西太平洋副热带高压经向移动特点与中国华南前汛期降水外文翻译资料

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西太平洋副热带高压经向移动特点与中国华南前汛期降水

杨辉 孙淑清

大气科学和地球物理流体动力学数值模拟的国家重点实验室，大气物理研究所，中国科学院，北京 100029

摘要：本文使用NCEP/NCAR再分析数据、来自中国气象局的降水数据、美国国家海洋和大气管理局的海洋表面温度数据来研究华南出于前汛期时西太平洋副热带高压位置的经向分布差异特点以及相关的降水和环流特点，而且，海洋表面温度（SST）、西太平洋副热带高压（SHWP）、东亚冬季风之间的相互作用也在研究之中，与华南前汛期西太副高的经向分布差异相关的中、低纬地区的气流运动方式也是不同的，环流异常也会对华南前汛期的降水产生较大的影响。当西太副高偏西时，华南地区的准静止锋很强且伴随充沛的降水；然而，当西太副高偏东时，华南地区的冷锋较弱，锋面附近无降水。在热带地区，西太副高的经向位置与海洋表面温度存在明显的关系，在热带太平洋中部、东部和印度洋地区存在负相关，这意味着，海洋表面温度的高（低），对应着西太副高的偏西（东），这种密切的关系甚至在之前的秋天和冬天都有体现。往年的秋天和冬天，在太平洋西部和北部和大型相关系数值也有正相关关系，很强的东亚冬季风会使黑潮和中国南部海洋地区的海洋表面温度更低，并且，它与冬天和第二年春天太平洋中部和东部消极的海洋表面温度异常相对应、与西太平洋显著的海洋表面温度异常相对应。总得来说太平洋中部、东部正的（负的）海洋表面温度异常、太平洋西部负的（正的）海洋表面温度异常与西太副高位置的偏西（东）相对应。

关键词：副热带高压的经向分布；大尺度循环；降水；海洋表面温度；东亚冬季风

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1. 介绍

中国南部是中国降水最充沛，短时强降水最多，雨季最长的地区（4月到9月），大多数的强降水是源于冷空气和热带地区潮湿暖空气的相互作用，4月到6月这一时期是华南雨季的第一个阶段，称之为前汛期，产生了整个雨季40%到50%的降水量。通常地说，前汛期从四月中旬到六月中旬通常也有严重的水灾。华南前汛期的降水有显著的年代际变化，这种变化受西太平洋副热带高压经向移动特征的影响，也受赤道东太平洋和前冬春季暖池区海洋表面温度的影响。

这表明西太平洋副热带高压的经向位置与中国南部华南前汛期的降水有显著的关系。学习它们与海洋表面温度异常的关系是一个重要的课题。东亚冬季风影响即将到来的春季和夏季的环流和海温在南中国海及邻近海域附近的亚洲大陆和冬季和春季的热带太平洋。海洋表面温度对冬季和夏季环流之间的联系起了至关重要的作用。因此，东亚冬季风和西太副高的经向位置的关系也值得我们探究学习。

众所周知，只要有少部分人专注于研究西太副高的经向位置变化。在鲁（2001）的研究中，西太平洋副热带高压的经向位置指数被定义为在850hPa，10°-30°N，110°-130°E地区的平均地理高度距平。但是，西太副高经向移动的年代际变化揭示了高度逐渐增加的趋势。根据我们以前的研究，我们提出了一个新的关于西太副高经向位置的指数。我们在一个特定的区域上使用平均相对涡度避免了以前使用的基础上归纳出的高度。这篇论文正是使用这种方法，计算了西太副高经向位置的时间序列，然后，我们研究了西太副高经向位置的异常对中国南部降水的影响。不同海域不同季节的海洋表面温度异常和西太副高经向位置的关系也被深入研究。为了揭示东亚冬季风对西太副高经向位置的影响，一些大气异常现象（500百帕位势高度，1000百帕风场）将被比较性地分析。

本文使用NCEP/NCAR再分析数据（1951年-2000年2.5°times;2.5°网格数据），使用中国730个站的降水资料。被郭和王（1981）提出的中国南方华南前汛期时期也被引用。

1. 中国南方华南前汛期时期西太平洋副热带高压的经向位置

我们计算了在副热带高压西侧相对涡度，这是由于这里有大曲率的涡度波动。图1a给出了1951年到2000年华南前汛期500百帕相对涡度的标准差。很明显，中国南方海区西太副高指数的大值区说明在这个地区有明显的西太副高指数的年代际变化。为了更好地定义这个地区，我们选择了标准差的最大值区来计算各点涡度的相关系数，绘成图1b。可以看出，相关系数大的区域与标准差大的区域基本一致。因此，我们选择了12.5-22.5N，110-135E地区计算平均相对涡度来定义西太副高经向移动指数。显然地，负异常涡的位置意味着副热带高压西伸，相反，正异常涡度意味着西太副高的东退。图1c给出了归一化偏差的纵向位置偏北年指数的年度系列。对绝对值较大的一个归一化偏差比副热带高压异常的纵向位置来选择如表1所示。以下几节的综合研究以这些例子为基础。

