南亞高壓異常對云南汛期降水的影響

戴衛(wèi)幫

(香格里拉機場，云南 迪慶 674400)

南亞高壓異常對云南汛期降水的影響

戴衛(wèi)幫

(香格里拉機場，云南 迪慶 674400)

為了研究南亞高壓異常對云南汛期降水的影響，利用經(jīng)驗正交函數(shù)分解(EOF)和奇異值分解(SVD)兩種方法對夏季南亞高壓范圍位勢高度場資料和云南歷年降水資料進行分析，發(fā)現(xiàn)南亞高壓偏弱偏南都會使云南地區(qū)降水偏少。南亞高壓的強度偏弱和位置偏南會改變云南的環(huán)流形勢，不利于降水發(fā)生，同時減弱云南上空的水汽輸送，從而使云南地區(qū)雨季降水偏少。

南亞高壓；云南；雨季降水

1 引言

1.1 研究背景

南亞高壓是夏半年(5—9月)位于南亞對流層上部的反氣旋環(huán)流系統(tǒng)，又稱青藏高壓或亞非季風(fēng)高壓，是夏季對流層上部全球最強大、最穩(wěn)定、范圍最大的高壓系統(tǒng)，在100 hPa高度附近最明顯，強度和位置有明顯季節(jié)變化。南亞高壓是影響中國夏季天氣和大范圍旱澇分布的重要環(huán)流系統(tǒng)，特別是高壓南部與熱帶東風(fēng)急流聯(lián)系密切，對南亞、中南半島和中國低緯一帶的降水有很大影響，對云南雨季降水也有較大的影響。

1.2 研究現(xiàn)狀

李永華[2]等指出當(dāng)青藏高原大氣熱源偏強時西南地區(qū)東部夏季降水偏多的可能性大；宋潔[3]等指出北大西洋濤動(NAO)和云南冬季降水之間存在一定的聯(lián)系；黃慧君[4]等研究指出云南出現(xiàn)嚴(yán)重干旱與西太平洋副高、西風(fēng)帶環(huán)流等大氣環(huán)流系統(tǒng)出現(xiàn)異常有直接關(guān)系。還有一些研究與南亞高壓有關(guān)：張玲[5]等討論了南亞高壓和西太副高位置異常與中國盛夏降水的關(guān)系；張瓊[6]等研究發(fā)現(xiàn)可將南亞高壓看作氣候系統(tǒng)中大氣子系統(tǒng)異常的強信號；陳永仁[7]等指出南亞高壓的年代際變化與100 hPa高度場的長期線性趨勢變化有關(guān)。然而現(xiàn)階段大部分研究云南地區(qū)降水的文獻(楊素雨[8]等，張萬誠[9]等)，對南亞高壓與云南降水之間的聯(lián)系鮮有關(guān)注。

1.3 研究目的

南亞高壓作為夏季青藏高原地區(qū)附近100 hPa高空最強大的高壓系統(tǒng)，可以作為夏季青藏高原地區(qū)各種天氣現(xiàn)象的環(huán)流背景，它對夏半年青藏高原附近地區(qū)的天氣存在影響。本文主要分析研究南亞高壓異常對云南汛期降水的影響。

2 資料和方法

2.1 資料選取

所使用資料為歐洲中心(ECMWF)逐日和逐月的再分析資料，資料的水平分辨率為1.5°×1.5°；垂直方向從1 000～1 hPa分為37層；時間跨度為1979年1月—2011年12月；還使用了1961—2011年云南122個站的站點月降水資料。

2.2 分析方法

采用40～100°E，15～50°N范圍的高度場區(qū)域平均的變化來作為南亞高壓強度的變化指數(shù)，使用5—9月的站點降水量的變化代表云南雨季的降水變化。其中，對云南51 a降水資料進行了經(jīng)驗正交函數(shù)分解(EOF)，由此分析云南降水情況；對南亞高壓強度場和云南降水兩個場進行了奇異值分解(SVD)，以便揭示二者之間的相關(guān)關(guān)系。

3 云南地區(qū)降水和南亞高壓的關(guān)系

3.1 云南地區(qū)1961—2011年降水距平的EOF分析

表1為基于云南地區(qū)122站1961—2011年降水距平數(shù)據(jù)使用經(jīng)驗正交函數(shù)分解(EOF)得到的前5個模態(tài)對應(yīng)的方差貢獻度(%)。根據(jù)表1，第一模態(tài)方差貢獻占34.088%，比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其后的各個模態(tài)，而且前4個模態(tài)方差貢獻占到總的一半以上，可以反映降水的基本情況。下文僅根據(jù)第1模態(tài)對云南地區(qū)近年的降水情況進行分析。

