季节内振荡影响西太平洋副热带高压两次北跳的机制

夏季期间,西太平洋副热带高压(简称副高)存在两次明显的北跳,其中第一次北跳导致华南前汛期结束、江淮梅雨建立,而第二次北跳则意味着江淮梅雨结束、华北雨季开始。本文基于观测资料和再分析数据,利用快速傅里叶变换和合成分析方法,深入探讨不同时间尺度季节内振荡对气候态和异常年副高两次北跳的影响机制。结果表明:在季节内尺度上,平常年和异常年影响副高两次北跳的季节内振荡的主导周期不同。气候态上,以10~20天和准60天为主;第一次北跳异常年和第二次北跳偏早年,以30~60天为主;第二次北跳偏晚年,则呈现出10~20天和30~60天两个主导周期。不论气候态还是异常年,东亚—热带西北太平洋地区低频振荡在年循环背景下均呈现出明显的北传特征,这是导致副高发生两次北跳的重要原因之一。而印度季风区低频振荡在东北向传播过程中所引起的西风东伸是造成副高第一次北跳更为明显的原因。源自澳大利亚高压的冷空气入侵所激发的暖池对流的准双周振荡则是造成气候态和偏晚年副高第二次北跳更为显著的原因。由于前期春季西北印度洋海温出现异常,造成局地低频振荡发生位相迁移,进而导致副高第一次北跳发生异常。而副高第二次北跳异常则是因为ENSO改变了暖池地区季节内振荡的尺度和振幅所造成的。

西太副高第一次北跳与其后热带气旋的关系

为了研究西太平洋副热带高压5-6月第一次季节性北跳和其之后的第一个热带气旋(TC)生成的关系,利用1980-2015年美国环境预报中心和美国大气研究中心500hPa高度场再分析资料和中国台风研究所发布的最佳路径台风数据,采用统计、气候检验、合成分析等方法进行分析。结果表明:在近2/3的年份里,副热带高压北跳后不到1周就有TC生成;其余年份在副热带高压北跳后,超过2周或更长的时间内无TC生成,而这些年份的气候背景相对比较复杂,但也有规律可循,即在强厄尔尼诺年,副热带高压北跳之后均无TC生成。副热带高压的合成指数显示:副热带高压北跳后无TC生成时,和副热带高压的强度偏强、位置偏南等因素有关;副热带高压北跳后有TC生成时,副热带高压的强度、位置与气候态平均值无明显差异,但脊线和南界5 880gpm等位势高度线在副热带高压北跳后均有明显北抬现象。

再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳

利用NCEP/NCAR再分析资料,选择了1998年、 2003年和2005年夏季我国东部雨带位置变化过程进行诊断分析.研究表明：夏季我国东部暴雨带位置的变动,受西太平洋副热带高压西伸北跳（南撤东退）的调节.当副热带高压西伸北跳（南撤东退）时,暴雨带向北（向南）移动.在副热带高压西伸北跳持续时期,长江流域中下游地区出现高温酷暑天气.副热带高压西伸北跳是由于欧亚大陆上空存在静止Rossby波列,波的能量沿着高空副热带急流向东传播到我国沿海海岸（115°～130°E ）时,在该地区激发出一个长波脊.这个长波脊的建立,使得副热带高压和对流层上部的青藏高压都朝长波脊方向伸展,表现为“相向”而行.而当在沿海海岸上空激发出一个长波槽时,副热带高压南撤东退而青藏高压退回到高原上空.当夏季沿海海岸上空的长波脊持续维持时,长江中下游会出现持久的高温酷暑天气.根据夏季天气预报的经验,欧洲中期数值预报中心发布的预报对副热带高压的西伸北跳有较好的可预报性.

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200，500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料，探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后，西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）；赤道西风向北扩展，赤道强对流向北推移，热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强），西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北），夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。

副热带高压脊线北跳日期预测及其与中国初台关系的研究

基于西太平洋副热带高压（副高）变化与西北太平洋热带气旋（TC）活动的关系,利用1980—2013年NCEP/NCAR再分析日平均、月平均数据,计算副高脊线第一次北跳至25°N或以北,30°N以南的副高北跳日期序列。选取超前于副高北跳日期的三个气候变量为预测因子,建立了1980—2008年的副高北跳日期的多元线性回归方程模型,并由此预测2009—2013年的副高北跳日期。模型的整体模拟能力较好,但在某些年份的模拟结果与实际偏差较大;模型的回报预测结果能较好地描述2009—2013年副高北跳日期的年际变化特征。进一步利用美国联合台风预警中心数据,分析显示中国初台的登陆日期与副高北跳日期显著正相关;在多数年份中,副高北跳后的1~7天内,有西北太平洋TC登陆中国。通过对比副高北跳早晚年的大气环流场发现：副高早（晚）跳年,5—7月平均的西太平洋季风槽较常年偏东（较常年不明显）,季风槽南侧纬向风辐合异常（纬向风辐合异常中心偏东、偏北）;同期的副高中心较常年偏北（偏南）。这些环流异常可能有利于（不利于）西北太平洋TC生成并向中国方向移动,从而造成中国初台登陆日期容易偏早（偏晚）。

海温和极冰对副热带高压季节性北跳影响的数值模拟

用ＩＡＰ－ＡＧＣＭ气候模式、功率谱分析、带通滤波等方法对北半球５－７月副热带高压季节性北跳进行了数值模拟和处理，得出：赤道中太平洋、西太平洋、印度洋海温异常以及北极海冰的异常对副高的季节性跳动都有不同程度的影响，对西太平洋副高尤为突出，其中海温的影响较为显著；证实了太平洋和印度洋跳源的存在；其影响过程可能是通过其激发出的低频波来实现的。

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北。逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类)。本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步探讨了其北跳的物理机制。在第一类急流北跳过程中,对流层高层远东高纬度地区形成的低压槽和中纬度南亚高压向东亚地区的伸展导致两者之间的鄂霍次克海上空位势高度经向梯度加强,从而西风增强,东亚高空西风急流北进;进一步的动力诊断分析结果表明,其中远东高纬度地区的低压槽是由源于西欧和北大西洋上空的波活动通量沿着欧亚大陆北部地区传播到远东地区形成负位势高度异常所致,而南亚高压向东亚地区的延伸主要和热带西北太平洋强降水激发的"太平洋—日本(PJ)"波列导致东亚地区形成正位势高度异常有关。第二类急流北跳主要受到沿着亚洲副热带西风急流传播的波活动影响:东传的波活动在东亚地区累积形成高压脊,导致东亚地区位势高度经向梯度减弱,东亚高空西风急流减弱北跳。

大气自由模与长江中下游地区入梅的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,用拟牛顿法通过菱形15波截断的谱方法对无强迫无耗散的正压涡度方程进行数值求解,得到1987—2006年共20a夏季的逐日定常自由模。由此诊断分析得到,自由模态中副高的第一次北跳日期一般超前于实际流场中副高的第一次北跳日期,而且超前于实际的入梅日期;丰梅年,自由模态中副高的第一次北跳比实际副高的第一次北跳平均提前9.3d,比实际入梅日期提前8～14d,平均提前10.3d;枯梅年,自由模态中副高的第一次北跳比实际副高的第一次北跳平均提前2d,比实际入梅日期提前2～5d,平均提前3.6d。这对长江中下游地区的梅雨预报有较好的参考作用。