7月不同形態(tài)南亞高壓與北半球大氣環(huán)流的關(guān)系

孫照渤,周航,彭麗霞,倪東鴻

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7月不同形態(tài)南亞高壓與北半球大氣環(huán)流的關(guān)系

孫照渤*,周航,彭麗霞,倪東鴻

南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044

2014-04-14收稿,2014-05-23接受

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41105059;41575070);科技部公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201306028)

利用NCEP/NCAR月平均高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)再分析資料,分析了1948—2013年7月南亞高壓多中心特征及其與北半球大氣環(huán)流的關(guān)系。結(jié)果表明:1)南亞高壓存在1至5個(gè)中心不等,其中以雙中心類和三中心類為主,占總樣本數(shù)的82%,其次是單中心類,占總樣本數(shù)的14%,四中心類和五中心類僅占總樣本數(shù)的3%。2)根據(jù)高壓中心個(gè)數(shù)、經(jīng)向位置和環(huán)流特征,將不同類高壓分成了不同型,其中單中心類分為Ⅰ1型和Ⅰ2型,分別占該類的44%和56%,雙中心類分為Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅱ3型,分別占該類的66.7%、18.5%和14.8%,三中心類僅考慮了Ⅲ1型,占該類的67%。3)Ⅰ1型高壓中心在伊朗高原上空,Ⅰ2型高壓中心在青藏高原上空,Ⅱ1型兩高壓中心分別在伊朗高原和青藏高原上空,Ⅱ2型兩高壓中心分別在伊朗高原和我國(guó)東部西太平洋上空,Ⅱ3型兩高壓中心分別在青藏高原和我國(guó)東部西太平洋上空,Ⅲ1型三個(gè)高壓中心分別在伊朗高原、青藏高原和我國(guó)東部西太平洋上空。4)不同類型的高壓中心所在地區(qū)高層位勢(shì)高度場(chǎng)和對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)都表現(xiàn)為顯著正異常,且不同區(qū)域溫度場(chǎng)異常的維持機(jī)制不相同。

南亞高壓

多中心特征

青藏高原

伊朗高原

夏季南亞高壓是青藏高原及鄰近地區(qū)上空的大型高壓系統(tǒng),又稱青藏高壓或亞洲季風(fēng)高壓。它是北半球夏季100 hPa最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的環(huán)流系統(tǒng),對(duì)我國(guó)夏季大范圍旱澇分布及亞洲天氣都有重大影響(Flohn,1957;Mason and Anderson,1958;洪梅等,2014)。張瓊(1999)指出,南亞高壓中心位置的分布表現(xiàn)為三種平衡態(tài),冬半年平衡態(tài)主要分布在140～170°E范圍內(nèi),夏半年有兩個(gè)平衡態(tài),中心分布在90°E和60°E附近,分別位于青藏高原和伊朗高原上空。

東西振蕩是南亞高壓最重要的一個(gè)活動(dòng)特征。羅四維等(1982)統(tǒng)計(jì)了1964—1973年7—8月100 hPa南亞高壓中心的分布,發(fā)現(xiàn)東部頻數(shù)中心位于100°E以東,西部頻數(shù)中心在85°E附近,他們以100°E為界,把南亞高壓流場(chǎng)分為西部型、東部型和帶狀型三種形式。孫國(guó)武(1984a)指出,夏季南亞高壓在我國(guó)和高原西部存在兩個(gè)高壓中心,這兩個(gè)高壓中心的振動(dòng)加強(qiáng)、減弱會(huì)引起高壓東西振蕩,同時(shí)高原西部上空大氣邊界層內(nèi)的物理量有明顯差異。張瓊(1999)進(jìn)一步從平衡態(tài)的角度定義了東西振蕩的概念,并將圍繞兩類平衡態(tài)位置的異常振蕩分別稱為青藏高壓的東西振蕩和伊朗高壓的東西振蕩。南亞高壓面積、強(qiáng)度、中心位置均呈現(xiàn)出顯著年代際變化,即:1991年之前,面積指數(shù)偏大、強(qiáng)度指數(shù)偏強(qiáng)、東脊點(diǎn)偏東、中心偏東;1991年之后,各特征參數(shù)呈基本相反的變化(王偉和范廣洲,2012;曾剛等,2013)。

