北太平洋850和500hPa夏季副热带高压的年际和年代变化*

王 启，赵娅琴，宫晓庆

（中国海洋大学1.海洋－大气相互作用与气候实验室；2.海洋环境学院，山东 青岛266100）

北太平洋副热带高压（以下简称副高）是影响我国天气和气候的一个重要系统，夏季副高强度和位置变化对我国汛期降水有重要影响，历来为气象学家重视［1－2］。500hPa位势高度场被广泛用来描述西太副高的活动［3－4］，国家气候中心发布的副高指数也是根据500hPa位势高度场定义的。然而北半球副高各层都具有独特性质，且形成机制也有很大差别。低层夏季副高中心位置在东太平洋，中层副高中心位置则在西太平洋，低层副高主要是北美大陆强大的陆面感热加热所致，凝结潜热对其位置和强度有所修正，而西太副高的形成要复杂得多，因此不能将对流层低层的东太副高和中层的西太副高视为统一的整体［1］。因此欲全面研究副高，还需要将研究范围拓展到对流层的其他层。近年来，有学者［5－8］开始关注西太低层副高的变化特征。

作为外强迫源，海温一直作为副高活动的重要影响因子。已有研究将赤道太平洋、暖池等海区海表温度（SST）异常与夏季副高异常相联系［9－14］。

将850和500hPa夏季副高结合研究的较少，本文将综合分析850和500hPa夏季副高变化特征，并探讨夏季副高异常与海温场的关系。

1 数据

Corp－oration for Atmospheric Research）再分析月平均位势高度场资料，水平分辨率为2.5（°）×2.5（°）。

海温场资料选取了1948—2011年Hadley中心的海冰和海表温度资料 HadISST（Hadley Centre Sea Ice and SST data set）中的月平均SST 资料，水平分辨率为1（°）×1（°）。

2 850与500hPa夏季副高的气候平均特征

通过分析，本文选取1 570位势米等高线作为850 hPa副高中心的代表等值线，500hPa副高则沿用传统的5 880位势米线。分析表明气候平均的1 570线仅在6～8月有闭合中心，其中7月份面积最大（副高强度最强），5 880位势米线在6～11月都有闭合中心，也以7月份最强大（图略）。因此本文选取7月份作为夏季的代表月份（以下称作夏季）。图1给出了夏季垂直各层副高中心的位置，分别是：300hPa的9 720位势米线（为说明高低空气压场配置，加了9 680、9 640和9 600位势米线），400hPa的7 600位势米线，500hPa的5 880位势米线，700hPa的3 180位势米线，850hPa的1 570位势米线和925hPa的860位势米线。图1清楚显示北太平洋夏季副高中心随高度向西南倾斜，300hPa的高压中心已位于大陆。另外还可以看出850hPa副高与500hPa副高除了位置差异较大外，其热力结构也不相似：850hPa副高上空是低压槽区，而500hPa副高上空大部分依然是高压区（但其东北上空也有小部分是低压槽区）。所以有时确实不能将对流层低层的东太副高和中层的西太副高视为统一的整体［1］。

图1 气候平均的夏季垂直各层副高中心的位置Fig.1 The climatic average of the center position of summer North Pacific subtropical high in the vertical layers

3 850与500hPa夏季副高的年际和年代变化

3.1 变化特征

为定量分析副高强度的年际变化特征，考虑到500hPa副高中心偏西南，850hPa副高中心偏东北，本文定义850hPa副高的强度指数为（20°N～50°N，150°E～130°W）区域内，每年7月份位势高度等于大于157dgam值的累积和；定义500hPa夏季副高的强度指数为（10°N～40°N，120°E～150°W）区域内，每年7月份位势高度等于大于588dgam值的累积和，其中东边界150°W是为了排除大西洋入侵到东太平洋的5 880位势米线的影响（见图1右边界的5 880位势米线）。

图2给出了夏季副高强度指数随时间变化的计算结果，其结果已经进行了标准化。

图2 夏季副高强度指数的时间变化Fig.2 The variations of summer North Pacific subtropical high intensity index