表1 EOF分解前5個模態(tài)的方差貢獻 (%)

圖1為對云南地區(qū)1961—2011年51 a降水距平數(shù)據(jù)進行EOF分析得到的第1模態(tài)的時間序列圖，圖2為云南地區(qū)1961—2011年降水場的EOF空間分布圖。全場均為正值，高值區(qū)在昆明、曲靖和紅河附近，大部分值在0.12以上，低值區(qū)位于云南省西北部的麗江和迪慶附近以及東北部的昭通地區(qū)，大部分值在0.04以下。與圖1對應(yīng)看，云南地區(qū)降水明顯偏少的年份有20個年份，其中1975年，1989年，1992年，2003年，2006年，2009年，2011年這7個年份降水偏少最為突出。其中雨季降水偏少最為嚴(yán)重的地區(qū)是昆明到曲靖紅河交界地區(qū)，而云南北部迪慶，昭通等地雨季降水偏少則不是太明顯。

圖1 EOF分解第1主成分時間系數(shù)

圖2 EOF分解第1主成分空間系數(shù)分布圖

3.2 云南歷年雨季降水與南亞高壓的對應(yīng)情況

圖3為云南地區(qū)122個站點近33 a 5—9月平均降水距平數(shù)據(jù)，以此表示云南地區(qū)基本的降水情況。圖4為40～100°E，15～50°N范圍的高度場區(qū)域平均的年際變化，以此為指數(shù)來表示南亞高壓強度的變化。對比此二圖分析可見，近33 a中雨季降水明顯低于歷史平均水平的年份有：1982年、1989年、1992年、2003年、2006年、2009年、2010年、2011年，其中除了2010 年外其他年份均對應(yīng)出現(xiàn)南亞高壓強度偏弱。由此得出，南亞高壓的強度和云南地區(qū)降水之間存在相關(guān)關(guān)系。

圖3 云南地區(qū)1979—2011年5—9月平均降水距平

圖4 1979—2011年南亞高壓區(qū)域位勢場平均變化

4 南亞高壓異常對云南降水影響的SVD分析

為了更進一步分析南亞高壓強度和云南降水之間的關(guān)系，我們選取1979—2011年，40～100°E，15～50°N范圍100 hPa的位勢高度場區(qū)域平均的5—9月平均數(shù)據(jù)，與云南122個站點1979—2011年的5—9月降水資料進行奇異值分解(SVD)。其中，位勢高度場為左場，降水場為右場。

表2為對兩個場進行SVD分析所得到的各個模態(tài)的方差貢獻和時間系數(shù)的相關(guān)系數(shù)，其中第1模態(tài)的方差貢獻與相關(guān)系數(shù)貢獻達到了70.38%，第2模態(tài)為9.294%，第3模態(tài)為6.350%，之后各個模態(tài)所占的方差貢獻都在5%以下，前3個模態(tài)對應(yīng)的時間系數(shù)的相關(guān)系數(shù)都在-0.38以上，可見兩場之間存在著一定的關(guān)系。由于第1模態(tài)方差貢獻率達到70%，可以認(rèn)為第1模態(tài)能夠反映左、右場相互變化關(guān)系的主要信息。下面的分析只選取第1模態(tài)的數(shù)據(jù)作圖，通過第1模態(tài)來分析兩個場的基本的關(guān)系。

表2 SVD分解前5個模態(tài)的方差貢獻與相關(guān)系數(shù)

圖5 100 hPa南亞高壓位勢高度場(40～100°E，15～50°N)異性相關(guān)系數(shù)分布

圖6 云南降水場異性相關(guān)系數(shù)分布

圖7 兩個場的時間序列，線為位勢高度場，線為降水場

5 南亞高壓異常對云南降水影響的一個實例

5.1 云南2009年降水情況

圖8為云南2009年6—9月份平均降水距平，圖中低值中心出現(xiàn)在紅河曲靖之間，高值中心有兩個，分別位于云南省西北部的大理麗江等地和中南部的普洱和西雙版納之間，從中可以看出2009年6—9月份云南省大部分地區(qū)降水量要少于正常年份，尤其是云南東南部地區(qū)紅河州和曲靖市部分地區(qū)更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歷年平均水平，只有云南西北部和中南部的小部分地區(qū)降水與往年平均持平或者稍微高出。統(tǒng)計2009年6—9月份122個站降水距平，有107個站也就是近90%的站點降水要低于歷年平均，其中降水距平在-100以下的站點更是達到71個，占到全部站點的一半以上，可見2009年云南地區(qū)降水嚴(yán)重偏少。

