馬端良
(山東省長島縣氣象局,山東 長島 265800)
南亞高壓與我國東部夏季降水的關(guān)系
馬端良
(山東省長島縣氣象局,山東 長島 265800)
該文采用 1973—2013年 NCEP/NCAR 再分析資料,結(jié)合國家氣候中心提供的全國160個(gè)站逐月的降水資料,利用標(biāo)準(zhǔn)化處理、Pearson相關(guān)分析、偏相關(guān)分析以及合成分析等方法,分析了近35 a來200 hPa位勢高度等壓面上夏季南亞高壓的各個(gè)特征指數(shù)變化特征及其之間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明,南亞高壓東伸脊點(diǎn)與我國東部地區(qū)夏季降水的關(guān)系較好。夏季南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置與我國夏季長江中下游流域的降水有著明顯的正相關(guān)關(guān)系,與東南沿海地區(qū)夏季降水存在著明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置偏東年時(shí),南亞高壓的強(qiáng)度變強(qiáng)、面積變大,長江中下游流域出現(xiàn)降水偏多的現(xiàn)象,東南沿海、華南地區(qū)出現(xiàn)降水偏少的現(xiàn)象;南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置偏西年時(shí),南亞高壓的強(qiáng)度變?nèi)?,長江中下游流域出現(xiàn)降水偏少的現(xiàn)象,東南沿海、華南地區(qū)出現(xiàn)降水偏多的現(xiàn)象。
南亞高壓;東部地區(qū);夏季降水;變化特征
南亞高壓又稱青藏高壓或亞洲季風(fēng)高壓,是夏季位于北半球亞洲南部高層的一個(gè)強(qiáng)大而穩(wěn)定的大型高壓系統(tǒng),是亞洲夏季風(fēng)的主要成員之一,是北半球100 hPa位勢高度等壓面上最穩(wěn)定、最強(qiáng)大的環(huán)流系統(tǒng)[1-4]。南亞高壓是由于青藏高原的強(qiáng)大的熱力屬性而形成的。南亞高壓控制的區(qū)域具有潮濕不穩(wěn)定的特性,對流活動十分活躍,且處于不同位置時(shí)環(huán)流的結(jié)構(gòu)特征是不同的。南亞高壓具有顯著的年際和年代際變化的特征[5],它的脊線位置和面積存在著3 a的準(zhǔn)振蕩的周期[6]。
目前南亞高壓的結(jié)構(gòu)特征、季節(jié)變化、年際和年代際變化、東西振蕩、南北偏移以及南亞高壓與亞洲東部地區(qū)夏季風(fēng)和我國降水的關(guān)系是研究南亞高壓的重點(diǎn)。陶詩言等[1]聯(lián)系我國實(shí)際,研究了南亞高壓與西太副高在大陸上的進(jìn)退關(guān)系,最先提出了南亞高壓東西振蕩的概念。朱??档萚2]指出,南亞高壓的強(qiáng)度和位置有著顯著的季節(jié)性轉(zhuǎn)變。從冬到夏隨著季節(jié)的推移,南亞高壓中心逐漸增強(qiáng),中心從冬半年的大洋上空到盛夏移到大陸中部,東亞大氣環(huán)流也從冬季型轉(zhuǎn)為夏季型。南亞高壓的季節(jié)變化,直接影響著北半球大氣環(huán)流的季節(jié)變化,也影響著整個(gè)亞洲區(qū)域的天氣氣候。
南亞高壓作為一個(gè)具有行星尺度的環(huán)流背景的系統(tǒng),它與北半球夏季的大氣環(huán)流[7]和亞洲地區(qū)的天氣與氣候有著十分密切的聯(lián)系。關(guān)于南亞高壓的異常對天氣與氣候的影響作用有很多的研究,結(jié)果顯示, 南亞高壓與長江中下游流域[8]、華北[9]、西北[10]及西南地區(qū)[11]的降水有著顯著的聯(lián)系。
本文在前人100 hPa位勢高度等壓面研究的基礎(chǔ)上討論了200 hPa位勢高度等壓面上夏季南亞高壓各個(gè)特征參數(shù)之間的關(guān)系,以及各個(gè)特征參數(shù)和我國夏季降水的關(guān)系。由于1978年大氣環(huán)流背景發(fā)生了調(diào)整,所以本文研究1979—2013年的南亞高壓的各個(gè)特征參數(shù)的變化情況,給出了南亞高壓各個(gè)指數(shù)的定義和 30多年來的變化情況,以及夏季南亞高壓各個(gè)指數(shù)與我國夏季降水的關(guān)系,利用天氣學(xué)和動力學(xué)理論,并結(jié)合大量的文獻(xiàn),進(jìn)一步的討論并得出研究結(jié)論。
2.1 資料選取
本文采用NCEP /NCAR 再分析資料中1979—2013年月平均高度場和風(fēng)場資料, 水平分辨率為2.5°×2.5°;國家氣候中心提供的1951—2013年全國160個(gè)站的6、7、8月的降水資料,以6、7、8月的平均值代表夏季。
2.2 研究方法
3.1 南亞高壓各個(gè)指數(shù)的定義