南亞高壓作為一個(gè)行星尺度的環(huán)流背景,與夏季北半球大氣環(huán)流關(guān)系密切(Ding and Wang,2005;陳永仁和李躍清,2008;Jiang et al.,2011)。楊光等(2013)研究認(rèn)為,在南亞高壓強(qiáng)度偏弱階段和偏強(qiáng)階段,對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流特征和形勢(shì)顯著不同。極渦面積變化與南亞高壓東西振蕩存在顯著的反相關(guān),當(dāng)南亞高壓異常偏東,極渦則向北收縮;當(dāng)南亞高壓異常偏西,極渦面積則向南擴(kuò)展(陳永仁和李躍清,2007)。夏季南亞高壓與我國(guó)天氣、氣候的變化有非常密切的聯(lián)系。張瓊和吳國(guó)雄(2001)指出,南亞高壓的位置和強(qiáng)度變化與我國(guó)長(zhǎng)江流域大范圍降水有密切的關(guān)系。盛夏南亞高壓東西位置和南北位置的異常變化對(duì)同期我國(guó)降水分布有重要預(yù)報(bào)意義(陳桂英和廖荃蓀,1990)。張玲和智協(xié)飛(2010)還指出,南亞高壓與西太平洋副高緯向位置異常對(duì)長(zhǎng)江中下游、江南地區(qū)的環(huán)流和降水異常有顯著影響。

孫國(guó)武(1984b)較早指出,南亞高壓的季節(jié)變化具有明顯的階段性,5、6月南亞高壓大多為一個(gè)中心,7、8月則有兩個(gè)中心,分別在高原西部和我國(guó)東部上空停留。研究發(fā)現(xiàn),夏季南亞高壓常常不止一個(gè)中心,且每個(gè)中心都很強(qiáng),其對(duì)應(yīng)的北半球大氣環(huán)流明顯不同?？紤]7月是南亞高壓的最強(qiáng)季節(jié),因此,本文主要研究7月南亞高壓的多中心特征,并且根據(jù)高壓的中心個(gè)數(shù)、經(jīng)向位置和環(huán)流特征,將南亞高壓分為不同形態(tài),分別研究不同形態(tài)南亞高壓的維持機(jī)制及其對(duì)應(yīng)的北半球大氣環(huán)流特征。

1　資料和方法

采用1948—2013年7月美國(guó)NCEP/NCAR月平均高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)等再分析資料,水平分辨率為2.5°×2.5°,緯向格點(diǎn)數(shù)為144,經(jīng)向格點(diǎn)數(shù)為73;主要采用合成分析方法。

2　7月南亞高壓的分型

參考以前關(guān)于南亞高壓中心的定義(Qian et al.,2002),本文南亞高壓中心的定義為:在月平均200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)20～160°E、0～50°N范圍內(nèi),由12 480 gpm等值線包圍的區(qū)域內(nèi),所有位勢(shì)高度場(chǎng)的極大值中心。本文統(tǒng)計(jì)了1948—2013年7月共66個(gè)樣本,根據(jù)中心個(gè)數(shù)的不同,將南亞高壓分為單中心類、雙中心類、三中心類和多中心類(3個(gè)以上中心),其中單中心類9個(gè)樣本,雙中心類27個(gè)樣本,三中心類27個(gè)樣本,多中心類包含四中心類和五中心類,分別為2個(gè)樣本和1個(gè)樣本。根據(jù)不同類高壓中心經(jīng)向位置、環(huán)流特征和動(dòng)力熱力結(jié)構(gòu)(張瓊,1999;Qian et al.,2002),將不同類南亞高壓分為若干型,其中單中類分為Ⅰ1和Ⅰ2型,雙中心類分為Ⅱ1和Ⅱ2和Ⅱ3型,三中心類中分出Ⅲ1型,而其余型在此不考慮。本文重點(diǎn)考察Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3和Ⅲ1型南亞高壓的環(huán)流特征和維持機(jī)制。

