盛夏西太平洋副热带高压北跳异常特征及气候影响分析

利用1979—2021年ERA5再分析资料,分析了盛夏西太平洋副热带高压(简称西太副高)北跳异常特征,研究了不同传播方向的热带大气低频信号对盛夏西太副高北跳异常的可能影响,探讨了西太副高北跳异常对我国东部地区夏季气候的影响。结果表明:盛夏期间,在西太副高北跳偏早年的北跳之前三候里,海洋性大陆地区和西太平洋低纬度地区的OLR场表现为异常的低频对流抑制逐渐北传和西北传,伴随着对流层低频非绝热加热负异常传播到副热带地区,从而在副热带到中纬度西北太平洋呈现出低频正位势高度异常,有利于盛夏期间西太副高北跳。在盛夏西太副高北跳偏晚年的北跳之前三候里,副热带西太平洋OLR为对流抑制异常的逐候增强并西北传,对应的对流层非绝热加热负异常也逐渐西北传,并激发出北太平洋上空的低频波列,该低频波列中的中纬度异常反气旋西移,有利于西太副高北跳。在盛夏西太副高北跳偏早年,我国长江以北地区更易出现极端高温,东北、黄淮和江南地区更易发生持续性强降水;在偏晚年,我国西南和江南地区更易出现极端高温,长江中下游地区更易出现强度更强的持续性强降水事件。

2022年夏季西太平洋副热带高压异常环流特征及其成因

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA逐月海温资料和国家气候中心气候系统监测指数资料,分析了2022年夏季西太平洋副热带高压异常环流特征,并找出其成因。结果表明,西太平洋副热带高压强度指数较好地反映了西太平洋副热带高压异常特征;6月欧亚中高纬度地区500 hPa位势高度距平场呈“西低东高”型分布,东亚大槽较常年同期略偏强,东北冷涡活动频繁,导致6月吉林省降水异常偏多;6—8月500 hPa欧亚中高纬度地区环流形势转为“两脊一槽”型,东亚大槽偏弱,西太平洋副热带高压较常年明显偏强、偏西;西太平洋副热带高压控制区域对流层低层偏南风正距平显著,助推高温天气的维持;菲律宾和南海上空反气旋环流引导水汽向长江以北输送,导致我国南方降水偏少;2022年夏季西太平洋副热带高压异常是全球变暖背景、拉尼娜事件持续、TIOD负位相引起对流层环流异常、黑潮区海温异常偏高、南亚高压加强偏北等多种因素共同作用的结果。

城市化和西太平洋副热带高压增强对中国复合热浪的协同作用

基于黑球湿球温度识别了中国复合热浪,并定量分析了城市化和西太平洋副热带高压(简称西太副高)对中国复合热浪的协同作用。结果表明:1979—2019年中国复合热浪的发生天数、强度和影响范围都在逐步上升,尤其在2010年以后出现跃升,比20世纪80年代增大了4倍左右;城市化快速发展和西太副高增强协同加剧了中国复合热浪;较早发展的城市化对热浪天数、强度、范围增长的贡献分别是9.2%、12.5%、7.5%,而同期西太副高的增强对三类热浪指数有约30%的正贡献,甚至在考虑全球变暖对西太副高的加强作用时,西太副高的贡献增至70%左右。这表明,快速发展的城市化和全球变暖背景下增强的西太副高的协同作用可以解释80%以上21世纪初中国复合热浪的跃升。

2021年夏季河南极端降雨水汽来源分析与西太平洋副热带高压的可能作用

为研究西太平洋海域在河南“7·20”极端降雨事件中的作用,利用海表面温度、海平面气压、位势高度和风场等再分析数据与降水观测数据,分析了2021年夏季河南极端降雨事件的水汽输送来源及其与西太平洋副热带高压多尺度变化特征的关系。数据显示, 2021年夏季河南极端降雨期间,西太平洋副热带高压偏强偏北,河南地区以东至西北太平洋中低空出现显著的东风异常和西向水汽输运。结果表明, 2021年夏季河南暴雨区中高空相对涡度、位势高度和垂直上升运动存在显著异常,从西北太平洋海域通过中低空异常东风输送的水汽是主要来源。经验模态分解结果显示,副热带高压强度指数的第二模态(intrinsic mode functions of west Pacific subtropical high, IMFWPSH)与河南地区降雨第二模态存在统计显著关系并在此次极端降雨事件中扮演重要角色。诊断分析发现,在IMFWPSH正位相期间,副热带西太平洋存在异常增强的上升运动并在中低空产生异常东风,河南地区上升气流异常增强,因此, IMFWPSH可为河南地区降雨提供重要条件。

