西太平洋副热带高压与中国天气的关系

西太平洋副热带高压与中国天气的关系西太平洋副高对我国天气的影响十分重要，夏半年更为突出，这种影响一方面表现在西太平洋副高本身；另方面还表现在西太平洋副高与其周围天气系统间的相互作用。在西太平洋高压控制下的地区，有强烈的下沉逆温，使低层水汽难以成云致雨，造成晴空万里的稳定天气，时间长久了可能出现大范围干旱。副高是向我国大陆输送水汽的重要系统。我国降水的水汽来源，虽然主要依靠西南气流从印度洋输送来，而太平洋副高的位置、强度和活动，不仅对西南气流的水汽输送有关，而且还影响着它南侧的东南季风从太平洋向大陆输送来的水汽。同时，西太平洋副高的北侧是沿副高北上的暖湿空气与中纬度南下的冷空气相交绥的地带，往往形成大范围的阴雨天气，是我国大陆地区的重要降水带。因而我国降水带的南北移动同西太平洋副高的季节活动相一致，通常降雨带位于副高脊线以北约5-8个纬度。每年2-4月，副高脊线稳定在18-20N间时，我国华南地区出现连续低温阴雨天气。6月副高脊线北跳越过20N，稳定在20一25N间，降水带位于长江下游和日本一带，正是梅雨季节开始的时期。由于每年副高的势力强弱不同，北进快慢有别，梅雨期的长短和入梅、出梅的早晚都有很大差异。梅雨可以出现在5-7月间的各个时段。出现在5月的梅雨称为早梅雨出现在6-7月的梅雨称正常梅雨。一般在6月中旬前后入梅，7月上旬出梅，梅雨期平均约20天。造成梅雨期连续降雨过程的天气系统，主要是准静止锋、切变线和西南低涡。这些系统在长江中下游地区的连续出现或缓移、停滞，都能造成大面积的洪涝。到7月份，副高脊线再次北跳，降雨带从长江流域推移到黄淮流域。长江中、下游的梅雨结束，开始被西太平洋副高所控制，天气变得炎热少雨。如果副高强大，控制时间长久，将造成严重干旱现象。从7月底到8月初，高压脊线进一步越过30°N，雨带也北移至华北、东北地带。9月上旬，高压脊线开始向南回跳，雨带也自北南移。上述情况仅仅是西太平洋副高活动对我国天气影响的一般规律。实际上，副高的南、北季节性移动经常出现异常，造成一些地区干旱；另一些地区水涝的反常天气。例如，1956年西太平洋高压脊第一次北跳偏早，第二次北跳偏晚，这一年梅雨很盛，长江中下游流域雨量过多。1954年副高比较久地稳定在20一25N间，长江流域梅雨持续时间达两个月之久，结果造成江淮地区几十年罕见的大水。1958年副高脊线第一次北跳偏晚，第二次北跳偏早，形成了这一年空梅，造成了西太平洋副热带高压与SST的关系2009.9（转载）西太平洋副热带高压与西太平洋和东亚地区的天气变化有着极其密切的联系，它的强度、东西向及南北向位置的异常将直接影响中国东部地区的汛期降水和台风活动，它的位置偏西偏南时，将通过影响水汽输送使我国长江流域降水偏多、华北降水偏少。有关西太平洋副热带高压的形成及其变异历来是一个重要的研究内容，早在20世纪60年代，陶诗言、黄土松等对西太平洋副热带高压和青藏高压的结构、变化机制及对中国天气和气候的影响等若干问题就进行了一系列的研究，为我国天气预报和短期气候预测提供了依据。海温作为副热带高压的重要影响因子之一，与副热带高压的活动有密切关系。以往的研究中对热带东太平洋海温与西太平洋副热带高压(以下简称西太副高或副高)的关系涉及最多。彭加毅等的研究发现，从春季到夏季，海温偏高年副高偏南、偏强、偏西，偏低年副高偏北、偏弱、偏东；应明等间利用SVD分析表明强副高年对应前期E1Nino型海温分布，弱副高年则为LaNino型；蒋国荣等间研究了印度洋海温和西太副热带高压的时空分布及两者的相互影响，发现印度洋西南部海温超前5个月与之显著正相关，阿拉伯海和盂加拉湾则超前1个月与之显著正相关。西太平洋作为西太副高的直接下垫面，它的热力状况应该会对副高产生影响。黄荣辉等分析了热带西太平洋暖池的热状态及上空对流活动对东亚夏季气候异常的影响，认为当暖池增暖时，菲律宾周围的对流活动加强，西太平洋副热带高压的位置偏北；反之，菲律宾周围对流活动减弱，西太副高的位置偏南。