圖1a給出了7月單中心類南亞高壓中心的分布特征,單中心緯向位置處于27.5～30°N,經(jīng)向位置在55～90°E范圍內(nèi),即伊朗高原和青藏高原上空。以70°E為界,將中心出現(xiàn)在20～70°E的劃分為Ⅰ1型,中心出現(xiàn)在70～90°E的劃分為Ⅰ2型,Ⅰ1、Ⅰ2型的南亞高壓樣本數(shù)分別為4個(gè)和5個(gè),分別占單中心類總樣本數(shù)的44%和56%。由圖1b、c可見,Ⅰ1型南亞高壓200 hPa流場(chǎng)存在一個(gè)以伊朗高原為中心的強(qiáng)大反氣旋環(huán)流,Ⅰ2型南亞高壓存在一個(gè)以青藏高原為中心的強(qiáng)大反氣旋環(huán)流,這兩個(gè)反氣旋環(huán)流中心對(duì)應(yīng)著不同的熱力結(jié)構(gòu)和環(huán)流特征(張瓊,1999),青藏高原地區(qū)是以上升運(yùn)動(dòng)為主的熱力性的高壓中心,伊朗高原地區(qū)是以下沉運(yùn)動(dòng)為主的動(dòng)力性的高壓中心。

圖1　7月單中心類南亞高壓中心分布(a)以及合成的Ⅰ1型(b)和Ⅰ2(c)型200 hPa流場(chǎng)Fig.1　(a)Distribution of centers of one-center class SAHs and composite 200 hPa stream fields for (b)Ⅰ1 form and (c)Ⅰ2 form SAHs in July

雙中心Ⅱ1型南亞高壓共有18個(gè)樣本，占雙中心類總樣本數(shù)的66.7%。圖2給出了Ⅱ1型南亞高壓兩中心位置分布及環(huán)流特征?？梢姡耗蟻喐邏簝蓚€(gè)中心分別位于45～70°E和70～105°E，同時(shí)出現(xiàn)在伊朗高原和青藏高原上空，緯向位置位于27.5～30°N；200 hPa流場(chǎng)上，強(qiáng)大的南亞高壓系統(tǒng)在伊朗高原和青藏高原分別存在顯著閉合反氣旋環(huán)流中心，且兩個(gè)環(huán)流中心強(qiáng)度相當(dāng)，雙中心南壓高壓系統(tǒng)比單中心類高壓系統(tǒng)強(qiáng)度更強(qiáng)、范圍更廣。

圖2　7月雙中心Ⅱ1型南亞高壓中心分布(a)以及合成的200 hPa流場(chǎng)(b)Fig.2　(a)Distribution of centers and (b)composite 200 hPa stream field for Ⅱ1 form SAHs in July

雙中心Ⅱ2型南亞高壓樣本數(shù)偏少，為5個(gè)，占雙中心類總樣本數(shù)的18.5%。由圖3a可見，Ⅱ2型南亞高壓的兩個(gè)中心經(jīng)向位置分別位于20～70°E和105～160°E，一個(gè)中心位于伊朗高原上空，另一個(gè)中心位于我國(guó)東部大陸和西太平洋上空，兩個(gè)中心的緯向位置基本位于27.5～32.5°N。圖3b給出了Ⅱ2型南亞高壓200 hPa環(huán)流特征?？梢?，兩個(gè)閉合的反氣旋環(huán)流中心分別位于伊朗高原和西太平洋上空，且伊朗高原上空環(huán)流強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)，西太平洋上空環(huán)流強(qiáng)度明顯偏弱，說(shuō)明兩個(gè)高壓中心強(qiáng)度并不對(duì)等，伊朗高原的高壓中心明顯強(qiáng)于西太平洋上空的高壓中心。

圖3　7月雙中心Ⅱ2型南亞高壓中心分布(a)以及合成的200 hPa流場(chǎng)(b)Fig.3　(a)Distribution of centers and (b)composite 200 hPa stream field for Ⅱ2 form SAHs in July