西太平洋副热带高压的变化趋势及其气候效应

文章采用1948—2016年2.5°×2.5°夏季6月、7月、8月三个月500 hPa风场观测资料,以及同期NCEP/NCAR再分析资料,通过对西太平洋副热带高压年代际平均西脊点位置统计计算以及1979年前后气候要素变化,分析在全球变暖的大环境下,1979年前后西太平洋副热带高压年代际变化趋势,以及这种变化对西太平洋以及东亚大陆可能产生的影响。结果显示:西太平洋副热带高压在1979年前后年代际移动趋势是东退衰弱,使1979年前后陆地区域温度整体上升,盛夏雨带呈现东移态势。江淮地区与华北地区平均雨带的位置在1979年前后均呈现东移态势,两个地区平均雨带的位置在1979年前后均东退了约3个经度,比西太平洋副热带高压在1979年前后年代际东退幅度小一些。

AMO对ENSO与初夏西太平洋海洋热浪年际关系的年代际调制作用

海洋热浪是发生在海洋上的极端高温事件,对海洋环境和生态系统具有破坏性影响。文章采用1960—2020年第五代欧洲中期天气预报中心再分析资料(European centre for medium-range weather forecasts reanalysis v5,ERA5)和英国气象局哈德来中心全球海冰和海洋表面温度资料集(Hadley centre global sea ie and sea surface temperature,HadISST)以及地球系统模式(community Earth system model,CESM1)北大西洋理想试验数据等,通过相关、合成分析等多种统计方法,研究了厄尔尼诺–南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)与次年初夏西太平洋海洋热浪年际关系的变化特征,并进一步探讨了二者关系发生年代际变化的可能成因。研究结果表明:1)ENSO与次年初夏西太平洋海洋热浪月数的年际关系具有明显的年代际变化特征,北大西洋多年代际振荡(Atantic multidecadal oscillation,AMO)是二者年际关系发生年代际变化的主要成因。当AMO处于正位相时,ENSO与次年初夏西太平洋海洋热浪存在显著的正相关关系,而当AMO处于负位相时,上述二者相关关系不再显著;2)AMO主要通过调控ENSO事件的强度进而影响西北太平洋大气环流的异常响应,从而进一步影响ENSO与次年初夏西太平洋海洋热浪之间的关系。当AMO处于负(正)位相时,相对较强(弱)的ENSO事件通过强(弱)风–蒸发–海温正反馈过程,使得ENSO事件次年初夏西北太平洋地区产生位置相对偏东(西)、强度相对偏强(弱)的异常反气旋/气旋。异常反气旋/气旋的位置和强度导致初夏西太平洋海洋热浪的分布在AMO正、负位相存在显著差异。

热带气旋活动对西太平洋副热带高压经向移动的影响及可能机理:个例研究

本文利用WRF模式,通过开展敏感性试验讨论了单个热带气旋(Tropical Cyclone,TC)——"鲇鱼(Megi)"影响下不同等压面上西太平洋副热带高压脊线的移动特征,并分析了Megi活动影响副高脊线垂直分布的可能机理。结果表明,Megi活动期间,副高脊线在TC的影响下总体发生了向南移动,且TC活动所导致的脊线南移在高层相对较大,而在低层相对较小。TC影响副高脊线垂直分布的可能机理为,副高脊线的经向运动受其附近纬向风异常的直接影响,而Megi活动所导致的脊线附近纬向风异常与温度异常总体满足热成风关系,当Megi活动造成副高脊线附近出现温度经向梯度异常时,纬向风异常会随高度增加而发生切变,因此会导致副高脊线的垂直分布状况发生改变。另外,利用温度倾向方程的诊断分析结果表明,TC活动所激发的脊线附近不同物理过程项的异常在时空剖面上有很大区别,其中温度水平平流异常和非绝热加热异常的作用主要可使大气温度异常升高,而温度的垂直输送异常则可使温度降低。总之,TC的热力效应对西太平洋副热带高压脊线垂直分布的影响十分显著。

月尺度西太平洋副热带高压指数的重建与应用

针对目前国家气候中心业务监测中使用的月时间尺度西太平洋副热带高压指数存在的问题,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,对西太平洋副热带高压面积指数、强度指数、脊线指数和西伸脊点4种指数重新进行定义和计算,重建了1951—2010年逐月历史时间序列。面积指数、强度指数采用真实的面积和体积进行定义和计算,脊线指数则同时利用500 hPa高度场和纬向风切变线进行定义,且不仅仅局限于588 dagpm等值线,充分考虑了西太平洋副热带地区高压系统对我国夏季降水的影响作用。选取其中两个相对独立的指数——脊线指数与西伸脊点,通过对这两个指数的9种组合类型的构建,最大程度上涵盖了我国东部夏季降水各种雨型的分布特征。

