夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

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1、2001210212收到 2002203226收到修改稿 3 国家自然科学基金资助项目40135020及中国科学院资源环境领域知识创新工程重要方向项目KZCX2 203 和ZKCX2 SW 210共同资助 夏季西太平洋副热带高压异常时的 东亚大气环流特征 3 张庆云 陶诗言 中国科学院大气物理研究所 北京100080 摘 要 利用NCAR NCEP月平均再分析资料 探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚 热带季风 梅雨锋及中高纬环流的变化特征 研究表明 夏季西太平洋副热带高压脊线异常 偏南或脊点异常偏西时 东亚夏季风环流偏弱 850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反 气旋性环流 副热带地区

2、呈气旋性环流 500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减 弱 梅雨锋区上升运动加强 500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压 高纬冷 空气直达中纬度 梅雨锋扰动加强 造成江淮流域汛期降水偏多 夏季西太平洋副热带高压 脊线异常偏北或脊点异常偏东时 东亚夏季风环流偏强 东亚大气环流系统的活动出现了与 上述情况相反的异常型 江淮流域汛期降水偏少 关键词 副热带高压 大气环流 夏季降水 1 引言 西太平洋副热带高压 简称西太副高 位于北半球对流层中层西太平洋上 夏季 其南侧的区域受西南和东南气流影响形成东亚热带辐合带 季风槽 其北部区域受北 上的西南和东南气流形成的偏南气流与来

3、自中高纬度的西北和东北气流影响形成东亚 副热带辐合带 梅雨锋 夏季中国东部的天气和气候状况与东亚地区这两条辐合带的 强弱变化密切相关 1 3 近年来 中国气象工作者除了对北太洋副热带高压变化做了 深入研究外 4 7 还对夏季副高与东亚环流及天气 气候的变化做了大量研究 发现 夏季东亚天气气候的异常与西太平洋副热带高压异常有关 西太副高位置及强度的年 际 季内异常造成东亚天气 气候的异常 8 11 许多研究还指出夏季西太平洋副热带 高压形态的南北向和东西向的位移 不仅有显著的年际变化 还有显著的季内变 化 12 17 西太副高的变化还受东亚高纬环流的制约和影响 18 19 然而迄今为此 夏季 西

4、太副高异常时其东亚热带 副热带及中高纬度环流间的联系及其特征并不十分清楚 为了弄清夏季西太副高异常时东亚大气环流演变过程各系统的变化特征及其天气气候 异常的物理成因 本文根据NCEP NCAR月平均再分析资料和国家气候中心提供的1951 1998年逐月西太平洋副热带高压脊线和脊点位置 探讨夏季季节内西太副高异常时 第27卷 第3期 2003年5月 大气科学 Chinese Journal of Atmospheric Sciences Vol127 No13 May 2003 东亚热带 副热带季风环流及中高纬环流的演变及其中国东部汛期降水的特征 2 夏季西太副高异常时东亚季风环流特征 由于亚洲

5、夏季风的建立 北半球副热带高压系统在东经60 120 E的亚洲季风区内 出现断裂 夏季北太平洋副热带高压中心一直位于北太平洋160 180 E处 多年6 8 月平均的西太副高西伸脊点位于120 E 脊线位于2416 N 多年平均的6 7 8各月西 太副高西伸脊点分别位于118 E 121 E 122 E 这表明6 8月西太副高西脊点位置是 逐渐东撤 多年平均的西太副高脊线4月位于1411 N 5月位于1610 N 6月位移到 2013 N 7月到达2512 N 8月位于2715 N 西太副高脊线位置变化在5 8月最强烈 5 8月平均北移1115 夏季西太副高脊线 脊点位置不仅有较大的年际变化还