雙中心Ⅱ3型南亞高壓的樣本數(shù)也偏少，為4個(gè)，占雙中心類樣本總數(shù)的14.8%，Ⅱ3型南亞高壓的兩個(gè)中心分別位于70～105°E和105～160°E，其中一個(gè)中心位于青藏高原上空，另一個(gè)中心位于我國(guó)東部大陸和西太平洋上空，且大部分位于我國(guó)東部大陸沿岸(圖4a)。由圖4b可見，Ⅱ3型南亞高壓系統(tǒng)的中東部偏強(qiáng)、西部偏弱，其中青藏高原上空的高壓中心偏強(qiáng)，我國(guó)東部大陸沿岸的高壓中心偏弱。

通過(guò)以上分析可知，雙中心類南亞高壓主要以Ⅱ1型為主，兩個(gè)高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在伊朗高原上空和青藏高原上空，且強(qiáng)度相當(dāng)，Ⅱ2、Ⅱ3型南亞高壓個(gè)例較少，且位于我國(guó)東部和西太平洋上空的高壓中心強(qiáng)度均明顯偏弱。

圖4　7月雙中心Ⅱ3型南亞高壓中心分布(a)以及合成的200 hPa流場(chǎng)(b)Fig.4　(a)Distribution of centers and (b)composite 200 hPa stream field for Ⅱ3 form SAHs in July

下面分析三中心類南亞高壓的環(huán)流特征。這里主要給出三個(gè)高壓中心分別同時(shí)出現(xiàn)在20～70°E、70～105°E和105～160°E的情形，本文定義為Ⅲ1型，Ⅲ1型南亞高壓共18個(gè)樣本，占三中心類總樣本數(shù)的67%。由圖5可見，三個(gè)高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在高壓系統(tǒng)的西、中、東部，其對(duì)應(yīng)的200 hPa環(huán)流場(chǎng)上，伊朗高原上空、青藏高原上空和我國(guó)東部及西太平洋上空均為顯著的反氣旋環(huán)流中心，其中青藏高原的環(huán)流中心最強(qiáng)，其次為伊朗高原的環(huán)流中心，我國(guó)東部西太平洋上空的環(huán)流中心最弱，此時(shí)南亞高壓系統(tǒng)橫跨整個(gè)東半球副熱帶地區(qū)，強(qiáng)度異常強(qiáng)。

圖5　7月Ⅲ1型南亞高壓中心分布(a)以及合成的200 hPa流場(chǎng)(b)Fig.5　(a)Distribution of centers and (b)composite 200 hPa stream field for Ⅲ1 form SAHs in July

上述分析表明，南亞高壓系統(tǒng)主要表現(xiàn)為單中心類、雙中心類和三中心類，其中雙中心類和三中心類是南亞高壓存在的主要形式。此外，少數(shù)南亞高壓的中心個(gè)數(shù)超過(guò)3，其中四中心類南亞高壓有2例，五中心類南亞高壓有1例，本文均歸為多中心類，多中心類南亞高壓的中心分布較廣泛，遍布于整個(gè)高壓系統(tǒng)。

圖6a給出了四中心類南亞高壓中心位置的分布，一個(gè)個(gè)例的4個(gè)中心分別位于52.5°E、82.5°E、92.5°E和132.5°E，另一個(gè)個(gè)例的4個(gè)中心分別位于60.0°E、67.5°E、125.0°E和157.5°E，圖6c給出了第一個(gè)個(gè)例對(duì)應(yīng)的200 hPa流場(chǎng)分布?？梢?，4個(gè)中心分別位于伊朗高原上空、印度北部上空、青藏高原上空和西太平洋上空，其中伊朗高原和青藏高原上空的兩個(gè)中心強(qiáng)度偏強(qiáng)，印度北部中心強(qiáng)度略弱，西太平洋上空中心強(qiáng)度最弱。

圖6b給出了五中心類南亞高壓中心位置的分布，該個(gè)例的5個(gè)中心經(jīng)向位置分別位于50.0°E、77.5°E、92.5°E、112.5°E和135.0°E，即：伊朗高原西部、印度北部、青藏高原、我國(guó)東部和西太平洋上空，其中伊朗高原西部上空中心強(qiáng)度最強(qiáng)，其余偏弱，南壓高壓系統(tǒng)呈帶狀。

