南亞高壓位置與中南半島和青藏高原熱源變化的關系
2016-01-18 05:36:14王群周文君張福穎平海波
大氣科學學報 2015年5期
王群,周文君,張福穎,平海波
(1.鹽城市氣象局,江蘇 鹽城 224005;2.南京信息工程大學 大氣科學學院,江蘇 南京 210044)
南亞高壓位置與中南半島和青藏高原熱源變化的關系
王群1,周文君1,張福穎2,平海波1
(1.鹽城市氣象局,江蘇 鹽城 224005;2.南京信息工程大學 大氣科學學院,江蘇 南京 210044)
摘要：利用1948—2011年NCEP/NCAR逐日再分析資料,采用倒算法計算了亞洲地區大氣熱量源匯的值,分析了中南半島和青藏高原地區大氣熱源的候變化特征及南亞高壓的位置與兩個地區熱源變化的關系。結果表明,中南半島地區上空大氣在12候由冷源轉變為熱源。當中南半島地區大氣熱源與東西相鄰地區熱力梯度減小,且孟加拉灣、中南半島和菲律賓群島地區的大氣都為熱源時,南亞高壓中心西移到中南半島上空。當青藏高原大氣熱源進入一年中的極大值區時,南亞高壓中心盤踞在高原上空,當高原上空大氣轉變為冷源時南亞高壓中心退出高原。中南半島地區的大氣熱源對南亞高壓的西移有觸發作用,而南亞高壓中心在青藏高原上空的建立與退出,和高原大氣熱源的強度和大氣環流的突變有關。
關鍵詞：南亞高壓;中南半島;青藏高原;大氣熱源
中圖分類號：
文章編號：1674-7097(2015)05-0716-05P463.2
文獻標志碼：碼：A
doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140309015
Abstract:Based on NCEP/NCAR daily reanalyzed data from 1948 to 2011, the atmospheric heat sources in Asia are computed by the inverted arithmetic. Then the characteristics of pentad changes of heat sources over Indo-China Peninsula and Tibetan Plateau and the relationship between South Asia High’s position and changes of heat sources over above-mentioned zones are analyzed. The results show that it is at pentad 12 when the atmosphere over Indo-China Peninsula shifts from a cold source to a heat one. The centre of the South Asia High moves over the Indo-China Peninsula when the thermal gradient decreases between Indo-China Peninsula and the adjacent areas on its east and west sides and the atmosphere over the Bay of Bengal, Indo-China Peninsula and the Philippine Islands all becomes heat sources. The centre of South Asia High moves over the Tibetan Plateau when the Tibetan Plateau heat source develops into its climax period. And the centre moves out the plateau when the atmosphere over the Tibetan Plateau turns cold. The Indo-China Peninsula heat sources trigger the westward movement of the South High. The entering and exiting of the South High over the Tibetan Plateau are influenced by the heat sources’ strength over the plateau and the changes of circulation.