6、有显著 的月际变化 北半球副热带高压的年际 季节和季内变化 在亚洲季风区表现最为显 著 故本文对夏季6 7 8各月西太副高变化分别进行讨论 我们定义夏季各月西太副 高西伸脊点位置与相应月的多年月平均差值大于15 则称西伸脊点位置偏东 小于 15 则称西伸脊点位置偏西 夏季各月西太副高脊线位置与相应月的多年月平均差值大于 3 则脊线位置偏北 小于 3 则脊线位置偏南 根据国家气候中心提供的1951 1998年各月西太平洋副热带高压脊线位置资料 分别对6 7 8各月西太平洋副热带高压脊线 脊点位置 图略 变化做了分析 6月 西太副高脊线变化图表明 1969 1973 1993和1995年副高脊线位

7、置偏南 位于 17 N 1955 1961 1963 1974和1976年西太副高脊线位置偏北 位于23 N 图1a 是6月西太副高脊线位置偏南年850 hPa矢量风距平合成图 从图可见 矢量风距平场 上的东亚热带地区 10 20 N 出现一个闭合的反气旋性环流 表明东亚热带季风环流 偏弱 东亚中纬度地区 30 40 N 为一个闭合的气旋性环流 说明东亚梅雨锋区环流 加强 我们对7月和8月西太副高脊线偏南年 注 6 7 8月各自异常年不一定相同 也分别做850 hPa矢量风距平合成图 图略 发现它们都与6月情况相似 即7月或8 月西太副高脊线偏南时 850 hPa矢量风距平场上东亚 西太平洋上

8、的热带地区呈现为 反气旋性环流 副热带地区矢量风距平为气旋性环流 由于脊线变化存在季内北移现 象 其中心位置比6月略偏北 这说明夏季西太副高脊线位置异常偏南时 东亚夏季 风环流减弱 图1b是6月西太副高脊线偏北年850 hPa矢量风距平合成图 从图1b可 见 矢量风距平场上东亚 西太平洋热带地区呈气旋性环流 表明东亚热带季风环流 加强 中纬度呈反气旋性环流 说明梅雨锋区环流减弱 我们对7月和8月的西太副高 脊线偏北年分别做850 hPa矢量风距平合成图 图略 发现它们都与6月情况相似 即7月或8月西太副高脊线偏北 850 hPa矢量风距平场上东亚 西太平洋的热带地区 呈现为气旋性环流 中纬度地

9、区矢量风距平为反气旋性环流 这说明夏季西太副高脊 线位置异常偏北时 东亚夏季风环流加强 1951 1998年6 7 8各月西太平洋副热带高压西伸脊点变化图 图略 表明 1960 1963 1974 1984 1985和1986年6月副高西伸脊点位置异常偏东 位于135 E 左右 1953 1954 1959 1979 1980 1983 1987 1993和1995年6月西太副高西伸 脊点位置异常偏西 位于100 E左右 073 大 气 科 学27卷 图1 6月850 hPa矢量风距平合成图 单位 m s 1 a 西太副高脊线异常偏南 b 西太副高脊线异常偏北 图2a是6月西太副高西伸脊点偏西

10、年 100 E左右 850 hPa矢量风距平合成图 850 hPa矢量风距平场上东亚 西太平洋热带地区出现一个闭合的反气旋性环流 其中 心位于 20 N 125 E 图2a 中纬度地区的矢量风距平呈现为气旋性环流 对7月 和8月西太副高脊点偏西年分别做850 hPa矢量风距平合成图 图略 发现它们亦与6 月情况相似 即西太平洋热带地区矢量风距平为反气旋性环流 中纬度地区呈现为气 旋性环流 东亚夏季风环流减弱 图2b是6月西太副高西伸脊点偏东年 135 E左右 850 hPa矢量风距平合成图 850 hPa矢量风距平场上的西太平洋上热带地区呈气旋性环 流 其中心位于 20 N 130 E 西太平

