南亞高壓位置與中南半島和青藏高原熱源變化的關(guān)系

王群,周文君,張福穎,平海波

(1.鹽城市氣象局,江蘇 鹽城 224005;2.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044)

南亞高壓位置與中南半島和青藏高原熱源變化的關(guān)系

王群1,周文君1,張福穎2,平海波1

(1.鹽城市氣象局,江蘇 鹽城 224005;2.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044)

摘要：利用1948—2011年NCEP/NCAR逐日再分析資料,采用倒算法計(jì)算了亞洲地區(qū)大氣熱量源匯的值,分析了中南半島和青藏高原地區(qū)大氣熱源的候變化特征及南亞高壓的位置與兩個(gè)地區(qū)熱源變化的關(guān)系。結(jié)果表明,中南半島地區(qū)上空大氣在12候由冷源轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵩础．?dāng)中南半島地區(qū)大氣熱源與東西相鄰地區(qū)熱力梯度減小,且孟加拉灣、中南半島和菲律賓群島地區(qū)的大氣都為熱源時(shí),南亞高壓中心西移到中南半島上空。當(dāng)青藏高原大氣熱源進(jìn)入一年中的極大值區(qū)時(shí),南亞高壓中心盤踞在高原上空,當(dāng)高原上空大氣轉(zhuǎn)變?yōu)槔湓磿r(shí)南亞高壓中心退出高原。中南半島地區(qū)的大氣熱源對南亞高壓的西移有觸發(fā)作用,而南亞高壓中心在青藏高原上空的建立與退出,和高原大氣熱源的強(qiáng)度和大氣環(huán)流的突變有關(guān)。

關(guān)鍵詞：南亞高壓;中南半島;青藏高原;大氣熱源

中圖分類號：

文章編號：1674-7097(2015)05-0716-05P463.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140309015

Abstract:Based on NCEP/NCAR daily reanalyzed data from 1948 to 2011, the atmospheric heat sources in Asia are computed by the inverted arithmetic. Then the characteristics of pentad changes of heat sources over Indo-China Peninsula and Tibetan Plateau and the relationship between South Asia High’s position and changes of heat sources over above-mentioned zones are analyzed. The results show that it is at pentad 12 when the atmosphere over Indo-China Peninsula shifts from a cold source to a heat one. The centre of the South Asia High moves over the Indo-China Peninsula when the thermal gradient decreases between Indo-China Peninsula and the adjacent areas on its east and west sides and the atmosphere over the Bay of Bengal, Indo-China Peninsula and the Philippine Islands all becomes heat sources. The centre of South Asia High moves over the Tibetan Plateau when the Tibetan Plateau heat source develops into its climax period. And the centre moves out the plateau when the atmosphere over the Tibetan Plateau turns cold. The Indo-China Peninsula heat sources trigger the westward movement of the South High. The entering and exiting of the South High over the Tibetan Plateau are influenced by the heat sources’ strength over the plateau and the changes of circulation.

Relationship between South Asia High’s position and changes of

heat sources over Indo-China Peninsula and Tibetan Plateau

WANG Qun1,ZHOU Wen-jun1,ZHANG Fu-ying2,PING Hai-bo1

(1.Yancheng Meteorological Bureau,Yancheng 224005,China;

2.School of Atmospheric Sciences,NUIST,Nanjing 210044,China)

Key words:South Asia High;Indo-China Peninsula;Tibetan Plateau;heat sources

0引言

南亞高壓是北半球夏季100 hPa層上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)(朱乾根等,2000)。許多學(xué)者都開展了對南亞高壓的結(jié)構(gòu)特征、季節(jié)變化、東西振蕩、年際和年代際變化以及其與東亞夏季風(fēng)和我國降水的關(guān)系等的研究(Zhou et al.,2006;劉梅等,2007;郭準(zhǔn)等,2009;張玲和智協(xié)飛,2010;李崇銀等,2011;王黎娟和郭帥宏,2012)。

