南亚高压多年平均变化特征

2013-01-05毛文书高楷祥雷天行

成都信息工程大学学报 2013年2期

黄蕾, 毛文书,2, 高楷祥, 雷天行

(1.成都信息工程学院大气科学学院,四川成都610225;2.成都信息工程学院高原大气与环境四川省重点实验室,四川成都610225)

0 引言

南亚高压,也有人称“青藏高压”或“亚非季风高压”。是夏季对流层上部全球最强大、最稳定和范围最大的高压。南亚高压在100hPa高度附近最明显,其强度和位置都有明显季节变化,所以100hPa等压面上的南亚高压是个大气活动中心。越来越多的观测事实说明,南亚高压不论在环流形势上,而且在天气分析和预报等研究工作中都应该作为主要研究对象之一。

近50年来,中国许多气象研究工作者研究了南亚高压的活动及其影响。Mason等[1]根据国际地球物理年的资料,最早较详细地分析了南亚高压的活动,指出它是北半球100hPa等压面上最强大和最稳定的反气旋环流系统。1964年陶诗言等[2]联系中国天气实际,分析了夏季亚洲南部100hPa流型的变化及其与西太平洋副热带高压在大陆上的进退关系,提出了南亚高压东西振荡的概念。1980年朱福康等[3]初步探讨了南亚高压南北位移季节性变化。指出南亚高压从冬到夏位置和强度存在明显的南北位移季节变化。1982年罗四维等[4]根据100hPa上南亚高压的位置和形状,把南亚高压分为东部型(南亚高压中心位置在100°E以东)、西部型(100°E以西)和带状型,这一概念被广泛应用于天气学分析和天气预报实际工作中。张琼等[5]对南亚高压的年际变化及年代际变化特征进行了诊断分析研究,发现南亚高压面积和强度的变化存在明显的3.8年的振荡周期。谭晶等[6]研究了南亚高压位置东西方向移动的年际变化特征及其可能的影响因子,发现它不仅存在10年以上的长周期变化,还存在2～4年的短周期变化,而且南亚高压与500hPa西太平洋副高存在“相向而行”和“相背而去”的关系。由于南亚高压的稳定性和可预测性,对南亚高压的研究对中国夏季降水,旱涝等天气气候变化及气候异常有着重要的预测预报价值,有利于掌握南亚高压东西移动的一般规律,并通过对南亚高压的活动变化来预测中国旱涝等异常天气,为中长期天气预报提供新的预报思路。分析研究成果在各级气象台站日常天气气候业务预报中得到推广应用,有助于减少异常灾害性天气对人们的影响,减少经济损失。

1 资料与方法

采用1960年1月～2010年12月美国NCEP/NCAR逐日及月平均高度场再分析资料,水平分辨率为2.5°×2.5°经纬网格。

参照文献[3]的做法,1660dagpm定为南亚高压的边界线,1670dagpm等值线东脊点的经度用来表示南亚高压东伸的位置,30°W向东至170°W 范围内的西风零线的平均纬度记作整个高压的平均脊线。选取西风零线上位势高度最大处为主要高压中心,用经、纬度表示高压中心的位置。

2 南亚高压形势场变化特征

2.1 南亚高压移动的季节性变化特征

图1(a)为冬季(12月～翌年2月)平均的100hPa高度场,1660dagpm定为南亚高压的边界线。从图中可以看出,1660dagpm等值线仍处于西太平洋,南亚高压不明显。图1(b)为春季(3～5月)平均100hPa高度场,可以看出南亚高压的边界线已北跳上亚洲大陆,但仍未形成高压中心。图1(c)为夏季(6～8月)平均,南亚高压中心北抬至30°N附近,南亚高压控制着几乎3/4的亚欧大陆,从非洲西岸(20°W)附近东伸至西太平洋(175°E附近),成为100hPa上最强大、最稳定的环流系统。图1(d)为秋季(9～11月)平均的100hPa高度场,此时南亚高压强度及控制范围已明显减小,中心位置也东退至120°E附近。

图1 1960～2010年共51年多年各季节平均的100hPa高度场

2.2 南亚高压移动的夏半年逐月变化特征

利用1960年1月～2010年12月美国NCEP/NCAR月平均再分析高度场资料,得到南亚高压多年逐月平均的100hPa高度场(图2a～e)。

从图2(a)可看到,4月南亚高压的边界线(1 660dagpm)已北跳上亚洲大陆,位于15°N附近。图2(b)中,5月南亚高压已形成高压中心位于中国西南部(15°N～20°N,80°E～120°E附近),南亚高压强度逐渐增强。7月(图2c)南亚高压中心北抬至30°N附近,南亚高压控制区域以及中心强度均达到全年最强。9月(图2d)100hPa高度场,南亚高压逐渐西退,强度也逐渐减弱。南亚高压中心已退至中国西部(80°E、25°N附近),所控制的区域也伴随着夏半年的结束逐渐减小。图2(e)中,10月南亚高压中心已东移入海,南亚高压边界线退至东部(25°N附近)。