圖8 云南2009年122站6—9月平均降水距平

5.2 2009年南亞高壓異常下傳分析

圖9(a、b、c、d)分別為南亞高壓區(qū)域平均場(40～100°E，15～50°N)2006—2009年每年6—9月的位勢高度區(qū)域平均的時間距平，其中，2006—2008年3 a中南亞高壓在100 hPa層次高空出現(xiàn)的正異常都在1 000 gpm左右，而2009年南亞高壓100 hPa層次高空出現(xiàn)的正異常最大區(qū)域為2 000～2 500 gpm，可以發(fā)現(xiàn)2009年6—9月份南亞高壓的正異常要遠(yuǎn)大于2006—2008年的同期正異常，而且從圖4可以看出2009年的南亞高壓在2006—2010年期間表現(xiàn)為階段低值，同時圖9可以看出當(dāng)年6—9月份南亞高壓的正異常由高層下傳十分明顯，甚至可以下傳到對流層中低層，而該異常環(huán)流特征也必然會對云南地區(qū)降水產(chǎn)生影響。從中可以得出南亞高壓異常影響云南地區(qū)降水的情況有兩種：①南亞高壓強度相對偏弱，導(dǎo)致云南地區(qū)降水偏少；②南亞高壓6—9月正異常下傳相對往年較強，導(dǎo)致云南地區(qū)降水偏少。

5.3 從環(huán)流形勢看南亞高壓對云南降水的影響

2008年6—8月100 hPa位勢高度場中南亞高壓脊線位置位于35°N左右，云南地區(qū)(97～107°E，21～30°N)位于南亞高壓東南側(cè)外圍(圖略)。2008年6—8月500 hPa位勢高度場中云南地區(qū)處于高壓外圍(圖略)，對流活動較旺盛，同時盛行西南氣流，水汽從孟加拉灣一帶沿西南氣流進入，水汽運輸條件良好，云南地區(qū)降水充沛。圖10和圖11分別為2009年6—8月100 hPa和500 hPa的位勢高度場，此時100 hPa圖上南亞高壓相對2008年偏南，脊線位置大約在30°N，云南地區(qū)處在了南亞高壓接近中心的位置，而500 hPa圖上也可發(fā)現(xiàn)云南地區(qū)受高壓控制，對流活動不強，不利于強降水過程發(fā)生發(fā)展， 同時由孟加拉灣過來的西南氣流偏南偏弱，輸送到云南地區(qū)上空的水汽不足，不利于云南地區(qū)降水。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)南亞高壓位置偏南不利于云南降水，導(dǎo)致云南地區(qū)雨季降水嚴(yán)重減少。

圖9 (a-d)分別為2006—2009年南亞高壓位勢高度區(qū)域平均場的時間高度剖面圖

圖10 2009年6—8月100 hPa位勢高度場

圖11 2009年6—8月500 hPa位勢高度場

表3 2005—2009年6—8月份南亞高壓的脊線位置 (°N)

表3為2005—2009年6—8月份南亞高壓的脊線位置變化，可以發(fā)現(xiàn)2009年云南地區(qū)雨季降水偏少對應(yīng)南亞高壓脊線位置偏南，可以驗證南亞高壓偏南不利于云南地區(qū)雨季降水。

6 結(jié)論

①云南地區(qū)1961—2011年的51 a中雨季降水明顯偏少年份有20個年份，其中1975年，1989年，1992年，2003年，2006年，2009年，2011年7個年份降水偏少最為突出，這多與南亞高壓影響有關(guān)。

②南亞高壓強度偏弱，位置偏南，可導(dǎo)致云南地區(qū)降水偏少。南亞高壓強度偏弱時，西太平洋副高對云南影響大，從而造成云南降水偏少。

③2009年雨季云南地區(qū)降水偏少的一個重要原因，是南亞高壓異常偏南。云南地區(qū)因受高壓影響，大氣對流活動不強且水汽輸送偏弱，降水較往年嚴(yán)重偏少。

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2014-09-28

戴衛(wèi)幫(1982—)，男，助工，主要從事航空氣象服務(wù)工作。

1003-6598(2015)04-0027-05

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