以上研究都指出热带太平洋海袁温度的变化影响西太平洋副热带高压的可能性。前人关于海温与副热带高压关系的研究多关注于热带太平洋和印度洋地区的SST，且多为前期或同期SST，关于更广泛地关注各个海区与副高的关系以及两者最佳相关时段的研究较少。为了解决上述问题，本文首先确定了在热带和中纬度与副热带高压具有较高相关性的海区，然后通过超前滞后相关分析得到各海区海表温度与西太副高异常关系最密切的时段。1资料与方法采用美国国家环境预报中心(NationalCenterforEnvironmentalPrediction’NCEP)]的月平均SST和500hPa高度场再分析资料，时间长度均为1948年1月至2005年12月，SST分辨率为20x2o，高度场分辨率为2.50x2.5。。所用到的方法主要有相关分析和回归分析。在相关分析中，将扣除了长期变化趋势的副热带高压指数与全球SST异常做相关分析，然后通过回归分析讨论各关键海区SST异常与副热带高压的统计关系和对大气环流异常的贡献。根据应明等在2000年提出的定义西太平洋副热带高压强度指数的方法，选取120°E一180°、10°一40°N范围内500hPa等压面上大于5860位势米的格点位势高度平均值作为西太平洋副高强度指数，当该区域内无大于5860位势米的格点时，则取大于5850位势米的格点位势高度平均值，依此类推。全球SST与西太平洋副热带高压的关系利用前文所定义的副热带高压指数我们可以得到SST与副热带高压的超前滞后相关(如图1所示)从图1可以看到，SST与西太平洋副热带高压指数之间的关系有较好的持续性，两者存在显著正相关的海区主要是热带东太平洋、热带印度洋和南海、大西洋暖池区，两者存在显著负相关的海区主要是西太平洋、北太平洋和南太平洋。这种相关系数空间分布的差异可能是热带太平洋SST异常通过“大气桥”对其他海域影响的结果，也可能是其他海域局地海洋-大气相互作用的结果。尽管南海与热带西太平洋相邻，但是他们的SST与西太平洋副热带高压异常的关系是相反的，这是由于南海的SST在相当大的程度上与季风驱动的南海西边界流的热平流作用有关。为进一步分析各海区与副热带高压在不同时段的超前滞后相关特征，找到它们与副热带高压具有最大相关性的时段，取各关键海区空间平均的SST作为指数分别求它们与西太副高的超前滞后相关。各关键海区的选取如图2。3各关键海区SST异常可能对西太平洋副热带高压的影响图3给出各海区SST异常在不同月份与西太副高的超前滞后的关系，横坐标表示副高月份，纵坐标表示海温月份。可以看出各海区SST异常与副高的相关具有季尺度特征：海温主要与冬、春、夏季的副热带高压存在相关，秋季副热带高压与各个海域SST异常均没有显著相关。赤道东太平洋的海温(图3a)与西太副热带高压在冬季相关最大，表现在初冬SST(10一12月)与次年2月副热带高压的相关最为显著，SST超前副热带高压2—3个月，其次冬季SST与夏季副热带高压(6月和8月)也存在显著相关。这可以提醒我们有可能用冬季赤道东太平洋的海温来预报次年2月或夏季副热带高压的变异。关于赤道东太平洋海区对西太副高可能产生的影响，Wang等提出了中东太平洋通过遥相关影响东亚气候的一种可能机制，指出赤道东太平洋异常增暖时会在西北太平洋菲律宾海域对流层低层强迫出一个异常的反气旋，该异常反气旋与气候平均的东北信风叠加，导致反气旋西侧信风减弱，使蒸发造成的热量损失减少，SST出现正异常；同时在反气旋东侧海区风速加大，使蒸发造成的热量损失加大，导致SST的冷异常，大约位于异常反气旋以东20个经度的位置。该SST冷异常又会使反气旋得到加强，形成正反馈机制.SUi和WU等指出与ENSO事件相联系的赤道中东太平洋SST暖异常，通过增强赤道中东太平洋的对流进而抑制西太平洋和海洋陆地的对流，在3—6年低频时间尺度上对夏季西太副高存在影响。