Relationship between South Asia High’s position and changes of
heat sources over Indo-China Peninsula and Tibetan Plateau
WANG Qun1,ZHOU Wen-jun1,ZHANG Fu-ying2,PING Hai-bo1
(1.Yancheng Meteorological Bureau,Yancheng 224005,China;
2.School of Atmospheric Sciences,NUIST,Nanjing 210044,China)
Key words:South Asia High;Indo-China Peninsula;Tibetan Plateau;heat sources
0引言
南亞高壓是北半球夏季100 hPa層上最強大、最穩定的控制性環流系統(朱乾根等,2000)。許多學者都開展了對南亞高壓的結構特征、季節變化、東西振蕩、年際和年代際變化以及其與東亞夏季風和我國降水的關系等的研究(Zhou et al.,2006;劉梅等,2007;郭準等,2009;張玲和智協飛,2010;李崇銀等,2011;王黎娟和郭帥宏,2012)。
南亞高壓主要是因陸地(包括高原和陸地)的加熱作用比海洋強而形成的,但它的活動規律是復雜的,它不僅受高原及鄰近地區熱源作用的影響,大氣環流系統也強烈地影響南亞高亞的活動(葉篤正和高由禧,1979)。陶詩言和朱福康(1964)通過研究南亞高壓的天氣特征,發現南亞高壓的短期變化呈現為離開青藏高原和返回青藏高原兩種不同的行為,并對應著西太平洋副熱帶高壓的不同變化。朱乾根等(2000)研究得到,南亞高壓為暖高壓,在冬季也存在,其中心位于菲律賓東南沿岸附近,在4月以后開始向西北方向轉移,5月移到中南半島,6月跳上高原,7、8月在高原上空最為強盛,9月以后又逐漸轉移到海上。青藏高原的抬升加熱與東亞季風降水的凝結潛熱加熱對對流層上層南亞高壓的形成起了非常重要的作用(葉篤正和高由禧,1979;劉屹岷等,1999;吳國雄等,1999)。朱文妹(1987)指出,南亞高壓常取4類路徑并于6—7月間登上青藏高原。劉伯奇等(2009)研究了南亞高壓在4—5月在中南半島上建立的特征及可能機制。盧楚翰等(2012)研究春季南亞高壓在中南半島上空建立與500 hPa副高在孟加拉灣上空斷裂的關系,同時涉及了青藏高原感熱的作用。目前對南亞高壓的位置的時間變化特征研究較多,但其位置變化的相關影響因素和這些因素的相關特征研究較少,同時針對較長時間序列,南亞高壓位置和大氣熱源的相關研究還是較少。本文選取較長的時間序列(1948—2011年)資料,主要研究亞洲區域的中南半島和青藏高原這兩個地區上空大氣熱源的多年平均候變化特征,并探討上述兩個地區熱源的變化與南亞高壓西進和東退的關系。
1資料和方法
1.1 資料
利用NCEP/NCAR的1948—2011年64 a的逐日再分析溫度場、風場和氣壓場等資料,計算了各層(共12層)大氣熱源Q1和大氣整層積分的
青藏高原區域選取的是海拔為2 000 m以上的地區。
1.2 大氣熱源的計算方法
大氣中的視熱源Q1可由大尺度的觀測資料通過參考Yanai et al.(1973)、He et al.(1987)、陳玉英等(2008)的研究方案利用下面的方程求得:
(1)
(2)
其中:θ為位溫;V為水平風矢量;ω為p坐標系中的垂直速度;k=R/cp,R和cp分別是氣體常數和干空氣的等壓比熱;p0=1 000 hPa;ps為地面氣壓,pt指大氣層頂(設pt=100 hPa)。
為了檢查計算的Q1的合理性,與其他學者的研究進行比較,結果表明:Q1與陳隆勛和李維亮(1982)、Yanai et al.(1992)所得到的Q1空間分布對應較好,Q1的數值大小與Luo and Yanai(1984)、He et al.(1987)的計算結果比較接近。因此,這里所計算的Q1可用于氣候研究。
2中南半島和青藏高原地區大氣熱源的氣候變化特征
由10～20°N緯度帶的大氣熱源進行平均得到的熱源候氣候態變化(圖1a)可以看出,中南半島地區(100°E)附近大氣熱量源匯在12候(即2月底3月初)開始由負值轉為正值,但其與同緯度帶周圍大氣相比已為大氣熱源,同時與同緯度帶東西相鄰地區的熱力梯度較大,到了22候(4月中旬)以后,孟加拉灣和菲律賓地區大氣也轉為熱源。到了30候以后(即進入夏季)10～20°N緯度帶的大氣熱源中心出現在孟加拉灣,同時可得中南半島地區大氣熱源也達到一年中的極大值。從48候(9月)開始孟加拉灣、中南半島和菲律賓的大氣熱源都開始減弱,大致在63候(11月中旬),孟加拉灣、中南半島和菲律賓地區的大氣都同時轉變為冷源。