由图2可见,南亚高压位置及强度的季节变化是非常明显的。4月随着夏半年的开始,南亚高压北跳上亚欧大陆(15°N附近),高压中心强度逐渐增强。而到6月南亚高压强度及控制范围明显增强并在7～8月逐渐东伸,在北半球夏季(6～8月)南亚高压控制着几乎3/4的亚欧大陆,从非洲西岸(20°W)附近东伸至西太平洋(175°E附近),中心强度也达到最强,成为100hPa上最强大、最稳定的环流系统。从9月开始的后半年南亚高压则逐步东移南撤,到11月离开亚洲大陆。

图2 1960～2010年多年平均典型月份100hPa高度场

2.3 南亚高压移动夏半年的逐旬变化特征

再将每月逐旬细化,得到1960～2010年共51年多年逐旬平均100hPa高度场。从每月逐旬细化图可以发现7月上旬(图3a)和8月上旬(图3b)南亚高压有两个高压中心,分别位于青藏高原西部和中国西部。而在南亚高压闭合中心明显的其他月份(如5、6、9月)则南亚高压的多年平均态为一个闭合中心且大多稳定在青藏高原上空。

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

2.4 南亚高压移动的逐侯变化特征

将每月逐侯细化,得到1960～2010年共51年多年逐侯平均100hPa高度场。可以更进一步以较小时间尺度确定南亚高压初次北跳上亚欧大陆的时间为3月第5侯(图4a);初次形成闭合中心且位于中南半岛(15°N、100°E附近)的时间为5月第1侯(图4b);南亚高压初次上青藏高原(74°E～104°E,25°N～40°N)的平均时间是6月1候(图4c);而退出亚洲大陆的时间为11月第2侯(图4d)。

图4 1960～2010年共51年多年逐侯平均100hPa高度

3 南亚高压夏半年中心位置变化特征

南亚高压中心位置的强度和地理位置存在着明显的季节变化,下面讨论南亚高压中心位置的一些活动规律。

3.1 南亚高压东西位置的季节性变化

从1960～2010年共51年逐月平均的100hPa高度场上确定南亚高压中心各月平均位置图(图5)。图中可见,南亚高压的中心位置一般在青藏高原上空,但其强度和位置都存在明显的季节变化:4～7月100hPa南亚高压中心强度逐渐增强,从1660dagpm到7月最强1684dagpm;而且高压中心位置也逐渐由东南方向向西西北方向移动。7～8月南亚高压中心移至青藏高原和伊朗高原上空(35°N、60°E附近)。8月后南亚高压中心位置逐渐东退南撤,中心强度也逐渐减小,10月中心位置东退入海。

图5 南亚高压中心各月平均位置图

3.2 南亚高压中心经纬度随时间变化规律分析

南亚高压中心位置的经纬度也随时间也存在着明显的变化。下面讨论南亚高压中心位置经纬度的变化规律。

利用1960～2010年共51年逐侯平均的100hPa高度场等值线图,得到51年多年逐侯平均的南亚高压中心位置经纬度随时间变化分析图如图6所示。从5月第1侯刚好形成南亚高压闭合中心开始,到9月第5侯南亚高压闭合中心消失共29个南亚高压中心位置数;如若有两个闭合高压中心,则取较大一个作为南亚高压的中心。

图6 南亚高压中心位置经纬度随时间变化分析图

图6(a)为1960～2010年共51年多年逐侯平均的南亚高压中心位置经度随时间变化图,由图可知5～7月前,南亚高压中心位置在不断的东西振荡中逐渐西伸,6月前,南亚高压中心位置偏东,在75°E～100°E附近东西摆动。6月后南亚高压的中心位置西伸至60°E附近并在7月后在不断的东西振荡中逐渐东退至70°E附近。

图6(b)则为南亚高压中心位置纬度随时间变化图,由图可知5～7月是南亚高压中心位置逐渐北跳的过程,从5月初的17°N附近到6月底的32°N,7月前南亚高压中心位置基本上位于30°N以南,并且南北摆动幅度不明显。从7月初开始其中心位置一般位于30°N以北,同时南北摆动幅度逐渐增大。7月下旬南亚高压中心位置北跳最为明显,可北跳至37°N附近。8月后南亚高压中心位置逐渐南退。