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。

过去5000年西太平洋副热带高压活动的泥炭纤维素碳同位素记录

文章以金川和红原两组泥炭纤维素Δδ1 3C时间序列值的反向变化来指示西太平洋副热带高压活动变化。结果表明 ,在过去 5 0 0 0年中 ,西太平洋副热带高压的活动可分为 4个阶段 ,即西太平洋副热带高压位置在 2 80 0～ 2 2 0 0B .C .期间持续偏北 ,2 2 0 0～ 60 0B .C .期间持续偏南 ,60 0B .C .～ 1 2 0 0A .D .期间在北进与南移之间频繁波动 ,以及 1 2 0 0～ 1 90 0A .D .期间再次持续偏北 ,它们导致降雨量在中国大陆上不同的分布。从约 1 90 0A .D .起西太平洋副热带高压的活动似乎又开始一个新的偏南阶段 。

近百年夏季西太平洋副热带高压的变化

利用国家气候中心给出的１９５１～１９９８年副高强度（Ｉｓ）、西界（Ｉｗ）。北界（ＩＮ）３个指数与国家气候中心同期的 ５００ ｈＰａ观测高度场分别作相关分析，并在高度场中分别找出几个有意义的点，用其高度计算副高３个指数Ｉ＇ｓ、Ｉ＇Ｎ和Ｉ＇ｗ，计算出Ｉ＇ｓ与Ｉｓ、Ｉ＇Ｎ与ＩＮ、Ｉ＇ｗ与Ｉｗ的相关系数均大于Ｉｓ、ＩＮ和Ｉｗ与单点高度的相关系数。对ＮＣＥＰ资料作同样分析，结果相同，说明可以利用 ５００ ｈＰａ高度场数值计算副高活动指数。于是利用重建的１８８０～１９５０年北半球高度场资料将副高３个指数向前恢复到１８８０年。对１８８０～１９９９年副高强度、西界、北界作功率谱及小波分析，发现副高强度。北界具有明显的４０年周期，西界具有明显的１６年周期，即副高指数的变化以低频振荡为主。

印度洋海温异常对西太平洋副热带高压的影响——大气中的两级热力适应

利用热力适应理论讨论了印度洋海温异常影响中国天气和西太平洋副热带高压异常的物理机制。结果表明 :通过第一级热力适应 ,印度洋上的海温异常形成低层气旋式环流 ,并在其东侧的偏南气流中产生对流性降水 ;然后通过第二级热力适应 ,在 50 0 h Pa上导致西太平洋副热带高压加强西伸、2 0 0 h Pa上南亚高压异常增强。从而证明两级热力适应是导致印度洋海温异常影响中国天气气候异常的重要物理机制。

西太平洋副热带高压东西位置异常与华北夏季酷暑

文中研究了副热带高压 (副高 )东西位置异常与中国东部地区夏季气温的关系。发现两者之间有很高的正相关 ,当西太平洋副高偏西时 ,大片的北方地区气温会降低 ;而当副高偏东时 ,该地区的气温将偏高。西太平洋副高东西位置的异常对应着亚洲太平洋地区的长波位置和强度的很大变化 ,从而影响到中国北方地区的气温。更重要的是 ,副高西端位移所产生的扰动还会以波列的形式向极地和北美方向传播 ,从而从更大的范围内影响西风带环流。对 2 0 0 2年夏季中国北方出现的持续高温天气进行了分析。该年夏季副高持续偏东。西风带大槽也处于偏东的位置。西部的大陆副高东移扩展 ,与槽后的高压脊打通 ,造成该地区的持续高温。副高的东西位置决定了季风气流 (也就是水汽的主要通道 )的北向转折的路径。当副高偏东时 ,向北折向的位置随之东移 ,东亚大陆的水汽供应变为负距平 ,特别是中国北方地区 ,变得十分干燥。引起中国北方高温的直接系统是大陆高压中的极强的下沉气流 。

2008年初我国南方雨雪低温天气的中期过程分析--Ⅱ：西太平洋副热带高压的特征

针对2008年初1月17～23日我国南方地区雨雪低温过程,分析了其中期演变特征及其可能机理。这次过程中：1）西太平洋副热带高压在其前期异常状态的基础上,在对流层低层演变为“内凹外凸”结构,并在我国长江中下游附近形成切变线,从而造成了这次雨雪过程;2）在对流层上层,源自北非的Rossby波能量在副热带和中纬度地区向下游频散,同从乌拉尔山地区向南频散出的Rossby波能量在帕米尔高原及中亚地区汇合,共同引起该地区气压槽的加深。它使对流层低层西太平洋副高在其西部向内凹陷。另一方面,在对流层中层,Rossby波能量沿副热带急流传播,最终引起西太平洋副高向西南方向伸展。西太平洋副热带高压的“内凹外凸”演变特征的主要原因是来自上游地区的Rossby波活动,并非热带西太平洋对流异常活动;3）亚洲北部冷高压沿高原东侧伸入我国东部地区是我国南方地区低温过程的主要原因。