由图2可以看出，夏季副高强度除了年际变化外，还有明显的年代变化（粗线），其中年代变化曲线是9年平滑的结果。500hPa副高强度在1980年附近有1个年代变化转折点，之前是副高偏弱年代，之后则是副高偏强年代。850hPa在1956年和1993年附近有2个年代转折点，两转折点之间是副高偏弱时段，1956年之前和1993年之后是副高偏强时段。因此在年代尺度上，850与500hPa副高有较大差异。

考虑到上述显著年代变化的特征，本文首先将500和850hPa的高度场进行9年平滑，分离出年代和年际变化两部分，然后再求副高强度指数，结果年代变化与图2略有差异，而年际变化部分已基本滤去了年代变化（见图3）。

图3 分离了年际和年代变化后的夏季副高强度指数的时间变化Fig.3 The variations of summer North Pacific subtropical high intensity index after the separation of interannual variability and decadal variation

850与500hPa夏季副高强度指数年际变化的相关系数为0.427，大于显著性水平0.01的临界值0.315，但从图3可以看出两者变化并不是协调一致的。因此在年际变化上，850与500hPa夏季副高也有较大差异，有必要对850与500hPa夏季副高进行分类，寻找不同类别副高的变化特征及影响因素。

3.2 分类

根据图3，将北太平洋夏季副高进行如下分类：500和850hPa同时增强类（记为BS类）、500和850hPa同时减弱类（记为BW类）、500hPa增强和850hPa减弱类（记为SW类）和500hPa减弱和850hPa增强类（记为 WS类）。

对于年代变化，1998—2005年属BS类、1971—1978年属BW 类、1983—1990年属SW 类和1951—1958年属WS类（见图4）。

图4 北太平洋夏季副高年代变化的分类Fig.4 Classification of decadal variation of the summer North Pacific subtropical high

对于年际变化，1969／83／89／98年属 BS类、1972／84／85／2004年属 BW 类、1966／82／87／91年属 SW 类

和1955／61／94／99年属 WS类（见图5）。

图5 北太平洋夏季副高年际变化的分类Fig.5 Classification of interannual variability of the summer North Pacific subtropical high

有些年份的情况与上述4类不同。如1979年500hPa副高很强，1967年和2000年很弱，但850hPa变化较小；1989年850hPa副高很强，1987年和2009年很弱，但500hPa变化较小。

从图5（以及图6）还可以看出，在年际（以及年代）变化上，850hPa副高远较500hPa副高稳定，这可能是由850hPa副高的热源稳定决定的。

4 夏季副高异常与太平洋海表温度的关系

单从热源方面看，北太平洋夏季副高气候态的形成与维持主要决定于海陆分布（夏季洋面相对的低温）和大陆地形（不同高度的热源）。其中对500hPa副高来讲，决定因素是青藏高原以及暖池上空的潜热释放，而对850hPa副高，北美大陆地形和北太平洋东部的冷洋面是决定性因素。

但是对于北太平洋夏季副高的气候异常，海表面温度（SST）的异常应该是重要的影响因素。因此本节将分析北太平洋夏季副高异常与太平洋SST的关系，试图寻找影响副高变化的不同海区。

图6给出了副高强度指数异常与SST异常场的同期相关系数（阴影表示信度超过95%），其中a（b）是500hPa（850hPa）副高年代变化与SST的相关系数，c（d）是500hPa（850hPa）副高年际变化与SST的相关系数。

图6 副高强度指数异常与SST异常场的相关系数Fig.6 The correlation coefficient of North Pacific subtropical high intensity index anomaly and SSTA field

对年代际变化来讲（见图6），与500hPa副高异常负相关的主要为洋盆中部断裂的马蹄状（开口朝西南）海区，在东赤道区和北美岸边也有较小区域呈负相关，其它广大区域都为正相关区，特别在西太平洋暖池和南海、中东太平洋赤道两侧和45°N以北海区；影响850hPa副高异常的主要为35°N～45°N的正相关海区，其它海区则与影响500hPa的海区有重叠，其中东赤道区的负相关性看上去比500hPa更好一些。

