絕熱加熱Q1（K d–1）的氣壓—經度剖面的演變特征：（a，d）第23候；（b，e）第24候；（c，f）第25候。灰色陰影表示Q1＞2 K d–1的區(qū)域，黑色陰影表示地形

同時，ENSO信號還影響著中南半島的局地對流。在El Ni?o事件發(fā)生后，中南半島低空南風偏弱（圖9a–c），既不利于局地對流的發(fā)展，也阻礙了熱帶對流沿“亞澳大陸橋”向北傳播，導致中南半島局地對流在南亞高壓形成前后明顯偏弱（圖11a–c）。而在La Ni?a事件的影響下，中南半島低空南風偏強，一方面加強了半島北部的對流，另一方面也促使熱帶對流北上，兩者的共同作用令中南半島對流在南亞高壓形成前后明顯偏強（圖11d–f）。

圖11 同圖10，但為沿著中南半島附近（沿100°～110°E）的氣壓—經度剖面

根據(jù)第3節(jié)的分析，高空南亞高壓的形成過程與菲律賓群島南部和中南半島對流的加強有關。因此，ENSO不同位相下南亞高壓形成過程的差別可以歸因于上述兩處對流活動特征的差異。在El Ni?o事件發(fā)生后，菲律賓群島南部對流較弱，而熱帶對流發(fā)展最旺盛的區(qū)域位于加里曼丹島以東的近 赤道地區(qū)（圖10b），考慮到這時高空東風氣流也 位于這一區(qū)域，根據(jù)方程（4），高空北風出現(xiàn)在10°N以南的加里曼丹島上空，相應地南亞高壓出 現(xiàn)在泰國灣上空（圖8b），位置較氣候態(tài)明顯偏 南。此后，由于中南半島局地對流受抑制，同時熱帶對流無法沿“亞澳大陸橋”北上（圖11b–c），令中南半島對流無法迅速加強，從而制約了南亞高壓的北上，高空反氣旋中心維持在蘇門答臘群島北部上空（圖8c）。而在La Ni?a事件之后，菲律賓群島南部對流明顯加強（圖10b），在高空東風氣流的作用下，南亞高壓形成于10°N以北的中南半島南部上空（圖8e）。隨后中南半島附近的低空南風加強，有利于局地對流的發(fā)展和熱帶對流沿“亞澳大陸橋”北上，兩者的共同作用令中南半島對流快速發(fā)展（圖11e–f），根據(jù)方程（5），南亞高壓明顯西伸北抬，并最終位于中南半島中北部上空（圖8f）。

總之，南亞高壓的形成過程在ENSO冷、暖位相下具有明顯差異，造成這種差異的主要原因是菲律賓群島附近和中南半島對流在ENSO冷、暖位相下具有不同的演變特征。然而無論是在El Ni?o還是La Ni?a事件下，第3節(jié)所揭示的南亞高壓形成的動力學機制都是適用的。

5 結論和討論

本文利用ERA-Interim再分析資料，以氣候態(tài)南亞高壓的形成過程為切入點，著眼于這一過程的動力學機制，重點討論了該過程與春末夏初菲律賓群島南部和中南半島的對流發(fā)展的內在聯(lián)系，研究的落腳點是ENSO事件對南亞高壓形成過程的調控作用。主要結論如下：

（1）4月底，南亞高壓形成于中南半島上空，其形成過程的主要特征是閉合高空反氣旋從冬季海洋反氣旋中獨立出來。首先，隨著太陽高度角的季節(jié)性北抬，低空熱帶東風帶隨之向北推進，當這支偏東氣流到達菲律賓群島南部后，在局地地形的強迫作用下，氣流抬升，在迎風坡形成明顯的對流性降水，其釋放的凝結潛熱能夠在加熱區(qū)以北產生高空負渦度源。此時，高空熱帶東風急流能夠將負渦度向南海和中南半島輸送，令其上空出現(xiàn)反氣旋式環(huán)流，從而在南海附近形成明顯的偏北氣流，將南亞高壓從原先的反氣旋系統(tǒng)中獨立出來。同時，隨著中南半島地區(qū)低空南風的增大，一方面加強了半島北部地區(qū)的降水，另一方面令熱帶對流沿著“亞澳大陸橋”向北傳播至中南半島。兩者共同加強了中南半島的局地對流，而對流釋放的凝結潛熱令其上空的反氣旋環(huán)流快速加強，導致南亞高壓西伸發(fā)展，并逐漸北抬。

（2）ENSO事件的冷、暖位相能夠通過調控菲律賓群島附近和中南半島的局地對流強度，進而影響南亞高壓的形成過程。暖事件（El Ni?o事件）發(fā)生后，在孟加拉灣至西太平洋SST異常和大尺度Walker環(huán)流異常的影響下，4月底10°N以南的對流首先在加里曼丹島以東加強，令南亞高壓形成于泰國灣上空，隨后由于中南半島低空南風偏弱，不利于局地對流加深發(fā)展，因此制約了南亞高壓的西伸北抬，使南亞高壓停留在蘇門答臘群島北部上空。而在冷事件（La Ni?a事件）發(fā)生后，4月底菲律賓群島附近對流首先發(fā)展，令南亞高壓形成于10°N以北的中南半島中部，之后中南半島附近偏強的低空南風一方面有利于半島北部對流的迅速加強，另一方面也有利于熱帶對流沿“亞澳大陸橋”北上，兩者的共同作用導致了南亞高壓的明顯西伸，并迅速北抬?？傊?，ENSO事件的冷、暖位相主要影響了南亞高壓形成的經向位置和活動特征，在El Ni?o次年，由于熱帶對流系統(tǒng)性偏南，南亞高壓的形成位置也偏南，同時其北上偏晚；而在La Ni?a次年，明顯偏北的熱帶對流系統(tǒng)令南亞高壓形成于10°N以北地區(qū)，并且迅速北抬。這種ENSO事件對熱帶對流帶經向位置的調控作用與Ju and Slingo（1995）的研究結果一致，但是本文的研究突出了關鍵區(qū)對流活動對南亞高壓形成過程的影響，為進一步認識南亞高壓季節(jié)演變的年際變率提供了新思路。