南亞高壓主要是因陸地(包括高原和陸地)的加熱作用比海洋強(qiáng)而形成的,但它的活動(dòng)規(guī)律是復(fù)雜的,它不僅受高原及鄰近地區(qū)熱源作用的影響,大氣環(huán)流系統(tǒng)也強(qiáng)烈地影響南亞高亞的活動(dòng)(葉篤正和高由禧,1979)。陶詩言和朱?？?1964)通過研究南亞高壓的天氣特征,發(fā)現(xiàn)南亞高壓的短期變化呈現(xiàn)為離開青藏高原和返回青藏高原兩種不同的行為,并對應(yīng)著西太平洋副熱帶高壓的不同變化。朱乾根等(2000)研究得到,南亞高壓為暖高壓,在冬季也存在,其中心位于菲律賓東南沿岸附近,在4月以后開始向西北方向轉(zhuǎn)移,5月移到中南半島,6月跳上高原,7、8月在高原上空最為強(qiáng)盛,9月以后又逐漸轉(zhuǎn)移到海上。青藏高原的抬升加熱與東亞季風(fēng)降水的凝結(jié)潛熱加熱對對流層上層南亞高壓的形成起了非常重要的作用(葉篤正和高由禧,1979;劉屹岷等,1999;吳國雄等,1999)。朱文妹(1987)指出,南亞高壓常取4類路徑并于6—7月間登上青藏高原。劉伯奇等(2009)研究了南亞高壓在4—5月在中南半島上建立的特征及可能機(jī)制。盧楚翰等(2012)研究春季南亞高壓在中南半島上空建立與500 hPa副高在孟加拉灣上空斷裂的關(guān)系,同時(shí)涉及了青藏高原感熱的作用。目前對南亞高壓的位置的時(shí)間變化特征研究較多,但其位置變化的相關(guān)影響因素和這些因素的相關(guān)特征研究較少,同時(shí)針對較長時(shí)間序列,南亞高壓位置和大氣熱源的相關(guān)研究還是較少。本文選取較長的時(shí)間序列(1948—2011年)資料,主要研究亞洲區(qū)域的中南半島和青藏高原這兩個(gè)地區(qū)上空大氣熱源的多年平均候變化特征,并探討上述兩個(gè)地區(qū)熱源的變化與南亞高壓西進(jìn)和東退的關(guān)系。

1資料和方法

1.1　資料

利用NCEP/NCAR的1948—2011年64 a的逐日再分析溫度場、風(fēng)場和氣壓場等資料,計(jì)算了各層(共12層)大氣熱源Q1和大氣整層積分的。時(shí)間為1948年1月1日—2011年12月31日。NCEP/NCAR資料全球格點(diǎn)數(shù)為144×73,格距為2.5°(經(jīng)度)×2.5°(緯度)。

青藏高原區(qū)域選取的是海拔為2 000 m以上的地區(qū)。

1.2　大氣熱源的計(jì)算方法

大氣中的視熱源Q1可由大尺度的觀測資料通過參考Yanai et al.(1973)、He et al.(1987)、陳玉英等(2008)的研究方案利用下面的方程求得:

(1)

(2)

其中:θ為位溫;V為水平風(fēng)矢量;ω為p坐標(biāo)系中的垂直速度;k=R/cp,R和cp分別是氣體常數(shù)和干空氣的等壓比熱;p0=1 000 hPa;ps為地面氣壓,pt指大氣層頂(設(shè)pt=100 hPa)。

為了檢查計(jì)算的Q1的合理性,與其他學(xué)者的研究進(jìn)行比較,結(jié)果表明:Q1與陳隆勛和李維亮(1982)、Yanai et al.(1992)所得到的Q1空間分布對應(yīng)較好,Q1的數(shù)值大小與Luo and Yanai(1984)、He et al.(1987)的計(jì)算結(jié)果比較接近。因此,這里所計(jì)算的Q1可用于氣候研究。

2中南半島和青藏高原地區(qū)大氣熱源的氣候變化特征

由10～20°N緯度帶的大氣熱源進(jìn)行平均得到的熱源候氣候態(tài)變化(圖1a)可以看出,中南半島地區(qū)(100°E)附近大氣熱量源匯在12候(即2月底3月初)開始由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值,但其與同緯度帶周圍大氣相比已為大氣熱源,同時(shí)與同緯度帶東西相鄰地區(qū)的熱力梯度較大,到了22候(4月中旬)以后,孟加拉灣和菲律賓地區(qū)大氣也轉(zhuǎn)為熱源。到了30候以后(即進(jìn)入夏季)10～20°N緯度帶的大氣熱源中心出現(xiàn)在孟加拉灣,同時(shí)可得中南半島地區(qū)大氣熱源也達(dá)到一年中的極大值。從48候(9月)開始孟加拉灣、中南半島和菲律賓的大氣熱源都開始減弱,大致在63候(11月中旬),孟加拉灣、中南半島和菲律賓地區(qū)的大氣都同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槔湓础?/p>

圖1　10～20°N(a)、27.5～40°N(b)范圍內(nèi)大氣熱源64 a平均的時(shí)間—經(jīng)度剖面Fig.1　The time-longitude cross-section of 64-year mean between (a)10—20°N,(b)27.5—40°N