南亞高壓的東伸指數(shù)[7]用夏季200 hPa位勢高度場上1 252dagpm位勢高度等值線東伸脊點(diǎn)的經(jīng)度值來表示。以夏季200 hPa位勢高度場上,南亞高壓區(qū)域內(nèi)位勢高度等值線值≥1 252dagpm 的總格點(diǎn)數(shù)來表示南亞高壓的面積指數(shù)[5],該區(qū)域內(nèi)>1 252dagpm的所有格點(diǎn)值與1 252dagpm之差的總和作為南亞高壓的強(qiáng)度指數(shù)[5]。以200 hPa南亞高壓所在區(qū)域內(nèi)的最大中心值所在的經(jīng)度表示南亞高壓的中心位置指數(shù)[5]。 以 27.5°N 為界線, 取其北側(cè)(27.5°~32.5°N , 50°~100°E)和南側(cè)(22.5°~27.5°N ,50°~100°E)的兩個(gè)區(qū)域, 對這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的200 hPa位勢高度做平均,然后對平均位勢高度做差值(北側(cè)減去南側(cè))并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,得到南亞高壓的南北偏移指數(shù)[7]。以夏季200 hPa位勢高度場上,大于等于1 252dagpm位勢高度范圍內(nèi),每隔2.5°經(jīng)線上位勢高度的最大值所在緯度值的平均值作為南亞高壓的脊線位置指數(shù)[7]。
3.2 南亞高壓各個(gè)指數(shù)年際變化的比較及分析
圖1為夏季南亞高壓各個(gè)指數(shù)1979—2013年的標(biāo)準(zhǔn)化序列,從中可以看到南亞高壓的東伸指數(shù)、強(qiáng)度指數(shù)、面積指數(shù)、中心位置指數(shù)都存在顯著的年代際變化,而南亞高壓的南北偏移指數(shù)和脊線位置指數(shù)則存在年際變化的特征。上世紀(jì)80—90年代,當(dāng)南亞高壓的面積偏大,強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí),東伸脊點(diǎn)則處于比較偏東的位置,同時(shí)中心位置也偏東;90年代初—21世紀(jì)初期,當(dāng)南亞高壓的面積偏小、強(qiáng)度偏弱時(shí),東伸脊點(diǎn)則較常年處于偏西的位置,同時(shí)中心位置也偏西;21世紀(jì)初期之后,當(dāng)南亞高壓的面積偏大,強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí),東伸脊點(diǎn)則處于比較偏東的位置,同時(shí)中心位置也偏東。從南亞高壓的中心位置指數(shù)來看(圖1d),南亞高壓的中心位置相對于其他各個(gè)指數(shù)來說年際變化相對較為穩(wěn)定。從南亞高壓的南北偏移指數(shù)來看(圖1e),1981、1988、1998、2010、2012年南亞高壓的位置偏北;1982、1983、1990、1992、1994、1995、2003、2004年南亞高壓的位置偏南。從南亞高壓的脊線位置來看(圖 1 f),1982—1997年,南亞高壓的脊線位置大致偏南(除了1984年),2013年南亞高壓的脊線位置發(fā)生大的變化,位置偏北幅度較大,南亞高壓的脊線位置具有2~3 a的年際變化。
圖1 夏季南亞高壓各個(gè)指數(shù)的年際變化 (a)東伸指數(shù);(b)面積指數(shù);(c)強(qiáng)度指數(shù);(d)中心位置指數(shù);(e)南北偏移指數(shù);(f)脊線位置指數(shù)Fig.1 Standardized time series of the parameters of SAH (a)east elongation index (b)area index (c)intensity index (d) center longitude (e)north-south index (f)latitude of ridge line index
表1給出了1979—2013年,夏季南亞高壓的各個(gè)指數(shù)間的相關(guān)關(guān)系,從中可以看到南亞高壓的東伸指數(shù)與面積指數(shù)和強(qiáng)度指數(shù)之間具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均超過0.75,通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn),這與前人的研究相一致。南亞高壓的中心位置指數(shù)和東伸指數(shù)的相關(guān)性雖未達(dá)到α=0.05的顯著性檢驗(yàn),但相關(guān)性還是很高的。南亞高壓的南北偏移指數(shù)與其他各個(gè)指數(shù)之間的相關(guān)性不是很好,但與東伸指數(shù)的相關(guān)性相對來說也還是很高的。南亞高壓的脊線位置指數(shù)和其他指數(shù)的相關(guān)性均未通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn), 脊線位置指數(shù)和中心位置指數(shù)間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。
表1 1979—2013 年 夏季南亞高壓各個(gè)指數(shù)間的相關(guān)關(guān)系
注: R0.05=0.361
