国家重点基础研究发展规划项目我国重大气候灾害的形成机理和预测

收稿日期:2002-04-17;修订日期:2002-06-10基金项目:国家重点基础研究发展规划项目我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究0作者简介:李江南湖南人,博士生,主要从事数值预报和热带气候研究。西太平洋副热带高压强度和位置的气候特征李江南11中山大学大气科学系,广东广州510275;21澳门地球物理暨气象局,澳门)利用45年西太平洋副热带高压5个特征指数的月平均资料,对副高强度和位置变化的气候特征进行了诊断研究。结果表明,副高的强度在一年中出现两次峰值,第一次出现在6第二次在9月。在45年里,副高强度有明显加强,副高位置有南落西移的趋势。副高强度存在3~年、10~13年的振荡周期,10~13年的周期振荡在1950、1960、1970年代占主要地位,年的周期振荡在1980、1990年代占主要地位。副高在1978年附近发生气候突变,副高强度由负距平为主转为正距平为主,而脊线位置正好相反。关键词:西太平洋副热带高压;强度;位置;气候特征中图分类号:P46311文献标识码:文章编号:1)01-0035-05西太平洋副热带高压以下简称副高)是东亚季风环流系统中的一个主要成员。

它的强度和位置的变化对中国雨带的进退有很大影响们应用国家气候中心提供的资料,对副高年变程、年际和年代际变化的气候特征进行了分析研究,资料和计算方法111资料和副高各特征指数的定义本文采用国家气候中心提供的19541998年12共540个月)逐月平均500hPa副高面积指数、强度指数、西脊点、脊线位置和北界位置的资料。对西脊点位置的数值加正负号偏西为正,偏东为负)面积指数:在5b@10b网格的500hPa位势高度图上,10bN以北,110bE~180bE范围内,平均位势高度大于588dgam网格点数称为副高的面积指数。强度指数:对平均位势高度大于588dgam格点的位势高度平均值与587dgam之差值进行累计取90bE~180b范围内588dgam等值线最西位置所在的经度定义为副高的西脊点。脊线位置:取110b~150bE范围内副高体脊可以看出每两条经线之间相差5b)交点的纬度的平均值定义为副高的脊线位置。北界位置:用副高北侧588dgam等值线与每交点的平均纬度值定义为副高的北界位置。112计算方法主要采用的是统计方法,如小波分析相关分析、滑动平均和Mann~Kendall突变检验等。

下面对小波分析做简单介绍。本文选取目前最普遍使用的复值小波Morlet这是一个波矢为X0并用单位宽度的Gaussian线来调整的平面波,通常取X0=610。信号f其中,vt为取样间隔,小波系数)可以得到信号不同的周期成份,但不能比较各周期成份之间能量贡献的大小。信号f的小波方差为:Wp故可以用来确定一个时间序列中各种尺度扰动的相对强度,对应峰值处的尺度称为该序列的主要第23TROPICALGEOGRAPHYVol123,No11Mar1,2003时间尺度。文中伸缩尺度与周期T有如下对应关系:4PaX0+是副高强度指数、面积指数、脊线位置和北界位置45年平均距平百分率的年变程曲线。从图可以看出,反映副高强度的面积指数和强度指数45年平均西太平洋副热带高压强度指数、面积指数、脊线位置和北界位置距平百分率的年变程Fig1145~yearlymeanannualvariationintensityindex,areaindex,positonridgelinepo-sitionnorthernboundarysubtropicalhighWesternPacific第二峰值出现在9反映副高位置年变程的脊线位置和北界位置的年变程是单峰型,峰值出现在8明显,副高位置的移动与北半球太阳辐射的年变程非常一致。