圖6　7月四中心類(a、c)和五中心類(b、d)南亞高壓中心分布(a、b)及其個(gè)例的200 hPa流場(chǎng)(c、d)Fig.6　(a,b)Distribution of centers and (c,d)individual cases of 200 hPa stream field for (a,c)four-center class and (b,d)five-center class SAHs in July

3　南亞高壓與大氣環(huán)流的關(guān)系

通過(guò)分析可知，單中心類的Ⅰ1和Ⅰ2型，雙中心類的Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3型，三中心類的Ⅲ1型呈現(xiàn)了南亞高壓的主要形態(tài)，本節(jié)通過(guò)200 hPa距平場(chǎng)、500～200 hPa溫度質(zhì)量加權(quán)垂直積分場(chǎng)，進(jìn)一步討論不同形態(tài)南亞高壓對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流異常特征及其維持機(jī)制。

由圖7a可見，Ⅰ1型南亞高壓對(duì)應(yīng)的200 hPa距平合成場(chǎng)上，南亞地區(qū)在80°E以東表現(xiàn)為負(fù)距平，以西表現(xiàn)為正距平，說(shuō)明南亞高壓中心位置偏西，同時(shí)歐亞大陸高緯地區(qū)表現(xiàn)為負(fù)距平。熱力是南亞高壓形成并維持的主要因子，也是影響南亞高壓活動(dòng)的重要因子，南壓高壓的維持與對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)有著直接的關(guān)系(葉篤正和張捷遷，1974；劉屹岷等，1999a，1999b；Qian et al.,2002；葛靜等，2015；王群等，2015)。圖7b給出了Ⅰ1型南亞高壓對(duì)應(yīng)的500～200 hPa溫度距平合成分布。可見，當(dāng)南亞高壓在伊朗高原表現(xiàn)為單中心時(shí)，伊朗高原地區(qū)對(duì)流層中上層表現(xiàn)為顯著的溫度正距平，而80°E以東青藏高原和我國(guó)東部至西太平洋都表現(xiàn)為顯著的溫度負(fù)距平，對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)的異常分布有利于南亞高壓中心在伊朗高原維持。Qian et al.(2002)指出，盛夏南亞高壓表現(xiàn)出青藏高壓和伊朗高壓雙模態(tài)特征，青藏高壓是熱力性的高壓，高壓中心區(qū)從上到下都是上升運(yùn)動(dòng)，伊朗高壓是動(dòng)力性為主的高壓，高壓中心區(qū)從上到下都是下沉運(yùn)動(dòng)。因此，可以推測(cè)該區(qū)域溫度場(chǎng)的正異常與加強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

由圖7c可見，在Ⅰ2型南亞高壓對(duì)應(yīng)的200 hPa距平合成場(chǎng)上，80°E以東青藏高原及其以南到赤道地區(qū)都表現(xiàn)為顯著的高度正距平，80°E以西伊朗高原上空表現(xiàn)為高度負(fù)距平，歐洲高緯地區(qū)也表現(xiàn)為負(fù)距平，位勢(shì)高度場(chǎng)的異常分布有利于南亞高壓中心在青藏高原上空維持。對(duì)應(yīng)的500～200 hPa溫度距平合成分布(圖7d)表明，在80°E以西伊朗高原上空對(duì)流層中上層溫度表現(xiàn)為顯著的負(fù)距平，青藏高原地區(qū)表現(xiàn)為顯著的正距平，因此對(duì)流層中上層溫度的正距平有利于南亞高壓中心在青藏高原上空維持，而該正距平與青藏高原的潛熱和感熱加熱有著密切的關(guān)系(葉篤正和張捷遷，1974；劉屹岷等，1999a，1999b；Qian et al.,2002)。

圖7　單中心Ⅰ1型(a、b)、Ⅰ2型(c、d)南亞高壓200 hPa位勢(shì)高度(a、c；單位：gpm)和500～200 hPa溫度質(zhì)量加權(quán)垂直積分(b、d；單位：℃)的距平合成場(chǎng)(陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn))Fig.7　Composite (a,c)200 hPa geopotential height anomalies(units:gpm) and (b,d)anomalies of weighted vertical integration of temperature and mass from 500 hPa to 200 hPa(units:℃) of (a,b)Ⅰ1 form and (c,d)Ⅰ2 form one-center class SAHs(shading denotes anomalies significant at the 95% confidence level)