表2給出了1979—2013年夏季南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置、面積、強(qiáng)度的偏相關(guān)系數(shù),從中可以看到,當(dāng)南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置不變時(shí),南亞高壓的面積和強(qiáng)度具有很好的偏相關(guān)關(guān)系;當(dāng)南亞高壓的強(qiáng)度不變時(shí),南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置和面積間的偏相關(guān)系數(shù)通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn);當(dāng)南亞高壓的面積不變時(shí),南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置和強(qiáng)度之間的偏相關(guān)系數(shù)沒有通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn),說明二者之間沒有對應(yīng)關(guān)系。
因此,由表1和表2可得,南亞高壓的面積和強(qiáng)度具有顯著的正相關(guān)性,南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置和強(qiáng)度的關(guān)系并不確定,當(dāng)南亞高壓的強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí),東伸脊點(diǎn)的位置的變化不一定很明顯。
表2 1979—2013 年 夏季南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置、面積和強(qiáng)度間的偏相關(guān)關(guān)系
注: R0.05= 0.367
圖2給出了南亞高壓的各個(gè)指數(shù)與我國夏季降水的相關(guān)關(guān)系的分布,其中圖中陰影區(qū)域表示相關(guān)性達(dá)到α=0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)。
從圖2(a)中可以看到,南亞高壓的東伸指數(shù)與我國內(nèi)蒙古東北部地區(qū)、青藏地區(qū)、長江中下游江淮流域地區(qū)的降水有著顯著性的正相關(guān)關(guān)系,與華南大部分地區(qū)、蒙古中西部地區(qū)的降水有著顯著性的負(fù)相關(guān)關(guān)系,即東伸指數(shù)偏大時(shí),我國內(nèi)蒙古東北部地區(qū)、青藏地區(qū)、長江中下游江淮流域地區(qū)的降水偏多,華南大部分地區(qū)、蒙古中西部地區(qū)的夏季降水偏少。
從圖2可以看到,南亞高壓的東伸指數(shù)較其他各個(gè)指數(shù)來說,與我國東部地區(qū)的降水的顯著性更好。 因此,研究我國東部長江流域和東南沿海地區(qū)夏季降水的關(guān)系時(shí), 可用南亞高壓的東伸指數(shù)來表征南亞高壓。
根據(jù)上面的分析,南亞高壓東伸指數(shù)可以表征南亞高壓,所以分析南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的年際變化特征如圖1(a)所示,選取標(biāo)準(zhǔn)差絕對值大于1的年份代表偏東年和偏西年,在這35 a中,有5 a為南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置偏東年,分別為1980、1988、1991、1998和2010年;有8 a為南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置偏西年,分別為1992、1994、1996、1997、2001、2002、2004和2008年,下面將南亞高壓的東伸脊點(diǎn)位置的偏東年和偏西年等高度場和降水進(jìn)行合成分析。
5.1 東伸脊點(diǎn)異常年份 500 hPa高度場分析
圖 3 給出了南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置的偏東年份、偏西年份和多年平均的 500 hPa 的位勢高度場的合成分布。從圖 3(a)中可以看到南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置偏東年份,西太平洋副熱帶高壓的 588dagpm 位勢高度等值線向西延伸到我國東部東南沿海附近,副高的西伸脊點(diǎn)位于 116°E 附近,副高的脊線位于23°N 附近 。
圖2 夏季南亞高壓各個(gè)指數(shù)與我國夏季降水的相關(guān)分布(圖中陰影區(qū)域?yàn)橄嚓P(guān)系數(shù)達(dá)到α=0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)) (a)高壓東伸指數(shù);(b)高壓面積指數(shù);(c)高壓強(qiáng)度指數(shù);(d)高壓中心位置指數(shù);(e)高壓南北偏移指數(shù);(f)高壓脊線位置指數(shù)Fig.2 Correlation coefficient distributions between the parameters of SAH and summer precipitation of China(the shaded areas are at the 0.05 significant level)(a) east elongation (b)area (c)intensity (d) center longitude (e)north-south (f)latitude of ridge line