笔者认为副高的北移与太阳辐射的季节变化密切相关。而副高强度的年变程呈双峰型,峰出现的时间与华南的前汛期与后汛期出现的时间十分一致华南前汛期相应,在南海夏季风爆发后,华南降水增多,降水过程产生了大量潜热,潜热顺着西南季风向副高输送,这可能是副高强度月出现峰值的原因。副高第二次峰值出现在9此时西南季风虽已南退但与华南后汛期密切相关的台风等热带系统却非常活跃,台风降水释放的潜热可能是副高第二次加强的原因。副高强度和位置的年际变化特征311副高强度和位置的年际变化是副高强度指数、面积指数、西脊点和脊线位置标准化数值的年际变化曲线,横坐标是年,纵坐标是标准化数值。从图2可以看出,无论是副interannualvariationintensityindexareaindex0positionridgelinewesternextensionindexsubtropicalhighWesternPacific高强度还是副高位置都有很明显的年际变化,异常年很多。副高的强度指数和面积指数的年际变化趋势几乎相同,两者的相关系数为0197。我们假设标准化数值大于1异常年,标准化数值小异常年。按这个标准,无论是强度指数还是面积指数,在1978年以前都没有出现强异常年,之后则没有出现弱异常年,也就是说80年代后副高有明显增强的趋势。

在45年中就强度指数而分别为1956、1967、1968、1974、1975和1976分别为1983、1987、1988、1993、1994、1995强异常年要比弱异常年的标准化数值大得多。总的异常年数为13或面积指数)则正好相361978年以前没有出现负距平异常年,而1978以后没有出现正距平异常年。这显示副高强度偏强脊线偏南,而副高强度偏弱则脊线偏北,两者的相关系数达负0159。出现正距平异常年分别是1955、1956、1961、1962、1964、1971、1974、1975分别是1979、1983、1987、1988和1990年。总的异常年数为143。但正距平异常年比负距平异常年明显要多,也就是说80年代后副高脊线出现异常年份较少。很有意思的是,表明,副高西脊点和副高强度(或面积指数)的年际变化趋势十分一致,副高强年西脊点偏西,而副高弱年西脊点偏东,和预报员的实际经验很相符。副高西脊点与副高强度指数的相关系数高达0186。西脊点年际变化中的异常情况也与副高强度指数或面积指数)十分的相似,1978年以前没有出现正距平异常年,之后则没有出现负距平异常年,也就是说80年代以后西脊点有偏西的趋势。

出现负距平异常年副高西脊点偏东)或面积指数)的异常年特征各方面都很相似,正距平异常年的强度也比负距平异常年大,总的异常年数也是13年。特别要指我们把副高的强度指数与我们定义的南海季风爆发时间的年际变化进行了相关分析,结果发现两者有一定的负相关关系,但通不过显著 性检验。就是说, 在南海季风爆发时间较早的年份, 副高的强度可能较强; 而在南海季风爆发较晚的年 副高的强度可能就较弱。312 副高强度和位置变化的周期特征 为了讨论副高强度和位置变化的周期特征, 们对副高的5个特征指数都进行了小波变换。图3a 为副高强度指数的小波变换图。实线为正, 表示副 高较强, 虚线为负, 表示副高较弱。与面积指数相 脊线位置)Fig1 Morlet transformation subtropicalhigh WesternPacific intensityindex; ridgeline) 应的小波变换图与图3a 图形结构十分相似, 其实这 中已经反映出来了,为节省篇幅在此不再给 出。图3a 显示副高强度在整个频率域上表现出多时 间尺度的周期振荡特征, 其中对应低频大时间尺度 大于20年的周期) 副高有一个明显的周期性的强弱交替。

80 年代以后, 应副高由较弱期转为最强期,近几年仍处在最强期, 正的波幅还在发展, 可以看出未来几年还应是副高 较强的时期。从图上也可以清楚看到10~ 13 年的周期振荡。10~13 年的周期振荡在80 年代 中期以前比较稳定, 无论是正或负中心都在10 振幅变化不大。而80年代中期之后, 正负中心 的周期都增长至13 年左右。3~ 年周期振荡的振幅变化比较大, 有些年代等值线十分稀疏。3~ 周期长度也有增长的趋势,在80 年代以前周期长度 都在3 年左右, 而之后就增长到4 年左右了。 脊点的年际变化曲线非常相似。不难想象,它们的 小波变换图 也是非常相似的,基本特征也