南亚高压年代际变化在NCEP和ERA-40再分析资料中的对比

张莹 王锦杰 周航 庞礴 李泽宇

摘  要：南亚高压与我国夏季大范围旱涝分布有非常密切的联系，具有明显的年代际变化，可以作为气候异常的强信号，因而研究南亚高压的年代际变化，对于短期气候预测有重要意义。本文利用1960—2015年NCEP再分析资料和1960—2002年ERA-40再分析资料对比分析南亚高压年代际变化特征，为开展南亚高压年代际变化对气候异常的影响研究奠定基础。

关键词：南亚高压;年代际变化;对比分析

中图分类号：P46                                               文献标识码：A                                              DOI：10.11974/nyyjs.20181233206

引言

夏季南亚高压是青藏高原及邻近地区上空的大型高压系统，又称青藏高压或亚洲季风高压[1]。南亚高压作为一个行星尺度的环流背景，与夏季北半球大气环流关系密切[2]，特别是与我国夏季大范围旱涝分布有非常密切的联系。研究发现南亚高压具有明显的年际和年代际变化，可以作为气候异常的强信号[3]。因而研究南亚高压的年代际变化特征，对于短期气候预测有重要意义，有助于提高气候预测水平，达到防灾减灾的目的。

在南亚高压研究中，NCEP再分析资料已得到广泛使用[4]。鉴于使用单一大气再分析资料讨论南亚高压的变化特征可能存在片面性，本文利用1960—2015年NCEP再分析资料和1960—2002年ERA-40再分析资料分析南亚高压年代际变化特征，对比2套资料的异同，为开展南亚高压年代际变化对气候异常的影响研究奠定基础。

1     南亚高压特征指数的定义

本文使用曾刚[5]等定义的面积、强度、北界、南界、脊线、东伸脊点和西伸脊点等7个南亚高压特征指数，以此来定量表征南亚高压的变化。从天气气候影响的角度看，200hPa上的南亚高压与低层环流、降水等关系更为密切[6，7]。取夏季北半球200hPa高度场上1250dagpm等值线包围的反气旋环流作为南亚高压体[5]，七个特征指数的定义如下。

1.1     面积指数

北半球30W～0～180～170W范围内位势高度≥1250dagpm等值线的格点数。

1.2     强度指数

北半球30W～0～180～170W范围内位势高度≥1250dagpm等值线的网格点上平均高度值编码（1251编码为1，1252编码为2，1253编码为3，其余类推）之和。

1.3     南（北）界指数

南亚高压的南（北）侧1250dagpm等值线与北半球30W～0～180～170W范围内经线相交点的纬度平均值。

1.4     脊线指数

取北半球30W～0～180～170W范围内南亚高压体脊线（200hPa纬向东风和西风交界处，u≈0）与经线相交点的纬度平均值。

1.5     东（西）伸脊点指数

北半球30W～0～180～170W范围内，1250dagpm等值线最东（西）端所在经度。

以上定义中，面积指数越大，南亚高压体越大;强度指数越大，南亚高压则越强;南（北）界指数越大，南亚高压体位置越偏北;脊线指数越大，南亚高压的脊线越偏北;东伸脊点指数越大，南亚高压向东伸展就越明显;西伸脊点指数越小，南亚高压向西伸展就越明显;反之亦然。

2     南亚高压年代际变化在NCEP和ERA-40再分析资料中的對比

图1为NCEP数据计算的夏季南亚高压强度、面积、南界、北界、东伸脊点、西伸脊点和脊线指数的标准化序列。从图中可以看出，南亚高压的强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点存在显著的年代际变化，在19世纪70年代末、19世纪90年代初、20世纪初发生了3次明显的年代际突变，第一次突变很多文献中已提到[5，8-9]，但第二次和第三次突变少有文献提到。脊线在19世纪70年代末有明显的年代际转折，而北界的年代际变化特征不明显。

图2是ERA-40数据计算的夏季南亚高压强度、面积、南界、北界、东伸脊点、西伸脊点和脊线指数的标准化序列。从图中可以看出，南亚高压的强度、面积、南界、北界、东伸脊点、西伸脊点、脊线均具有显著的年代际变化，在19世纪70年代末发生了明显的年代际突变。

以上分别用NCEP和ERA-40数据对夏季南亚高压特征指数年代际变化进行了分析，对比两套数据结果表明，夏季南亚高压强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点在19世纪70年代末呈现出了一致的年代际变化特征;NCEP数据计算的夏季南亚高压的强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点在19世纪90年代初、20世纪初还有2次明显的年代际突变，而ERA-40数据描述的各指数这2次年代际变化不明显;NCEP和ERA-40数据计算的夏季南亚高压脊线均在19世纪70年代末发生年代际转折;NCEP数据计算的夏季南亚高压北界的年代际变化特征不明显，而ERA-40数据计算的夏季南亚高压北界在19世纪70年代末有明显的年代际变化。