热带印度洋(图3b)与副热带高压的相关也在冬季最明显，与东太平洋相比，相关最大的时段更接近同期，与夏季西太副高相关最大的SST月份是在春季(3一5月)，这可能与热带印度洋被热带太平洋的埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)“充电”后又会影响西北太平洋大气环流有关.E1Nino达到峰值时西北太平洋反气旋产生，下一年春季到夏季热带印度洋海盆一致增暖，Xie等的研究指出，热带印度洋的增暖产生了延伸到西太平洋的开尔文波，导致赤道海平面气压降低，赤道以北产生东北风异常和气流辐散，Ekman辐散抑制了西北太平洋对流，这就在E1Nifio衰退期间维持了西北太平洋反气旋，使其持续到夏季，这可能是冬季东太平洋和春季印度洋均与夏季副高有较好相关的原因。Zhou等的研究指出印度洋增暖通过影响Walker环流变化造成的赤道中太平洋负热源、以及局地凝结潜热通过Sverdrup涡度守恒都会有利于副高的西伸加强。西太平洋与副热带高压的关系与东太平洋和印度洋相比较弱，在2、3月份与副热带高压的同期负相关以及与同年6月份副高的负相关比较显著(图3c)o北太平洋与副热带高压的相关(图3d)最明显的特点是副热带高压超前海温时的相关显著，冬、春、夏季的副热带高压超前海温1个月存在明显负相关，其中以1月副热带高压与2—3月SST的负相关最大，这说明在北太平洋海域可能体现着大气对海洋的影响。Zhou等的数值实验表明，影响副高的SST异常主要来自热带。图3e所示大西洋暖池与西太副高的相关区别于其它海区最明显的特点是大西洋暖池SST与夏季副高的相关性大于与冬季副高的相关，6月同期相关最明显，这可能与大西洋暖池通过影响局地大气环流和热带东北太平洋大气进而影响副热带高压有关。南太平洋也与西太平洋副热带高压存在较高的相关，最明显的是冬末春初的副高与前年秋季和翌年春节的海温都存在较高的负相关。超前或滞后2-3个月相关最大其次春季海温与同年夏季副高也存在负相关。综上，对于大多数海区来说，冬季副高与海温关系最密切，可能的原因是冬季副热带高压位置偏南，副高异常成为热带高度场对热带SST斜压响应的一部分，而对于夏季副热带高压来说海温能够解释的部分较少，这就要寻求其他的解释方案，如不同纬度不同系统的相互作用、潜热加热、青藏高原的作用等，刘屹岷等的研究就指出空间非均匀加热是决定副热带高压位置和强度的关键因素，其机制并非是局地Hadley环流加强，而是f效应和效应使加热区北侧出现附加的负涡度源所致。传统观点认为副热带高压是由Hadley环流的下沉支形成的，Hoskins利用冬季Hadley环流强而副热带高压弱、夏季Hadley环流弱而副热带高压强的事实，首先提出了质疑，吴国雄等指出副热带高压是由于地球自转使大气质量沿u=0线在副热带堆积形成的，不能用Hadley环流的下沉支来解释。总结本文详细讨论了西太平洋副热带高压与各海区海温异常的关系，总结如下。(1)总的说来，冬、春季的西太平洋副热带高压与同期或前期的海温具有很高的相关性，夏季副高与前期或同期海温的相关性相对较弱，秋季的副高无论是与前期同期还是后期海温都没有很好的相关性，可见海温对副高的影响是有季尺度的。(2)热带东太平洋、印度洋、西太平洋与西太副高相关的共同特征是，冬、春季副热带高压与海温的相关要大于夏季。其中，东太平洋是与西太副高相关最显著的海区，初冬的海温超前副高2—3个月达到最大正相关，冬季和初春海温与夏季副高也存在显著正相关。印度洋与副热带高压相关最显著的时段是在冬末春初的同期相关，其次是春季海温与夏季副高的相关。西太平洋与西太副高的相关较弱，主要为冬、春季(1—3月)与副高的同期负相关。(3)北太平洋海区的独特之处是副高超前海洋1个月时达最大负相关，且以冬季最为明显，可能体现了大气对海洋的影响。大西洋暖池区与副热带高压的相关特点是夏季副高与海温的相关略强于冬季，海温与副高在6月份同期达最高正相关。南太平洋从前年秋季到春季的SST与冬季的西太副高存在最大负相关。(4)冬季副热带高压与海温的关系最密切，可能的原因是副热带高压位置偏南，位于低纬度，副高异常成为热带高度场对热带S