11、洋的中纬度地区呈反气旋性环流 图2b 说 明梅雨锋区的低压环流减弱 而东亚热带季风环流加强 7月和8月西太副高脊点偏东 年的850 hPa矢量风距平合成图 图略 都与6月西太副高脊点偏东年情况相似 即 东亚热带季风环流加强而东亚梅雨锋区低压环流减弱 进一步分析发现 西太副高西伸脊点位置异常偏西与脊线位置异常偏南时的环流 特征相似 即东亚热带地区出现反气旋性距平环流 东亚梅雨锋区出现气旋性距平环 流 见图1a和2a 此时东亚夏季风环流偏弱 西太副高西伸脊点异常偏东与脊线位 置异常偏北时的环流特征相似 即东亚热带地区出现气旋性距平环流 东亚梅雨锋区 出现反气旋性距平环流 见图1b和图2b 东亚夏季

12、风环流偏强 上述现象与我们所 看到的实际天气过程一致 即西太副高脊线位置偏南时其西脊点位置往往偏西 东亚 173 3期张庆云等 夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征 图2 6月850 hPa矢量风距平合成图 单位 m s 1 a 西太副高脊点异常偏西 b 西太副高脊点异常偏东 夏季风环流减弱 西太副高脊线位置偏北时其西脊点位置往往偏东 东亚夏季风环流 加强 为了进一步说明西太副高脊线 脊点位置异常时东亚夏季风环流强弱特征 图3a b c d分别给出6月西太副高脊线偏南 偏北及脊点偏西 偏东时500 hPa高度上垂 直速度距平图 图3表明 西太副高脊线偏南 图 3a 与西太副高脊点偏西

13、 图 3c 的情况相似 即东亚热带季风槽区垂直速度的距平值大于0 而东亚梅雨锋区垂直速度 的距平值小于 0 w 0表示下沉运动 w 0表示上升运动 可见夏季西太副高脊线 偏南或西脊点偏西时 东亚热带季风槽区辐合上升运动减弱 东亚夏季风环流较弱 梅雨锋区辐合上升运动加强 西太副高脊线偏北 图 3b 与西太副高脊点偏东 图 3d 的情况相似 垂直速度距平场上东亚热带季风槽区w 0 可见夏季西 太副高脊线偏北或西脊点偏东时 东亚热带季风槽区辐合上升运动加强 东亚夏季风 环流较强 梅雨锋区辐合上升运动减弱 综上所述 夏季位于西太副高两侧的东亚热带季风槽和梅雨锋的强度与西太副高 形态异常有关 东亚季风区

14、的风场和垂直速度场的变化表明 西太副高西脊点偏西或 脊线偏南 东亚夏季风环流减弱 西太副高西脊点偏东或脊线偏北 东亚夏季风环流 加强 273 大 气 科 学27卷 图3 6月500 hPa垂直速度距平合成图 单位 Pa s 1 w 0表示下沉运动 w0表示下沉运动 w 0表示上升运动 a 1978年 b 1998年 673 大 气 科 学27卷 为了更清楚地说明降水多寡年东亚热带和副热带季风环流强弱变化 图7a b分别给出 1978 1998年6 7月平均的500 hPa垂直速度的距平图 降水偏少年东亚热带季风槽区 垂直速度距平值小于0 而梅雨锋区垂直速度的距平值大于 0 见图7a 表明东亚热

15、带 季风区辐合上升运动加强 梅雨锋区辐合上升运动减弱 这种分布特征与西太副高脊 线偏北年的形势一致 降水偏多年东亚热带季风槽区垂直速度距平值大于0 而梅雨锋 区垂直速度的距平值小于 0 见图7b 表明东亚热带季风区辐合上升运动减弱 梅雨 锋区辐合上升运动加强 这种分布特征与西太副高脊线偏南年的形势一致 图8a b分别给出1978 1998年6 7月平均的500 hPa高度距平图 降水偏少年 500 hPa位势高度距平场上 东亚高 中 低纬分别呈现为低 高 低的位势高度距平 波列 同时在欧亚 0 150 E 高纬地区出现东 西向的低 高 低距平波列 见图 8a 鄂霍次克海区域是两支距平波列的负距