本文將南亞高壓的形成過程與亞洲南部局地對流的加深發(fā)展相聯(lián)系，指出菲律賓群島南部和中南半島局地對流在該過程中扮演著重要角色。但是，仍需要進一步分析影響菲律賓群島南部對流年際變化的因素。一方面，低層熱帶東風的季節(jié)性北抬觸發(fā)了菲律賓群島南部對流，這與菲律賓群島的地形分布特征有關。另一方面，菲律賓群島周圍的SST和大尺度環(huán)流的垂直運動能夠調控該對流的強度。因此將來需要利用數(shù)值模式定量分析菲律賓群島地形和周邊SST對局地對流強度變化的相對貢獻。此外，南亞高壓形成階段的降水分布（圖4）說明，南亞高壓的形成和西伸超前于孟加拉灣夏季風的爆發(fā)，證明了Liu et al.（2013）基于合成分析的結果也適用于氣候平均態(tài)，即南亞高壓西伸引起的高空輻散抽吸作用，觸發(fā)了低空的孟加拉灣季風爆發(fā)性渦旋，孟加拉灣夏季風隨之爆發(fā)。值得注意的是，在El Ni?o次年4月，一方面，在“大氣橋”的影響下，10°N附近孟加拉灣SST異常偏高（Klein et al., 1999），有利于表面氣旋性渦旋的形成（Wu et al., 2012）；另一方面，這時南亞高壓位于10°N以南的近赤道地區(qū)，相應地高空輻散抽吸也位于赤道附近，因此孟加拉灣地區(qū)的暖SST中心和高空抽吸中心無法有效配合，從而抑制了季風對流的發(fā)展，導致El Ni?o次年孟加拉灣夏季風爆發(fā)偏晚（Mao and Wu，2007）。但是高空抽吸作用和孟加拉灣春季暖池對亞洲夏季風爆發(fā)過程的綜合影響還需要更多工作來驗證。

南亞高壓的準雙周振蕩及其與西太平洋副熱帶高壓的位置關系是陶詩言先生的開創(chuàng)性工作之一，他提出了南亞高壓是亞洲夏季風的高空成 員。這些重要成果為我們進一步研究南亞高壓與亞洲夏季風的爆發(fā)和推進過程提供了堅實的理論基礎。謹以此文紀念和緬懷陶詩言先生。

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Formation of South Asia High from Late Spring to Early Summer and Its Association with ENSO Events

HE Jinhai, LIU Boqi, and WU Guoxiong

1 Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044;2 State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029

The ERA-Interim reanalysis dataset is used to investigate the climatological characteristics of the South Asia High (SAH) formation and related possible mechanisms. In addition, we examine the influence of ENSO events on the interannual variability of SAH formation. The results indicate that the climate-mean SAH is generated in the upper troposphere over the southeastern Indo-China Peninsula on the 24th pentad. The process is attributed to enhanced convection over the southern Philippines and the Indo-China Peninsula in late spring. Convection over the southern Philippines is intensified to produce a negative vorticity source to the north, which is transported to the South China Sea (SCS) by the tropical upper easterly to induce a close anticyclone in the upper troposphere, representing the preliminary generation of SAH. Furthermore, convection over the Indo-China Peninsula facilitates the development of SAH, moving its center to the upper troposphere over the peninsula. The meridional position of convection near the Philippines determines the formation location of SAH, whereas the enhancement and northward migration of SAH is controlled by the strength of convection over the Indo-China Peninsula in late spring and early summer. Therefore, the warm and cold phases of ENSO events could influence the pattern and position of SAH during its formation process via regulation of the convection over the two regions. After the occurrence of warm ENSO events, tropical convection is intensified to the east of Kalimantan, resulting in SAH establishment in the upper troposphere over northern Sumatra and the Gulf of Thailand. Meanwhile, the convection over the Indo-China Peninsula is too weak to support the northward movement of SAH. Conversely, cold ENSO events contribute to reinforced convection over the mid Philippines, stimulating SAH over the central Indo-China Peninsula. Subsequently the rapid flourishing of convection over the Indo-China Peninsula cases SAH to expand westward and shift significantly northward. Thus, the warm and cold phases of ENSO events have significant effects on the formation location of SAH.

SAH (South Asia High) formation, Philippines, Indo-China Peninsula, Condensation heating, ENSO

1006?9895(2014)04?0670?15

P433

A

10.3878/j.issn.1006-9895.1401.13221

2013?07?20，2014?01?22收修定稿

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目2013CB430202，中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）XDA11010402，國家自然科學基金項目41075068、41275088、91337216，長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助項目（PCSIRT）、江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目（PAPD）和中國博士后科學基金資助項目

何金海，男，1941年出生，教授，主要從事季風動力學和海氣相互作用研究。E-mail: hejhnew@nuist.edu.cn

劉伯奇，E-mail: lbq@lasg.iap.ac.cn