1. 与西太副高经向位置异常相关的环流系统

3.1 500百帕位势高度

图2a和2b分别展示了中国南方华南前汛期时期西太副高西部和东部的合成。西太副高偏西的情况下，根据5860gpm轮廓，山脊西端向西移动到印度支那半岛西部，位置异常发生在从南中国海到孟加拉湾的大面积地区。这与西太副高偏西时形成鲜明对比，其中5860gpm轮廓的西端想菲律宾东部推出，负位置高度异常出现在热带西部孟加拉湾地区。这明显揭示了西太副高东部地区和西部地区之间不同的环流系统。

在这种情况下，中高纬度地区的异常情况也不同。在西部的例子中，在俄罗斯山区和东西伯利亚到鄂霍兹克地区发现了正异常，这意味着这些地区山脊发达。贝加尔湖西部有负距平场，意味着西风带的槽加深，在西太副高偏东的情况下，西风带的一场高度场与偏西使存在显著的差异，与后者相差甚远，这意味着纬向流以较弱的子午线为主。这表明西太副高的纵向移动与西风带中的环流变化有关。

3.2 850百帕风场

图3描述了850百帕异常风的复合场，西太副高偏西时，位于西太平洋到孟加拉湾地区有异常的反气旋式循环。这说明西太副高西伸并控制这些地区。在西太副高偏东时，20°N以南是一个异常的气旋循环，意味着西太副高较弱并且东退。现在让我们看看中国南方西太副高北部的模式。在西太副高偏西时，异常环流系统北部的西北风与中国南方的环流系统结合形成了强烈的辐合区，形成了异常北风。然而，在西太副高偏东时，中国南方地区主要受异常气旋环流西北侧的西北风和异常南方组成的异常辐散气流控制。这种模式明显不利于维持中国南方的环流系统。这说明，西太副高的经向位置异常将导致中国南方异常降水。

850百帕的水汽通量分布与风场的分布一致（图略）。西太副高偏西时，中国南方水汽充足且有强烈的水汽通量辐合。当西太副高偏东时，水汽大量减少，水汽辐散。

3.3 垂直环流系统

3.3.1 500百帕垂直速度

西太平洋副热带高压的纵向位置异常伴随着不同的垂直速度场。图4给出了500百帕p坐标垂直速度。西太副高偏西和偏东时的垂直速度场有显著的区别。西太副高偏西时，中国南海到西太平洋地区呈现出正的p坐标垂直速度异常。这意味着，中国南方海洋的有向下的垂直速度，图2a中的西太副高将向西延伸。相反，中国南方沿海有显著的负的p坐标垂直速度。从图2b上可以看出，下沉气流向东移动与西太副高的东移有关。

此外，华南地区出现了p坐标垂直速度模式的明显差异。当西太副高偏西时，华南地区有负垂直速度，有显著的上升运动，这意味这该地区的上升运动比正常水平强。当西太副高偏东时，华南地区有正的p坐标垂直速度异常，意味着上升运动减弱。这与图三风场得出的结论相同。因此，当西太副高偏西时，有强的风场辐合，水汽通量辐合。当西太副高偏东时，风场辐散，水汽通量辐散导致下沉运动。

3.3.2 垂直环流系统

西太副高偏西和偏东时的热带地区的垂直环流系统也有不同。图5是0-5°N的平均垂直环流系统，阴影面积为上升运动。当西太副高偏西时，赤道东太平洋和印度洋都有显著的上升运动。但是，西太平洋的垂直环流系统就比较复杂，而且暖池区域出现异常上升运动，中国南方海洋出现异常下沉运动。有趣的是，我们注意到当西太副高偏东时的情况刚好与之相反，赤道东太平洋和印度洋有下沉运动，暖池区与中国南方海域也有下沉运动。可以明显得看出，这些地区的垂直环流系统与西太平洋副热带高压的经向位置存在明显的相关关系。可以预测，这些地区的垂直环流系统还与第五部分中的热带海洋表面温度异常有关。

1. 西太平洋副热带高压的经向位置与华南前汛期降水

西太平洋副热带高压的经向位置影响中国南方地区的降水。图6a是中国730个站华南前汛期的西太副高指数与华南前汛期降水的相关系数。相关图清楚地显示了华南地区相关系数高的区域。相关系数最大值超过0.3，比统计学意义水平高出了0.05.这证明当西太副高西伸时，中国南方华南前汛期降水增加。相反，当西太副高东退时，华南前汛期降水减少。