下面討論雙中心類南亞高壓各形態(tài)對(duì)應(yīng)的異常環(huán)流特征。圖8a給出了Ⅱ1型南亞高壓對(duì)應(yīng)的200 hPa大氣環(huán)流異常特征?？芍?，當(dāng)南亞高壓兩個(gè)中心同時(shí)出現(xiàn)在伊朗高原和青藏高原上空時(shí)，熱帶副熱帶地區(qū)200 hPa位勢(shì)高度在印度以西的伊朗高原和北非地區(qū)表現(xiàn)為顯著的正距平，青藏高原以及我國(guó)東部到赤道地區(qū)也表現(xiàn)為顯著的正距平，印度北部小范圍地區(qū)表現(xiàn)為負(fù)距平，西太平洋地區(qū)雖然也表現(xiàn)為正距平，但異常強(qiáng)度很弱，該位勢(shì)高度場(chǎng)異常分布有利于高壓中心在伊朗高原和青藏高原上空出現(xiàn)。Ⅱ1型南亞高壓對(duì)應(yīng)的對(duì)流層中上層溫度異常場(chǎng)(圖8b)表明，60°E以西伊朗和北非地區(qū)為正距平，北歐也為正距平，青藏高原和我國(guó)東部為正距平，距平中心位于青藏高原上空，印度北部為負(fù)距平；與圖8a比較可知，溫度場(chǎng)正距平區(qū)域?qū)?yīng)高度場(chǎng)正距平區(qū)域，溫度場(chǎng)負(fù)距平區(qū)域?qū)?yīng)高度場(chǎng)負(fù)距平區(qū)域，伊朗高原上空和青藏高原上空的溫度正距平有利于高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在這兩個(gè)地區(qū)上空，而溫度正距平與青藏高原和伊朗高原上空的熱源同時(shí)增強(qiáng)有密切關(guān)系，伊朗高原上空熱源以下沉增溫為主，青藏高原上空熱源以潛熱加熱為主。

Ⅱ2型南亞高壓對(duì)應(yīng)的200 hPa位勢(shì)高度異常合成分布(圖8c)表明，熱帶副熱帶地區(qū)印度北部以西到北非地區(qū)為顯著的正距平，青藏高原中東部為顯著的負(fù)距平，此外在我國(guó)東部30°N附近及其以北東海日本地區(qū)為較弱的正距平，而在歐洲較高緯度，西伯利亞地區(qū)為顯著的負(fù)距平。500～200 hPa溫度距平合成場(chǎng)(圖8d)與200 hPa高度距平合成場(chǎng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，伊朗高原上空和北非上空為顯著的溫度正距平，青藏高原到我國(guó)東部為顯著的溫度負(fù)距平，20°N以北的西太平洋上空為顯著的溫度正距平，溫度場(chǎng)和位勢(shì)高度場(chǎng)異常分布有利于南亞高壓中心分別維持在伊朗高原和西太平洋上空。

圖8　雙中心Ⅱ1(a、b)、Ⅱ2(c、d)、Ⅱ3型(e、f)南亞高壓200 hPa位勢(shì)高度(a、b、c；單位：gpm)和500～200 hPa溫度質(zhì)量加權(quán)垂直積分(d、e、f；單位：℃)的距平合成場(chǎng)(陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn))Fig.8　Composite (a—c)200 hPa geopotential height anomalies(units: gpm) and (d—f)anomalies of weighted vertical integration of temperature and mass from 500 hPa to 200 hPa(units:℃) of (a,b)Ⅱ1 form,(c,d)Ⅱ2 form and (e,f)Ⅱ3 form two-center class SAHs(shading denotes anomalies significant at the 95% confidence level)