16、平区 表明鄂霍次克海地区位势高度偏 低 没有出现阻塞高压 东亚环流这种分布特征与西太副高脊线偏北年的合成图相似 降水偏多年500 hPa位势高度距平场上 东亚高 中 低纬分别呈现为高 低 高的位 势高度距平波列 同时在欧亚 0 150 E 高纬地区出现东 西向的高 低 高距平波 列 见图 8 b 鄂霍次克海区域是两支距平波列的正距平区 表明鄂霍次克海地区位势高 度偏高 出现阻塞高压 东亚环流这种分布特征与西太副高脊线偏南年形势相似 图9a b分别给出1978 1998年6 7月平均的700 hPa温度距平图 降水偏少年 图8 6 7月平均的500 hPa高度距平图 单位 gpm a 1978年

17、 b 1998年 773 3期张庆云等 夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征 的冷空气沿着高纬向东扩展 东亚高纬为温度负距平区 江淮流域为正距平区 见图 9a 中高纬温度距平的这种特征与副高脊线位置偏北年温度距平场的形势相似 降水 偏多年东亚高纬为温度正距平区 江淮流域为负距平区 见图9b 表明江淮流域冷空 气较强 中高纬温度距平的这种分布与副高脊线位置偏南年温度距平场的形势相似 图9 6 7月平均的700 hPa温度距平图 单位 K a 1978年 b 1998年 从上可见 夏季江淮流域降水偏多 偏少年850 hPa东亚季风环流 700 hPa温度场 及500 hPa高度场的形势有

18、明显不同 夏季江淮流域降水偏多年 鄂霍次克海地区出现 阻塞高压 江淮流域冷空气偏强 梅雨锋低压扰动加强 东亚季风环流偏弱 这种环 流特征与西太副高脊线偏南 脊点偏西的环流型一致 夏季江淮流域降水偏少年 鄂 霍次克海地区无阻塞高压 江淮流域冷空气偏弱 梅雨锋低压扰动减弱 东亚季风环 流加强 这种环流特征与西太副高脊线偏北 脊点偏东的环流型一致 这表明西太副 高形态位置的异常对东亚大气环流及江淮流域汛期降水的多寡有重要影响 夏季西太 平洋副热带高压的异常是造成东亚大气环流及天气气候异常的最重要原因之一 5 结论 本文分析了夏季西太平洋副热带高压形态异常时的东亚环流特征 探讨了江淮流 域汛期降水异常

19、时的东亚环流型 研究表明夏季江淮流域降水异常偏多 少 时的东 873 大 气 科 学27卷 亚热带季风槽 梅雨锋 中高纬度环流型及冷空气的活动与西太平洋副热带高压脊线 异常偏南 北 脊点偏西 东 时的环流特征一致 夏季西太平洋副热带高压形态异 常是东亚大气环流及天气气候异常的最重要原因之一 主要结论如下 1 多年平均的6 8月西太平洋副热带高压脊线位于2413 N 脊点位于120 E 夏季西太副高脊线比正常位置偏南或脊点偏西时 500 hPa高度场上亚洲地区的大气环 流出现南北向和东西向的两支 的距平波列 鄂霍次克海地区为阻塞高压控制 高纬冷空气路径偏南 东亚中纬度冷空气偏强 梅雨锋区低压扰动

20、加强 东亚夏季风 环流减弱 夏季江淮流域降水偏多 2 夏季西太副高脊线比正常位置偏北或脊点偏东时 500 hPa高度场上亚洲地区 的大气环流出现南北向和东西向的两支 的距平波列 鄂霍次克海地区无阻塞型 控制 高纬冷空气路径偏北 东亚中纬度冷空气偏弱 梅雨锋区低压扰动减弱 东亚 夏季风环流加强 夏季江淮流域降水偏少 参考文献 1 陶诗言 徐淑英 夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向流型的特征 1 气象学报 1962 32 91 1021 2 丁一汇等 北半球夏季全球热带和副热带200hPa平均辐散场的研究 气象学报 1987 45 120 1271 3 张庆云 陶诗言 夏季东亚热带和副热带季风与中