图6b是西太副高偏西和偏东时华南雨季中国730个站的降水复合差异。它说明，中国南方的差异超过2mmd^-1，，这意味着华南前汛期降水差异的综合超过130mm。从图6也可以看出，长江流域和华北地区的相关系数和差异都非常小。这也说明，西太平洋副热带高压的经向位置对中国南方华南雨季的降水有相当大的影响，这与上边讨论的风场，水汽通量场和垂直速度场一致。

1. 西太平洋副热带高压的纵向位置对海洋表面温度异常的影响

5.1海洋表面温度异常和西太副高经向位置异常的关系

华南前汛期时期西太副高的位置大部分在海域而不是中国南部。西太副高的位置异常受到海洋表面温度异常的影响。因此，我们计算了西太副高的位置异常和海洋表面温度异常的相关系数来研究它们的关系（图7a）。可以看出，热带东太平洋，热带印度洋和南海有三个负相关系数区，显著水平都高于0.05，这说明当西太副高偏西时，这三个区域的海洋表面温度比正常水平高，相反，当西太副高偏东时，这三个区域海洋表面温度低于正常水平；对于热带西太平洋来说，高的（低的）海洋表面温度与西太副高的西伸（东退）相适应。

5.2 西太副高对海洋表面温度异常的滞后效应

我们通过计算一系列的西太副高经向位置异常与前一时刻的海洋表面温度异常的落后交叉相关系数来研究它们之间的关系。图7b是华南前汛期时期的西太副高指数与先前冬季时的海洋表面温度异常系数的相关系数。通过比较图7a与图7b，图7b的热带西太平洋上的相关系数明显大于图7a。然而，在中国南海和其临近的海域，相关系数的数值图7b小于图7a。除此之外，图7b的热带西太平洋和图7a相比有很大的正相关。

实际上，这种关系更早得存在与先前的秋季。图8a是相关系数的时间截面。从图片上可以看出，在热带印度洋（60°-100°E），在先前的春季和华南前雨季有更高的相关系数值。热带东太平洋上的上一个秋季和冬季，负相关系数小于-0.4.这种现象说明热带东太平洋先前秋季和冬季的海洋表面温度或许可以作为华南前汛期西太副高经向位置变化的信号。

在15°N这一部分中，只有在华南前汛期中国南海有较高的相关系数值。然而，在暖池区域，在更早的秋天直到华南前汛期都有很高的正相关。这说明，当先前的秋天到春天暖池区域的温度偏低（偏高）时，华南前汛期西太副高的经向位置更偏西（偏东）。

经过以上的讨论，我们或许可以总结出，先前季节的异常的海洋表面温度可能可以作为一个很好的华南前汛期西太副高的变化讯号。然而，在不同海域的海洋表面温度异常对西太平洋副热带高压的影响也有不同。

1. 东亚冬季风和西太副高经向位置的关系

从最后一节的结果可以看出，先前的冬季和春季的海洋表面温度异常在很大程度上将会影响西太副高的经向位置。以前的研究指出，在冬季和春季中国南方海域及其临近地区亚洲大陆附近的海域和热带太平洋的海洋表面温度与东亚冬季风有紧密的联系。强的（弱的）季风区对应着低的（高的）海洋表面温度，它也与中东太平洋负的（正的）海洋表面温度异常相对应，也与西太平洋正的（负的）海洋表面温度异常相对应。因此，冬季风与西太副高经向位置之间有可能存在一定的联系。

使用500百帕的环流模式来描述冬季风的强度，我们分别描绘了西太副高偏西和偏东年前一个冬天高度异常的复合图标（图9）。在西太副高偏西年（图9a），东亚主要槽区的高度呈正的异常情况，表面槽较弱。相反，在西太副高偏东年（图9b），主要槽区的高度呈现负的异常情况，表面槽较强。这意味着，当主要槽区向南伸展并且加强时，前一个冬天的冬季风区较强，华南前汛期西太副高的经向位置偏东，相反，弱的冬季风区则对应这西太副高的经向位置偏西，这个结果也与上述的海洋表面温度与西太副高经向位置的关系相同。

孙和陈（2000）和陈和孙（1999）使用特定区域1000百帕的风矢量的平均v分量来表示冬季风的强度。冬季1000百帕的异常风分量综合图表包括西太副高偏西年和西太副高偏东年的情况（图10）、在西太副高偏西年（图10a），有从大陆海岸到菲律宾海域出现异常的南风，表明冬季季风较弱，然而，在西太副高偏东年（图10b），这些地区出现异常的北风说明冬季风较强。这与图9得出的结论相同。

对图9和图10进行显著性检验，显著性水平在90%-95%的地区主要在低纬度地区。这只是未来春天和冬天的副热带高压位置。这说明冬季季风爆发对下个季节的影响很大程度上去接于它如何改变低纬度

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