由圖1b仔細(xì)分析可得,高原西部地區(qū)(65～75°E)在6候(2月初)開始大氣熱量源匯由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值,高原中部地區(qū)(80～90°E)在12候(2月底3月初)開始大氣熱量源匯由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值,高原東部地區(qū)(90～105°E)在14候前后(3月中旬前)開始大氣熱量源匯由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值。總體上,從12候(即2月底3月初)以后開始青藏高原上空大氣主體由冷源轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵩?。同時(shí)高原西部、中部和東部大氣熱源的變化規(guī)律不同,西部表現(xiàn)為從16—21候其上空大氣熱源進(jìn)入一年中的極大值。高原中部與東部上空大氣熱源變化時(shí)間相同,但量值上東部比中部大的多,這樣將高原中部和東部稱為高原主體,可得在30—48候(即夏季)青藏高原主體上空大氣熱源進(jìn)入到極大值區(qū),同時(shí)48候(8月底)起,高原西部上空大氣熱量源匯已轉(zhuǎn)為負(fù)值,即為冷源,等到了54候(9月底)高原絕大部分地區(qū)大氣熱量源匯已轉(zhuǎn)為負(fù)值。48—54候,青藏高原上空大氣表現(xiàn)為高原西部為冷源,高原主體(中部和東部)為熱源,高原上空冷熱源共存的特征。

3南亞高壓在中南半島和青藏高原上空的位置與兩者大氣熱源變化的氣候特征

圖2為100 hPa等壓面上流線候氣候態(tài),由此圖可了解南亞高壓的位置變化情況,由18候的流線分布(圖略)分析可得南亞高壓的中心還位于菲律賓群島以東的洋面上,從19候(圖2a)開始,南亞高壓有兩個(gè)中心,主體仍在菲律賓群島以東的洋面上,次中心已西移到菲律賓和中南半島上空,對照10～20°N范圍內(nèi)大氣熱源的候經(jīng)度分布(圖1a)分析可得,從3月開始中南半島大氣已有能量的凈收入,經(jīng)過一個(gè)多月的熱量積累,到了4月(19候)南亞高壓部分中心已移到中南半島上空,等到孟加拉灣、中南半島和菲律賓上空的大氣都轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵩?即同緯度帶中中南半島附近熱力梯度變小),時(shí)間大致為22候(圖2b)以后,南亞高壓中心主體已全部西移到中南半島上空,以上分析可得孟加拉灣、中南半島和菲律賓群島地區(qū)的大氣熱源的變化對南亞高壓的西進(jìn)有觸發(fā)作用,當(dāng)上述三個(gè)地區(qū)間的熱力梯度變小且大氣都為熱源時(shí)南亞高壓中心位置將會(huì)西移到中南半島上空。

圖2　64 a平均的第19(a)、22(b)、31(c)、55(d)候100 hPa的流線分布Fig.2　The 64-year climatic mean pentand streamline field at 100 hPa　　a.Pentand 19;b.Pentand 22;c.Pentand 31;d.Pentand 55

從流線候平均圖(圖略)分析可得從22—26候南亞高壓中心位于中南半島上空,26—30候,南亞高壓中心由中南半島向內(nèi)陸西北方向移動(dòng),對照27.5～40°E范圍內(nèi)大氣熱源的候經(jīng)度分布(圖1b),此時(shí)青藏高原上空大氣主體處于次極大值區(qū),即將進(jìn)入一年中極大值區(qū),31候(圖2c)起(進(jìn)入6月)南亞高壓開始在青藏高原上空建立起來,同時(shí)青藏高原上空大氣熱源進(jìn)入一年中的極大值區(qū),這些對應(yīng)著6月初大氣環(huán)流的突變(葉篤正等,1958)。從上面分析可得南亞高壓在青藏高原上空的建立不僅與高原加熱場的時(shí)間積累有關(guān)還與大氣環(huán)流背景場的變化有關(guān)。同時(shí)分析發(fā)現(xiàn)31—48候青藏高原主體大氣熱源值處于極大值區(qū)同時(shí)南亞高壓位于高原上空附近,青藏高原大氣熱源從49候開始減弱,到了54候高原部分地區(qū)大氣已為冷源,而流場圖上南亞高壓也開始南下退出高原地帶,55候(10月初)(圖2d)開始南亞高壓退出高原地帶對應(yīng)著10月大氣環(huán)流開始突變,以上分析表明夏季青藏高原上空大氣為熱源,同時(shí)處于一年中的極大值區(qū)內(nèi),這對于南亞高壓在夏季位于高原上空有對應(yīng)關(guān)系,表明當(dāng)高原上空大氣為強(qiáng)熱源時(shí)對南亞高壓位于高原上空有維持作用。