Ⅱ3型南亞高壓對(duì)應(yīng)的200 hPa位勢(shì)高度異常合成分布(圖8e)表明，青藏高原及其以西地區(qū)、我國(guó)東部和西太平洋副熱帶上空為顯著的正距平，其中青藏高原上空異常強(qiáng)度最強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的500～200 hPa溫度距平合成場(chǎng)(圖8f)在青藏高原及其以西地區(qū)為顯著的正距平，西太平洋從低緯到高緯地區(qū)為顯著的溫度正距平，有利于南亞高壓中心在青藏高原和西太平洋上空維持，從而形成Ⅱ3型南亞高壓。需要注意的是：西部伊朗高原和北非在200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和500～200 hPa溫度場(chǎng)上均為正距平，但沒(méi)有青藏高原的異常值大；印度北部沒(méi)有形成像Ⅱ1型那樣的溫度負(fù)距平中心。這可能導(dǎo)致伊朗高原上空沒(méi)有形成獨(dú)立的高壓中心，其原因有待進(jìn)一步研究。

圖9給出了三中心同時(shí)出現(xiàn)在20～70°E、70～105°E和105～160°E區(qū)域時(shí)，Ⅲ1型南亞高壓對(duì)應(yīng)的200 hPa位勢(shì)高度和500～200 hPa溫度距平合成分布。由圖9a可見，當(dāng)南亞高壓表現(xiàn)為Ⅲ1型時(shí)，東半球熱帶副熱帶地區(qū)基本表現(xiàn)為顯著的正距平，其中北非伊朗高原、青藏高原和我國(guó)東部西太平洋副熱帶地區(qū)表現(xiàn)為顯著的正距平，只是在印度北部表現(xiàn)為弱的負(fù)距平。對(duì)應(yīng)的對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)在東半球熱帶副熱帶地區(qū)表現(xiàn)為顯著的正距平，距平中心分別位于伊朗高原及其以西、青藏高原及其北部，此外西太平洋從低緯到高緯都表現(xiàn)為顯著的正距平(圖9b)。整個(gè)東半球副熱帶地區(qū)強(qiáng)的溫度正異常有利于高壓中心分別出現(xiàn)在伊朗高原、青藏高原和西太平洋上空。

為進(jìn)一步分析不同形態(tài)南亞高壓間的差異，圖10給出了Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3型與Ⅰ1型的差值場(chǎng)以及Ⅲ1與Ⅱ1型的差值場(chǎng)。圖10a為青藏高原和伊朗高原上空同時(shí)存在高壓中心時(shí)與僅伊朗高原存在高壓中心時(shí)的200 hPa位勢(shì)高度差值場(chǎng)，可見Ⅱ1型與Ⅰ1型相比，青藏高原地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)偏強(qiáng)，伊朗高原地區(qū)偏弱。圖10b為伊朗高原和我國(guó)東部西太平洋同時(shí)存在高壓中心時(shí)與僅伊朗高原存在高壓中心時(shí)的200 hPa位勢(shì)高度差值場(chǎng)，可見Ⅱ2型與Ⅰ1型相比，青藏高原和西太平洋北部高緯地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)偏強(qiáng)，青藏高原南部熱帶地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)偏弱，同時(shí)北非和伊朗高原地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)略強(qiáng)。圖10c為青藏高原和我國(guó)東部西太平洋同時(shí)存在高壓中心與僅伊朗高原存在高壓中心時(shí)的200 hPa位勢(shì)高度差值場(chǎng)，可見Ⅱ3與Ⅰ1型相比，青藏高原和我國(guó)東部西太平洋地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)顯著偏強(qiáng)。圖10d為伊朗高原、青藏高原和我國(guó)東部西太平洋三區(qū)同時(shí)存在高壓中心與伊朗高原和青藏高原二區(qū)存在高壓中心時(shí)200 hPa位勢(shì)高度差值場(chǎng)，可見Ⅲ1與Ⅱ1相比，僅15°N以北西太平洋位勢(shì)高度場(chǎng)偏強(qiáng)，其余青藏高原和伊朗高原地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)均偏弱。