综合多年逐侯平均的南亚高压中心位置经度随时间变化图和纬度变化图可以发现,在南亚高压中心位置的多年平均变化态中东西进退要明显于南北跳动。

3.3 南亚高压东伸脊点东西位移变化特征

南亚高压的演变主要是其位置的移动及面积和强度的变化,现在讨论南亚高压主体位置的东西位移及其东侧向东扩展的程度。

为较定量的分析、研究南亚高压的振荡周期变化,用100hPa高度场上南亚高压1670dagpm等值线东脊点的经度来表示南亚高压的东伸位置,计算了1960～2010年共51年逐侯平均的100hPa高度场上南亚高压1670dagpm等值线东脊点的经度(以下简称为东伸脊点),得到图7。

图7是1960～2010年共51年逐侯平均的100hPa高度场南亚高压东伸脊点的经度随时间变化分析图。从5月第5侯南亚高压首次出现1670dagpm等值线的闭合曲线开始到9月第5侯1670dagpm等值线的闭合曲线消失共25个东脊点经度数。将这25个东脊点按时间序列画点线图可以看到从5月下旬到9月中旬,南亚高压东伸西退形势十分明显:从5月下旬到8月中旬南亚高压东伸脊点逐渐从110°E附近东伸至165°E附近;而从8月下旬到9月中旬南亚高压东伸脊点逐渐从165°E附近西退至100°E附近。

图7 南亚高压东脊点经度东西位置变化曲线

由图7可以看出,从7月第2侯到8月第6侯,南亚高压东伸脊点经度的东西振荡比较明显。从7月第2侯到8月第1侯,南亚高压呈逐渐东伸并伴随有振幅较小的东西振荡。而从8月第1侯到8月第6侯,南亚高压东伸脊点经度持续稳定在155°E至165°E附近,而且东西振荡的振幅明显较大。再对照竖坐标对应的时间序列可以分析得到南亚高压东西振荡的周期基本上为10d左右。

4 结论

利用1960年1月～2010年12月美国NCEP/NCAR再分析逐日高度场资料及月平均再分析高度场资料分析了南亚高压主体位置的东西位移、中心位置经纬度随时间的变化以及其东侧向东扩展的程度,得到以下结论:

(1)3月第5侯南亚高压初次北跳上亚欧大陆并逐渐北抬,5月第1侯南亚高压初次形成闭合高压中心且随着时间的推移高压中心强度逐渐增强。7、8月南亚高压从非洲西岸(20°W)附近东伸至西太平洋(175°E附近),成为100hPa上最强大、最稳定的环流系统。9月后南亚高压则逐步东移南撤,到11月第2侯离开亚洲大陆。

(2)7月上旬和8月上旬南亚高压有两个高压中心,分别位于青藏高原西部和中国西部。而在南亚高压闭合中心明显的其他月份多为一个闭合中心且大多稳定在青藏高原上空。

(3)从7月第1侯到8月第6侯,南亚高压东西振荡周期及强度明显,这个振荡周期基本上为10d左右。

(4)南亚高压的中心位置一般在青藏高原上空,但其强度和位置都存在明显的季节变化:从1-7-次年1月,南亚高压中心强度由弱-最强-弱;而南亚高压的中心位置变化是1～7月逐步西伸北上,7、8月南亚高压中心移至青藏高原和伊朗高原上空(35°N、60°E附近),8月后则逐步东退南撤。

(5)在南亚高压中心位置的多年平均变化态中,东西振荡要明显于南北跳动。6月前,南亚高压中心位置偏东,在75°E至100°E附近东西摆动。6月后南亚高压的中心位置西伸至60°E附近并在7月后在不断的东西振荡中逐渐东退至70°E附近。7月前南亚高压中心位置的纬度基本上位于30°N以南,并且南北摆动幅度不明显。从7月初开始其中心位置一般位于30°N以北,同时南北摆动幅度逐渐增大。

文中仅对南亚高压多年平均态进行了一些统计分析,而南亚高压东西位置的变化还存在着明显的年际间差距以及年代际变化,每年东伸西退时间、持续时间、东西振荡剧烈程度均不相同,这就造成了与南亚高压相应的中期天气过程的复杂性。所以南亚高压在长、中、短期天气预测与预报中的具体应用还有待进一步去分析和探索。

致谢:感谢成都信息工程学院高原大气与环境四川省重点实验室开放基金项(PAKL-2010-C1)对本文的资助

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