4結(jié)論

1)中南半島地區(qū)大氣在12候(即2月底3月初)開始由冷源轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵩础?/p>

2)當(dāng)中南半島與同緯度帶東西相鄰地區(qū)大氣熱源梯度的減小(22候),且孟加拉灣、中南半島和菲律賓群島地區(qū)的大氣都為熱源,南亞高壓中心西進(jìn)到中南半島上空。

3)當(dāng)青藏高原大氣熱源進(jìn)入一年中的極大值區(qū)時(shí),南亞高壓中心開始在高原上空建立并穩(wěn)定維持(31候),當(dāng)高原上空大氣變?yōu)槔湓磿r(shí)南亞高壓中心移動(dòng)出高原上空(55候)。

4)中南半島地區(qū)的大氣熱源對南亞高壓的西移有觸發(fā)作用,而南亞高壓在青藏高原上空的建立與退出,和高原大氣熱源的強(qiáng)度和大氣環(huán)流的突變有關(guān),間接表明夏季青藏高原大氣熱源強(qiáng)時(shí)對于南亞高壓在高原上空有維持作用。

參考文獻(xiàn)(References)：

陳隆勛,李維亮.1982.亞洲季風(fēng)區(qū)各月的大氣熱源結(jié)構(gòu)[C]//全國熱帶夏季風(fēng)學(xué)術(shù)會(huì)議文集.昆明:云南人民出版社:246-259.Chen Longxun,Li Weiliang.1982.The atmospheric heat source structure each month in the Asian monsoon region[C]//National tropical summer monsoon conference.Kunming:Yunnan people’s Publishing House:246-259.(in Chinese).

陳玉英,鞏遠(yuǎn)發(fā),魏娜.2008.亞洲季風(fēng)區(qū)大氣熱源匯的氣候特征[J].氣象科學(xué),28(3):251-257.Chen Yuying,Gong Yuanfa,Wei Na.2008.The climatic characteristics of atmospheric heat sources/sinks over the Asian monsoon region[J].Scientia Meteorologica Sinica,28(3):251-257.(in Chinese).

郭準(zhǔn),郭品文,茅懋.2009.南亞高壓在高原建立的路徑類型及其分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),32(6):815-823.Guo Zhun,Guo Pinwen,Mao Mao.2009.Motion tracks of South Asia High and its onset mechanisms[J].Trans Atmos Sci,32(6):815-823.(in Chinese).

He H J,McGinnis W,Song Z,et al.1987.Onset of the Asian summer monsoon in 1979 and the effect of the Tibetan Plateau[J].Mon Wea Rev,115(9):1966-1995.

李崇銀,李琳,譚言科.2011.南亞高壓在平流層的特征及ENSO影響的進(jìn)一步研究[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),27(3):289-298.Li Chongyin,Li Lin,Tan Yanke.2011.Further study on structure of South Asia High in the stratosphere and influence of ENSO[J].J Trop Meteor,27(3):289-298.(in Chinese).

劉伯奇,何金海,王黎娟.2009.4—5月南亞高壓在中南半島上空建立過程特征及其可能機(jī)制[J].大氣科學(xué),33(6):1319-1332.Liu Boqi,He Jinhai,Wang Lijuan.2009.Characteristics of the South Asia High establishment processes above the Indo-China Peninsula from April to May and their possible mechanism[J].Chinese J Atmos Sci,33(6):1319-1332.(in Chinese).

劉梅,胡洛林,濮梅娟,等.2007.夏季南亞高壓的演變及有關(guān)天氣系統(tǒng)的響應(yīng)研究[J].氣象科學(xué),27(3):294-301.Liu Mei,Hu Luolin,Pu Meijuan,et al.2007.Study on change of South Asia High and response of other weather system during summer[J]. Scientia Meteorologica Sinica,27(3):294-301.(in Chinese).

劉屹岷,吳國雄,劉輝,等.1999.空間非均勻加熱對副熱帶高壓形成和變異的影響Ⅲ:凝結(jié)潛熱加熱與南亞高壓及西太平洋副高[J].氣象學(xué)報(bào),57(5):525-538.Liu Yimin,Wu Guoxiong,Liu Hui,et al.1999.The effect of spatially nonuniform heating on the formation and variation of subtropical high Part Ⅲ:Condensation heating and South Asia High and Western Pacific Subtropical High[J]. Acta Meteor Sinica,57(5):525-538.(in Chinese).