对年际变化，与500hPa副高异常的主要正相关海区为南海、10°N～20°N暖池和中东赤道两侧，负相关区主要在35°N～45°N的西太平洋；与850hPa副高异常相关程度高的海区主要为赤道中太平洋和25°N～40°N东太平洋的负相关区，以及西太平洋暖池的正相关区。

为进一步说明不同副高异常与SST异常的对应关系，本节将对上节不同类别副高异常所对应的SST异常场进行分析。

图7为年代变化的4类情况所对应的SST异常场，a、b、c、d分别对应 BS、BW、SW 和 WS类，图中灰（黑）线是500hPa（850hPa）副高异常与SST相关系数为±0.6的等值线。

图7 副高年代变化的4类情况所对应的SST异常场（说明见正文）Fig.7 The field of SSTA based on four modes of decadal variation of North Pacific subtropical high（Refer to content for details）

从图7可以看出不同类别的副高年代变化与图6a和6b给出的相关海区SST异常有着很好的对应，说明不同海区夏季SST异常与北太平洋副高不同层次高度场异常关系密切。

对850hPa副高，35°N～45°N正相关海区（图7中紫线）的SST异常对应最好。

对于500hPa副高，与西太平洋暖池和南海、中东太平洋赤道两侧和45°N以北海区等正相关区SST异常十分一致；与洋盆中部断裂的马蹄状的负相关海区SST异常也有较好的对应（见图7a、c和d）。

图8 副高年际变化的4类情况合成SST异常场（说明见正文）Fig.8 The composite field of SSTA based on four modes of interannual variability of North Pacific subtropical high（Refer to content for details）

图8 给出的是年际变化的4类副高异常所对应年份的SST异常合成，a、b、c、d分别对应BS、BW、SW 和WS类，即分别 对应 1969／83／89／98 年、1972／84／85／2004年、1966／82／87／91 年和 1955／61／94／99 年 的 合成。图中细彩线表示合成的T检验显著性水平达到5%，粗灰（黑）线是500hPa（850hPa）副高异常与SST相关系数为±0.3的等值线。

在年际变化方面，与500hPa副高异常负相关的35°N～45°N西太平洋区，在图8的4类情况下都很一致，即此海区SST负（正）异常有利于500hPa副高增强（减弱）；南海和10°N－20°N 暖池SST正（负）异常有利于500hPa副高增强（减弱）（见图8a、b和d）；而中东太平洋赤道两侧SST对500hPa副高的作用，在图8a、c和d中得以体现。

赤道中太平洋SST异常与850hPa副高异常的负相关性在图8的4类情况下都对应，25°N～40°N东太平洋的负（正）SST异常与850hPa副高的增强（减弱），在图8中也有较好的体现。

图9是对应500和850hPa副高异常年的SST异常，图9左列为500hPa异常年：1979年（强）、1967年（弱）和2000年（弱），图9右列为850hPa异常年：1989年（强）、1987年（弱）和2009年（弱）。左（右）列图中黑线是500hPa（850hPa）副高异常与SST相关系数为±0.3的等值线）。

图9 副高异常年的SST异常场Fig.9 The field of SSTA in years of North Pacific subtropical high anomaly

从个例结果看，图6c和6d给出的500和850hPa副高年际异常与相关海区SST异常的关系在图9中都有较好的一致性。

综合相关、合成以及个例分析结果，得出可能影响500和850hPa副高年际和年代变化的主要海区：

对年际变化，南海、10°N～20°N暖池和中东赤道两侧的正（负）SST异常，西太平洋35°N～45°N的负（正）SST异常，可能是使500hPa副高增强（减弱）的主要海区；赤道中太平洋和25°N～40°N东太平洋的负（正）SST异常，以及西太平洋暖池的正（负）SST异常，可能是使850hPa副高增强（减弱）的主要海区。

对年代变化，西太平洋暖池和南海、中东太平洋赤道两侧和45°N以北海区的正（负）SST异常，洋盆中部的马蹄状海区和东赤道区的负（正）SST异常，可能是使500hPa副高增强（减弱）的主要海区；35°N～45°N海盆尺度海区的正（负）SST异常，可能是使850hPa副高增强（减弱）的主要海区。