從圖 3(b)中可以看到南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置偏西年份,西太平洋副熱帶高壓的 588dagpm 位勢高度等值線東退到海上,副高的588dagpm位勢高度等值線的西伸脊點(diǎn)位于 138°E 附近 ,副高的脊線位于26°N 附近。從圖 3(c)可以看到,35 a平均 200 hPa 副高的588dagpm位勢高度等值線的西伸脊點(diǎn)的位置位于 130°E 附近,副高的脊線位于25°N 附近。由此可以得到,南亞高壓位置偏東年份的副熱帶高壓 588dagpm 等值線的位置相比于35 a平均來說偏西 14 個(gè)經(jīng)距,脊線位置偏南,副熱帶高壓的 588dagpm 位勢高度等值線的范圍明顯偏大,強(qiáng)度也偏強(qiáng);南亞高壓東伸脊點(diǎn)位置偏西年份副熱帶高壓 588dagpm 的位置相對于35 a平均來說偏東 8 個(gè)經(jīng)距,脊線位置偏北,588dagpm 位勢高度等值線范圍明顯偏小,強(qiáng)度也偏弱,脊線位置偏北;南亞高壓東伸脊點(diǎn)位勢高度偏東年副熱帶高壓 588dagpm 比偏西年偏東 20多個(gè)經(jīng)距,脊線位置偏南,范圍明顯的偏大。這與文獻(xiàn)[12]中有關(guān)南亞高壓與西太平洋副熱帶高壓的西伸和東退的關(guān)系是吻合的。
圖3 夏季南亞高壓東伸脊點(diǎn)異常年份500 hPa位勢高度場合成(a)南亞高壓偏東年;(b)南亞高壓偏西年;(c)35 a平均高度場Fig.3 The composed geopotential height fields for longitudinal position of SAH at 500 hPa (a)east deviation years (b)west deviation years (c) mean height field of 35 years
5.2 南亞高壓異常年份我國夏季降水合成分析
圖4給出了南亞高壓的偏東年和偏西年我國的夏季降水的距平合成分析(陰影區(qū)域?yàn)橥ㄟ^α=0.05的顯著性檢驗(yàn))。從圖 4(a)可以看到,當(dāng)南亞高壓偏東年時(shí),我國內(nèi)蒙古東北部地區(qū)、西藏東部地區(qū)和江淮流域出現(xiàn)降水正異常區(qū)域,尤其是我國長江中下游流域呈現(xiàn)出大范圍的降水正異常大值區(qū),并通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn);我國華南地區(qū)以及東南沿海出現(xiàn)了降水的負(fù)距平,出現(xiàn)了60 mm的降水負(fù)距平中心。從圖 4(b)可以看到,當(dāng)南亞高壓偏西年時(shí),我國東南沿海以及華南地區(qū)出現(xiàn)了大范圍的降水正距平區(qū)域,并出現(xiàn)了降水正距平的大值中心;內(nèi)蒙古東北部地區(qū)、長江中下游地區(qū)出現(xiàn)降水的負(fù)距平區(qū)域,并通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。因此,可以看到,當(dāng)南亞高壓東伸脊點(diǎn)的位置偏東時(shí),東南及華南地區(qū)出現(xiàn)降水偏少,長江中下游流域出現(xiàn)降水偏多;當(dāng)南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置偏西時(shí),長江中下游流域出現(xiàn)降水偏少情況,東南及華南地區(qū)出現(xiàn)降水偏多情況。
圖4 夏季南亞高壓偏東年(a)和偏西年(b)降水距平合成(陰影區(qū)域?yàn)橥ㄟ^了α=0.05的顯著性檢驗(yàn))Fig.4 Composition of summer precipitation anomaly for east deviation years(a) and west deviation years(b) of SAH(the shaded areas are at the 0.05 significant level)
①南亞高壓的東伸指數(shù)、強(qiáng)度指數(shù)、面積指數(shù)、中心位置指數(shù)都存在顯著的年代際變化,而南亞高壓的南北偏移指數(shù)和脊線位置指數(shù)則存在年際變化的特征。