盧楚翰,秦育婧,王黎娟.2012.春季南亞高壓在中南半島上空建立與500 hPa副高斷裂的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),35(5):564-569.Lu Chuhan,Qin Yujing,Wang Lijuan.2012.Relationship between establishment of South Asia High over the Indo-China Peninsula and splitting of 500 hPa subtropical high over the Bay of Bengal in springtime[J].Trans Atmos Sci,35(5):564-569.(in Chinese).

Luo H B,Yanai M.1984.The large-scale circulation and heat sources over Tibetan Plateau and surrounding areas during early summer of 1979,Part Ⅱ:Heat and moisture budgets[J].Mon Wea Rev,112(5):966-989.

陶詩言,朱福康.1964.夏季亞洲南部100 hPa流型的變化及其與太平洋副熱帶高壓進(jìn)退的關(guān)系[J].氣象學(xué)報(bào),34(4):385-395.Tao Shiyan,Zhu Fukang.1964.The 100 hPa fow pattern changes of the Southern Asia in summer and relationship between it and the Pacific Subtropical High[J].氣象學(xué)報(bào),34(4):385-395.(in Chinese).

王黎娟,郭帥宏.2012.4—5月南亞高壓在中南半島上空建立的年際變化特征及其與亞洲南部夏季風(fēng)的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),35(1):10-23.Wang Lijuan,Guo Shuaihong.2012.Interannual variability of the South-Asian High establishment over the Indo-China Peninsula from April to May and its relation to Southern Asian summer monsoon[J].Trans Atmos Sci,35(1):10-23.(in Chinese).

吳國雄,劉屹岷,劉平.1999.空間非均勻加熱對副熱帶高壓形成和變異的影響Ⅰ:尺度分析[J].氣象學(xué)報(bào),57(3):257-263.Wu Guoxiong,Liu Yimin,Liu Ping.1999.The effect of spatially nonuniform heating on the formation and variation of subtropical high part:I scale analysis[J].Acta Meteor Sinica,57(3):257-263.(in Chinese).

Yanai M,Esbensen S,Chu J H.1973.Determination of bulk properties of tropical cloud clusters from large-scale heat and moisture budgets[J].J Atmos Sci,30(4):611-627.

Yanai M,Li C H,Song Z S,et al.1992.Seasonal heating of the Tibetan Plateau and its effects on the evolution of the Asian summer monsoon[J].J Meteor Soc Japan,70(3):319-351.

葉篤正,高由禧.1979.青藏高原氣象學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社:1-82.Ye Duzheng,Gao Youxi.1979.The Qinghai Tibet Plateau meteorology[M].Beijing:Science Press:1-82.(in Chinese).

葉篤正,陶詩言,李麥村.1958.在六月和十月大氣環(huán)流的突變現(xiàn)象[J].氣象學(xué)報(bào),29(4):249-263.Ye Duzheng,Tao Shiyan,Li Maicun.1958.The mutation phenomenon of atmospheric circulation in June and October[J]. Acta Meteor Sinica,29(4):249-263.(in Chinese).

張玲,智協(xié)飛.2010.南亞高壓和西太副高位置與中國盛夏降水異常[J].氣象科學(xué),30(4):438-444.Zhang Ling,Zhi Xiefei.2010.South Asian High and the subtropical western Pacific High and its relation to the mid-summer precipitation anomalies over China[J].Scientia Meteorologica Sinica,30(4):438-444.(in Chinese).

Zhou Ningfang,Yu Yongqiang,Qian Yongfu.2006.Simulations of the 100 hPa South Asian High and precipitation over East Asia with IPCC coupled GCMs[J].Adv Atmos Sci,23(3):375-390.

朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.2000.天氣學(xué)原理和方法[M].3版.北京:氣象出版社:485-492.Zhu Qiangen,Lin Jingrui,Shou Shaowen,et al.2000.The principle and method of weather[M].3rd.Beijing:Meteorological Press:485-492.(in Chinese).

朱文妹.1987.南亞高壓季節(jié)性位移及其對我國東部地區(qū)雨帶的影響[C]//中國氣象局氣象科學(xué)研究院.氣象科學(xué)技術(shù)集刊10:季風(fēng)論文專集.北京:氣象出版社:131-136.Zhu Wenmei.1987.The influence of South Asia High and the seasonal displacement of the rain belt in the eastern region of China[C]//Chinese Meteorological Science Research Institute.Meteorological science and technology of 10:The monsoon album.Beijing:Meteorological Press:131-136.(in Chinese).

(責(zé)任編輯：劉菲)