在19世纪70年代末之前，NCEP数据计算的夏季南亚高压强度、面积比ERA-40的弱、南界（北界）比ERA-40的偏北（南）、东（西）伸没有ERA-40的明显，19世纪70年代末—19世纪90年代初，NCEP数据计算的夏季南亚高压强度、面积比ERA-40的强、南界（北界）比ERA-40的偏南（北）、东（西）伸比ERA-40的明显，19世纪90年代初—20世纪，NCEP数据计算的夏季南亚高压强度、面积又比ERA-40的弱、南界（北界）比ERA-40的偏北（南）、东（西）伸没有ERA-40的明显。脊线变化规律不如其他指标明显。所以NCEP和ERA-40数据计算的夏季南亚高压各指数的年际变化趋势较一致，ERA-40资料描述的各指数异常程度较弱。

上面定量比较南亚高压年代际转折前、后的特征指数变化情况，表1给出了NCEP、ERA-40数据计算的夏季南亚高压各指数在1960—1977年、1978—1991年、1992—2002年和2003—2015年这4段时期的差异。NCEP数据计算的夏季南亚高压强度经历了弱、强、弱、强的年代际变化，ERA-40数据计算的夏季南亚高压强度为由弱到强的年代际变化。NCEP数据计算的夏季南亚高压面积经历了小、大、小、大的年代际变化，ERA-40数据计算的夏季南亚高压面积为由小到大的年代际变化。NCEP数据计算的夏季南亚高压北界经历了南、北、南、北的年代际变化，ERA-40数据计算的夏季南亚高压北界为由北到南的年代际变化，北界的年代际变化强度很弱。NCEP数据计算的夏季南亚高压南界经历了北、南、北、南的年代际变化，ERA-40数据计算的夏季南亚高压南界为由北到南的年代际变化。NCEP数据计算的夏季南亚高压脊线在19世纪70年代末之后偏南，19世纪90年代初和20世纪初2次年代际变化不明显，ERA-40数据计算的夏季南亚高压脊线经历了由偏北到偏南的年代际变化。NCEP数据计算的夏季南亚高压东伸脊点经历了东伸不明显、明显、不明显、明显的年代际变化，ERA-40数据计算的夏季南亚高压东伸脊点为东伸不明显到明显的年代际变化。NCEP数据计算的夏季南亚高压西伸脊点经历了西伸不明显、明显、不明显、明显的年代际变化，ERA-40数据计算的夏季南亚高压西伸脊点为西伸不明显到明显的年代际变化。

表2给出了NCEP和ERA-40数据在1960—2002年期间的相关系数，虽然2种数据存在一定的差别，但仍具有较高的相关性，各指数的相关系数在0.7（北界）～0.823（南界），均通过0.001置信度的显著性检验。

3     结论

本文利用1960—2015年NCEP再分析资料和1960—2002年ERA-40再分析资料对比分析南亚高压年代际变化特征，得到以下结论。NCEP数据计算的夏季南亚高压强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点存在显著的年代际变化，在19世纪70年代末、19世纪90年代初、20世纪初发生了3次明显的年代际突变，脊线在19世纪70年代末有明显的年代际转折，而北界的年代际变化特征不明显。

ERA-40数据计算的夏季南亚高压强度、面积、南界、北界、东伸脊点、西伸脊点、脊线均具有显著的年代际变化，在19世纪70年代末发生了明显的年代际突变。

对比2套数据结果表明，南亚高压强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点在19世纪70年代末呈现出了一致的年代际变化;NCEP数据计算的南亚高压的强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点在19世纪90年代初、20世纪初还有两次明显的年代际突变，而ERA-40数据描述的各指数这两次年代际变化不明显;NCEP和ERA-40数据计算的南亚高压脊线均在19世纪70年代末发生年代际转折;NCEP数据计算的南亚高压北界的年代际变化特征不明显，而ERA-40数据计算的南亚高压北界在19世纪70年代末有明显的年代际变化。ERA-40资料描述的各指数异常程度较NCEP弱。

NCEP数据计算的强度经历了弱、强、弱、强的年代际变化，ERA-40数据计算的强度为由弱到强的年代际变化。NCEP数据计算的面积经历了小、大、小、大的年代际变化，ERA-40数据计算的面积为由小到大的年代际变化。NCEP数据计算的北界经历了南、北、南、北的年代际变化，ERA-40数据计算的北界为由北到南的年代际变化，强度均很弱。NCEP数据计算的南界经历了北、南、北、南的年代际变化，ERA-40数据计算的南界为由北到南的年代际变化。NCEP数据计算的东伸脊点经历了东伸不明显、明显、不明显、明显的年代际变化，ERA-40数据计算的东伸脊点为东伸不明显到明显的年代际变化。NCEP数据计算的西伸脊点经历了西伸不明显、明显、不明显、明显的年代际变化，ERA-40数据计算的西伸脊点为西伸不明显到明显的年代际变化。NCEP、ERA-40数据计算的脊线均在19世纪70年代末之后经历了由偏北到偏南的年代际变化。

虽然2种数据存在一定的差别，但仍具有较高的相关性，各指数的相关系数在0.7～0.823，均通过0.001置信度的显著性检验。差异原因有待进一步研究。

参考文献

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