圖1 10～20°N(a)、27.5～40°N(b)范圍內大氣熱源64 a平均的時間—經度剖面Fig.1 The time-longitude cross-section of 64-year mean
由圖1b仔細分析可得,高原西部地區(65～75°E)在6候(2月初)開始大氣熱量源匯由負值轉為正值,高原中部地區(80～90°E)在12候(2月底3月初)開始大氣熱量源匯由負值轉為正值,高原東部地區(90～105°E)在14候前后(3月中旬前)開始大氣熱量源匯由負值轉為正值。總體上,從12候(即2月底3月初)以后開始青藏高原上空大氣主體由冷源轉變為熱源。同時高原西部、中部和東部大氣熱源的變化規律不同,西部表現為從16—21候其上空大氣熱源進入一年中的極大值。高原中部與東部上空大氣熱源變化時間相同,但量值上東部比中部大的多,這樣將高原中部和東部稱為高原主體,可得在30—48候(即夏季)青藏高原主體上空大氣熱源進入到極大值區,同時48候(8月底)起,高原西部上空大氣熱量源匯已轉為負值,即為冷源,等到了54候(9月底)高原絕大部分地區大氣熱量源匯已轉為負值。48—54候,青藏高原上空大氣表現為高原西部為冷源,高原主體(中部和東部)為熱源,高原上空冷熱源共存的特征。
3南亞高壓在中南半島和青藏高原上空的位置與兩者大氣熱源變化的氣候特征
圖2為100 hPa等壓面上流線候氣候態,由此圖可了解南亞高壓的位置變化情況,由18候的流線分布(圖略)分析可得南亞高壓的中心還位于菲律賓群島以東的洋面上,從19候(圖2a)開始,南亞高壓有兩個中心,主體仍在菲律賓群島以東的洋面上,次中心已西移到菲律賓和中南半島上空,對照10～20°N范圍內大氣熱源的候經度分布(圖1a)分析可得,從3月開始中南半島大氣已有能量的凈收入,經過一個多月的熱量積累,到了4月(19候)南亞高壓部分中心已移到中南半島上空,等到孟加拉灣、中南半島和菲律賓上空的大氣都轉變為熱源(即同緯度帶中中南半島附近熱力梯度變小),時間大致為22候(圖2b)以后,南亞高壓中心主體已全部西移到中南半島上空,以上分析可得孟加拉灣、中南半島和菲律賓群島地區的大氣熱源的變化對南亞高壓的西進有觸發作用,當上述三個地區間的熱力梯度變小且大氣都為熱源時南亞高壓中心位置將會西移到中南半島上空。
圖2 64 a平均的第19(a)、22(b)、31(c)、55(d)候100 hPa的流線分布Fig.2 The 64-year climatic mean pentand streamline field at 100 hPa a.Pentand 19;b.Pentand 22;c.Pentand 31;d.Pentand 55
從流線候平均圖(圖略)分析可得從22—26候南亞高壓中心位于中南半島上空,26—30候,南亞高壓中心由中南半島向內陸西北方向移動,對照27.5～40°E范圍內大氣熱源的候經度分布(圖1b),此時青藏高原上空大氣主體處于次極大值區,即將進入一年中極大值區,31候(圖2c)起(進入6月)南亞高壓開始在青藏高原上空建立起來,同時青藏高原上空大氣熱源進入一年中的極大值區,這些對應著6月初大氣環流的突變(葉篤正等,1958)。從上面分析可得南亞高壓在青藏高原上空的建立不僅與高原加熱場的時間積累有關還與大氣環流背景場的變化有關。同時分析發現31—48候青藏高原主體大氣熱源值處于極大值區同時南亞高壓位于高原上空附近,青藏高原大氣熱源從49候開始減弱,到了54候高原部分地區大氣已為冷源,而流場圖上南亞高壓也開始南下退出高原地帶,55候(10月初)(圖2d)開始南亞高壓退出高原地帶對應著10月大氣環流開始突變,以上分析表明夏季青藏高原上空大氣為熱源,同時處于一年中的極大值區內,這對于南亞高壓在夏季位于高原上空有對應關系,表明當高原上空大氣為強熱源時對南亞高壓位于高原上空有維持作用。
4結論
1)中南半島地區大氣在12候(即2月底3月初)開始由冷源轉變為熱源。
2)當中南半島與同緯度帶東西相鄰地區大氣熱源梯度的減小(22候),且孟加拉灣、中南半島和菲律賓群島地區的大氣都為熱源,南亞高壓中心西進到中南半島上空。
3)當青藏高原大氣熱源進入一年中的極大值區時,南亞高壓中心開始在高原上空建立并穩定維持(31候),當高原上空大氣變為冷源時南亞高壓中心移動出高原上空(55候)。
4)中南半島地區的大氣熱源對南亞高壓的西移有觸發作用,而南亞高壓在青藏高原上空的建立與退出,和高原大氣熱源的強度和大氣環流的突變有關,間接表明夏季青藏高原大氣熱源強時對于南亞高壓在高原上空有維持作用。
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(責任編輯：劉菲)