21、国东部汛期降水 应用气象学报 1998 9 增刊 16 231 4 黄士松 余志豪等 副热带高压结构及其同大气环流有关若干问题的研究 气象学报 1961 31 339 3591 5 黄荣辉 李维京 夏季热带西太平洋上空的热源异常对东亚上空副热带高压的影响及其物理机制 大气科学 1988 特刊 107 1161 6 吴国雄 刘屹岷 刘平 空间非均匀加热对副热带高压带形成和变异的影响I 尺度分析 气象学报 1999 57 3 257 2631 7 刘屹岷 刘辉 刘平等 空间非均匀加热对副热带高压带形成和变异的影响II 陆面感热加热与东太平洋副高 气象学报 1999 57 4 385 3961 8

22、陶诗言 徐淑英 夏季江淮流域持久旱涝现象的环流特征 气象学报 1962 32 1 181 9 陶诗言等 中国夏季副热带天气系统若干问题的研究 北京 科学出版社 1963 106 1231 10 黄荣辉 孙凤英 热带西太平洋暖池上空的对流活动对东亚夏季风季内变化的影响 大气科学 1994 18 4 456 4651 11 徐予红 陶诗言 东亚夏季风的年际变化与江淮流域梅雨期旱涝 灾害性气候的过程及诊断 北京 气象出 版社 1996 31 391 12 陶诗言 朱福康 夏季亚洲南部100毫巴流型的变化及其与副热带高压进退的关系 气象学报 1964 34 385 3951 13 董步文 丑纪范 西太

23、平洋副热带高压脊线位置季节变化的实况分析和理论模拟 气象学报 1988 46 3 361 3641 14 毕慕莹 夏季西太平洋副热带高压的振荡 气象学报 1989 47 468 4741 15 廖荃荪 赵振国 7 8月西太平洋副热带高压的南北位置异常变化及其对我国天气的影响 长期天气预报和日 地关系研究 北京 海洋出版社 1992 131 1391 16 喻世华 杨维武 季节内西太平洋副热带高压异常进退的诊断研究 1 热带气象学报 1995 11 214 2301 17 张庆云 陶诗言 夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究 气象学报 1999 57 4 539 5481 18 廖荃荪 赵振国

24、 东亚阻塞形势与西太平洋副高的关系及其对我国降水的影响 长期天气预报论文集 北京 气象出版社 1990 125 1341 19 张庆云 陶诗言 亚洲中高纬度环流对东亚夏季降水的影响 气象学报 1998 56 2 199 2111 973 3期张庆云等 夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征 The Anomalous Subtropical Anticyclone in Western Pacific and Their Association with Circulation over East Asia during Summer Zhang Qingyun and Tao Shi

25、yan Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Beijing100080 Abstract During summer the rainfall in Eastern China depended on the intensity of East Asian summer monsoon circulation the positionsof the subtropical anticyclone over the western Pacific and the blocking situation in hi

26、gh lati2 tude1It was pointed out that the intensityof East Asian summer circulation and the situation in high latitude over Asia were related to the aspects of subtropical anticyclone over the western Pacific1There is a large inter2annual variability for the ridge2line of the subtropical anticyclone

27、 over the western Pacific1The annual variabilityof the intensityof East Asian summer circulation is affected by the variation of the ridge2line of the subtropical anticyclone over the western Pacific1There are two convergence zones in East Asian summer monsoon system one is over the South China Sea

28、which is called the tropical monsoon trough or ITCZ the other is over the Yangtze2Huaihe River Valley that is called the Meiyu or Baiu frontal zone1There is a seesaw variation for the intensity between the tropical monsoon trough and Meiyu front over East Asia1When the ridge2line of subtropical anti

29、cyclone over the western Pacific shifted to southern northern than the normal the intensity of tropical monsoon trough over East Asia was weakened strengthened and the intensity of Meiyu front was strengthened weakened In meantime there was anomaly pattern in high latitude over Asia at 500 hPa height field which means there was was not the blocking situation over the Sea of Okhotsk and the Meiyu front was was not active1In this case the rainfall in the Yangtze River Valley was above below normal1 Key words subtropical anticyclone atmospheric circulation summer rainfall 083 大 气 科 学27卷