西太平洋副热带高压和台风相互作用的数值试验研究

利用1958—1998年台风资料,对台风路径进行分类,挑选出3类常见路径作为研究对象,通过合成分析,证实不同的台风路径所对应的副热带高压(副高)形势不同。台风西行时,西太平洋副热带高压势力强大,呈东西向带状,台风沿着副高南部西行,副高在整个过程中西伸;转向路径时,副高开始呈东西向带状,随着台风的移动副高主体东退,在160°E附近中间断裂;北上路径的台风对应的副高主体偏东。在此基础上,利用气候模式R42L9在不同的初始场中加入相同的温度扰动,成功模拟出西行和北上路径的台风,验证了不同副高形态对台风路径的不同影响。对模拟结果的分析还发现,台风可以引起正压Rossby波向中高纬度的传播。由于背景流场不同,不同移动路径的台风其波动能量的传播路径也不同,从而对中高纬度环流和西太平洋副高产生不同的影响:与北上台风不同,西行台风在其西北方向激发出正变高,使西太平洋副高加强西伸。

西太平洋副热带高压的年代际变化及其气候影响

西北太平洋副热带高压是影响我国夏季气候的一个非常重要的环流系统，本文主要分析了其年代际尺度的变化。发现在１９７９／１９８０年前后，其强度和范围发生了一次明显的年代际尺度的变化。１９８０年代以来，副高明显偏强，范围向西向南显著扩展。副高的年代际变化也对我国东部地区的气候产生了显著的影响。主要表现在近２０多年来长江中下游地区夏季降水显著增加，华南地区夏季气温显著偏高，以及西太平洋２０°Ｎ以南台风活动相对偏弱而２０°Ｎ以北洋面台风活动相对增强。副高的年代际变化与冬、春季赤道太平洋海表温度及同期热带印度洋海温有密切联系。

西太平洋副热带高压非线性稳定性问题的研究

本文采用了包含热力强迫和涡动耗散的三维非线性动力学模式，从系统稳定性的角度出发，探讨了夏季东亚副热带地区的环流状况，东亚大陆季风雨带和南海季风槽雨带的凝结加热以及扰动流的相互作用等因素对西太平洋副热带高压进退的制约和影响。给出了反映系统稳定性状况的能量判据，井据此进行了动力学分析和模式大气的计算。研究结果为一些天气分析事实提供了动力学解释，得到了一些新的见解，并为判断和预测西太平洋副热带高压在东亚上空的活动提供了参考依据。

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

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 ,85 0hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流 ,副热带地区呈气旋性环流 ,5 0 0hPa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 ,5 0 0hPa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。

西太平洋副热带高压中期进退的环流机制

在西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)进退过程中,存在着副热带西南季风上升气流和北支高空热带东风下沉气流构成的副热带季风环流圈,它是联系西太副高进退的一支主要气流;高纬地区Ferrel环流的存在,把西风带气流和副高联系起来,但这支西风带气流是通过加强副热带季风环流圈对副高起作用的。

热带对流层上空东风带扰动影响西太平洋副热带高压的个例分析

利用NCEP/NCAR1000—10hPa2.5°×2.5°日平均和每日4次再分析资料,分析了2003年6月19—25日热带对流层上空东风带扰动对西太平洋副热带高压东西向进退的影响。结果表明:热带对流层上空东风带扰动从对流层中低层伸展到50hPa高度附近,在200hPa上表现最为明显,在热力场上表现出“上暖强,下冷弱”的垂直分布特征。当西太平洋副热带高压南/北侧的东/西风带上的扰动在相向运动中抵达同一经度上时,对应于西太平洋副热带高压的异常东退。垂直涡度方程的诊断分析表明:在东风带扰动附近,涡度倾向效应贯穿于对流层整层到50hPa高度上,在200hPa高度附近表现最显著,当高层东风带扰动东/西侧的负/正变涡增强时,当东/西风带扰动在相向移动过程中,它们涡度倾向正值区在130°E南北打通时,西太平洋副热带高压出现突然东撤。涡度方程分析还表明,对于涡度倾向变化的贡献中,水平涡度平流的贡献最大、β效应的贡献最小;当东风带扰动附近的水平涡度平流和β效应增强时、且由β效应所引起的东/西风带扰动中的南、北风分量在130°E附近南北同相迭加出现“正压发展”时,有显著的正涡度增长,对应于西太平洋副热带高压的东撤。