②南亞高壓的東伸指數(shù)與面積指數(shù)和強(qiáng)度指數(shù)之間具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系,當(dāng)南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置不變時(shí),南亞高壓的面積和強(qiáng)度具有很好的偏相關(guān)性;當(dāng)南亞高壓的面積不變時(shí),南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置和強(qiáng)度之間的偏相關(guān)系數(shù)沒有通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn),說明二者之間沒有對應(yīng)關(guān)系。南亞高壓的東伸脊點(diǎn)的位置和強(qiáng)度的關(guān)系并不確定,當(dāng)南亞高壓的強(qiáng)度變強(qiáng)時(shí),東伸脊點(diǎn)位置的變化不一定很明顯。
③南亞高壓的東伸指數(shù)與我國內(nèi)蒙古東北部地區(qū)、青藏地區(qū)、長江中下游江淮流域地區(qū)的降水有著顯著性的正相關(guān)關(guān)系,與華南大部分地區(qū)、蒙古中西部地區(qū)的夏季降水有著顯著性的負(fù)相關(guān)關(guān)系。南亞高壓的東伸指數(shù)與我國東部地區(qū)的降水的顯著性更好。因此,研究我國東部長江流域和東南沿海地區(qū)夏季降水的關(guān)系時(shí),可用南亞高壓的東伸指數(shù)來表征南亞高壓。
④南亞高壓東伸脊點(diǎn)偏東年, 南亞高壓面積變大、強(qiáng)度變強(qiáng), 西太平洋副熱帶高壓向西延伸至我國東南沿海附近, 東南沿海及華南地區(qū)為降水負(fù)距平,江淮流域?yàn)榻邓嗥?;南亞高壓東伸脊點(diǎn)偏西年,南亞高壓面積變小、強(qiáng)度變?nèi)? 西太平洋副熱帶高壓向東退居至海上, 東南沿海及華南地區(qū)出現(xiàn)降水正距平, 江淮流域?yàn)榻邓?fù)距平。
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South Asia High and Its Relation with the Precipitationof East China in Summer
MA Duanliang
(Changdao Meteorological Bureau of Shandong Province, Changdao 265800, China)
Based on the NCEP/NCAR monthly mean reanalysis data from 1979 to 2013 and the observational monthly mean data at stations given by National Climate Center,Using the standardized treatment, Pearson correlation analysis, partial correlation analysis and synthesis analysis and so on, the index variations of the South Asia high (SAH) on the 200 hPa geopotential height and the relation between each index in the past 35 years were analyzed. It is found that the relationship between the east ridge point of the South Asia high and the precipitation of East China in summer is better. The results shows that the position of the SAH east ridge point has a clear positive correlation with the precipitation of the Yangtze River basin and a clear negative correlation with the rainfall of the southeast coastal. When the east ridge point of the SAH is eastward years, the strength of the SAH is strong, the area becomes larger and more precipitation will occurs in the Yangtze River, the southeast coast and southern China will be less precipitation. When the east ridge point of the SAH is westward years, the strength of the SAH is weakened, the Yangtze River will be of less precipitation , the southeast coast and southern China will be of more precipitation.
South Asia High; East China; summer precipitation; change characteristics
1003-6598(2017)01-0023-07
2016-10-26
馬端良(1990—),男,助工,主要從事氣象服務(wù)工作,E-mail:mdlnuist@126.com。
P466
A