5 结论

本文将北太平洋500和850hPa夏季副高变异结合在一起进行了分析，结果显示500和850hPa夏季副高在年际和年代变化都有明显差异。通过相关、合成以及个例分析，阐释了影响500和850hPa副高年际和年代变化的不同海区，得出如下结论：

（1）500hPa夏季副高强度在1980年附近之前是副高减弱年代，之后是副高加强年代；850hPa在1956年和1993年之间是副高减弱年代，1956年之前和1993年之后是副高加强年代。因此在年代尺度上，850与500hPa副高有较大差异。另外，在年际变化上，850与500hPa夏季副高也有较大差异。

（2）北太平洋夏季副高年际和年代变异中存在（1）同时增强，（2）同时减弱，（3）500hPa增强850hPa减弱，和（4）500hPa减弱850hPa增强等不同类别。在年际（以及年代）变化上，850hPa副高远较500hPa副高稳定，这可能是由850hPa副高的热源稳定决定的。

（3）对年际变化，南海、10°N～20°N暖池和中东赤道两侧的正（负）SST异常，西太平洋35°N～45°N的负（正）SST异常，可能是使500hPa副高增强（减弱）的主要海区；赤道中太平洋和25°N～40°N东太平洋的负（正）SST异常，以及西太平洋暖池的正（负）SST异常，可能是使850hPa副高增强（减弱）的主要海区。

（4）对年代变化，西太平洋暖池和南海、中东太平洋赤道两侧和45°N以北海区的正（负）SST异常，洋盆中部的马蹄状海区和东赤道区的负（正）SST异常，可能是使500hPa副高增强（减弱）的主要海区；35°N～45°N海盆尺度海区的正（负）SST异常，可能是使850hPa副高增强（减弱）的主要海区。

［1］ 刘屹岷，吴国雄.副热带高压研究回顾及对几个基本问题的再认识［J］.气象学报，2000，58（4）：500－512.

［2］ 吴国雄，丑纪范，刘屹岷，等.副热带高压研究进展及展望［J］.大气科学，2003，31（4）：339－359.

［3］ Yang Hui，Sun Shuqing.Study on the characteristics of longitudinal movement of subtropical high in the western Pacific in summer and its influence［J］.Advances in Atmospheric Sciences，2003，20（6）：921－933.

［4］ 陈月娟，张弘，周任君，等.西太平洋副热带高压的强度和位置与亚洲地表温度之关系［J］.大气科学，2001，25：515－522.

［5］ Lu Riyu.Indices of the summertime western North Pacific subtropical high［J］.Advances in Atmospheric Sciences，2002，19（6）：1004－1028.

［6］ 范磊，刘秦玉.西太平洋副热带高压与海表温度的关系［J］.热带海洋学报，2009，28（5）：83－88.

［7］ Lu Riyu，Li Ying，Ryu Chan－Su.Relationship between the zonal displacement of the western Pacific subtropical high low－tropospheric and the dominant modes of circulation in summer［J］.Progress in Natural Science，2008，l8：161－165.

［8］ 王启，韩永清.850hPa夏季西太平洋副热带高压的年际变化特征［J］.中国海洋大学学报：自然科学版，2010，40（12）：1－7.

［9］ 陈烈庭.北太平洋副热带高压与赤道东部海温的相互作用［J］.大气科学，1982，6：148－156.

［10］ 符淙斌.太平洋海面温度的长期变化及其对副热带高压的影响［J］.地理集刊，1979，11：146－157.

［11］ 龙振夏，李崇银.赤道东太平洋海温正异常对西太平洋副高影响的数值模拟研究［J］.大气科学，2001，25（2）：145－159.

［12］ 巩远发，何 金海，段廷扬，等.北太平洋中纬度负海温异常对副热带高压影响的数值试验［J］.热带气象学报，2006，22（4）：386－392.

［13］ 曾刚，孙照渤，林朝晖，等.不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究［J］.大气科学，2010，34（2）：307－322.

［14］ 应明，孙淑清.西太平洋副热带高压对热带海温异常响应的研究［J］.大气科学，2000，24（2）：193－206.