圖9　三中心Ⅲ1型南亞高壓200 hPa位勢(shì)高度(a；單位：gpm)和500～200 hPa溫度質(zhì)量加權(quán)垂直積分(b；單位：℃)的距平合成場(chǎng)(陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn))Fig.9　Composite (a)200 hPa geopotential height anomalies(units: gpm) and (b)anomalies of weighted vertical integration of temperature and mass from 500 hPa to 200 hPa(units:℃) of Ⅲ1 form three-center class SAHs(shading denotes anomalies significant at the 95% confidence level)

圖10　不同型南亞高壓的200 hPa位勢(shì)高度差值場(chǎng)(單位：gpm；陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn))a.Ⅱ1型減Ⅰ1型；b.Ⅱ2型減Ⅰ1型；c.Ⅱ3型減Ⅰ1型；d.Ⅲ1型減Ⅱ1型Fig.10　The 200 hPa geopotential height differences between different forms of SAH(units: gpm;shading denotes anomalies significant at the 95% confidence level): (a)Ⅱ1 form minus Ⅰ1 form;(b)Ⅱ2 form minus Ⅰ1 form;(c)Ⅱ3 form minus Ⅰ1 form;(d)Ⅲ1 form minus Ⅱ1 form

通過(guò)上述分析可知，不論何種類型，高壓中心存在的區(qū)域位勢(shì)高度場(chǎng)偏高，對(duì)應(yīng)的對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)偏強(qiáng)，不同區(qū)域的溫度異常形成機(jī)制不相同，伊朗高原地區(qū)的溫度異常以下沉增溫為主，青藏高原、我國(guó)東部、西太平洋地區(qū)的溫度異常主要與潛熱加熱有關(guān)。從各型間的差異來(lái)看，Ⅱ1型與Ⅱ3型整體都偏強(qiáng)于Ⅰ1型，Ⅱ2型略強(qiáng)于Ⅰ1型，Ⅲ1比Ⅱ1整體偏弱。

4　結(jié)論

本文分析了1948—2013年7月南亞高壓多中心的結(jié)構(gòu)特征及其與大氣環(huán)流的關(guān)系，根據(jù)中心個(gè)數(shù)將南亞高壓分成不同的類，同時(shí)根據(jù)南亞高壓中心的個(gè)數(shù)、經(jīng)向位置和環(huán)流特征，將各類南亞高壓分成不同的型，分別討論了不同形態(tài)南亞高壓的環(huán)流特征及其維持機(jī)制，得到以下結(jié)論：

1)南亞高壓中心個(gè)數(shù)有1至5個(gè)不等，以雙中心類和三中心類為主，其次是單中心類，其中單中心類占14%，雙中心類占41%，三中心類占41%，四中心類和五中心類各2例和1例，分別占2%和1%。

2)單中心類分為Ⅰ1型和Ⅰ2型，Ⅰ1型高壓中心位于20～70°E，占單中心類總樣本數(shù)的44%，Ⅰ2型高壓中心位于70～90°E，占單中心類總樣本數(shù)的56%；雙中心類分為Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅱ3型，其中Ⅱ1型高壓中心位于45～70°E和70～105°E，占雙中心類總樣本數(shù)的66.7%，Ⅱ2型高壓中心位于20～70°E和105～160°E，占雙中心類總樣本數(shù)的18.5%，Ⅱ3型高壓中心位于70～105°E和105～160°E，占雙中心類總樣本數(shù)的14.8%；三中心類僅考慮Ⅲ1型，三個(gè)中心同時(shí)出現(xiàn)在20～70°E、70～105°E和105～160°E，占該類總樣本數(shù)的67%。

3)單中心類Ⅰ1型高壓中心分布在伊朗高原上空，對(duì)應(yīng)的高層位勢(shì)高度場(chǎng)和對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)在伊朗高原北非上空為顯著正距平，青藏高原西太平洋上空都為負(fù)距平；Ⅰ2型高壓中心主要分布在青藏高原上空，對(duì)應(yīng)的高層位勢(shì)高度場(chǎng)和中上層溫度場(chǎng)在青藏高原地區(qū)為正距平，而伊朗高原及其以西為負(fù)距平。雙中心Ⅱ1型兩高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在伊朗高原和青藏高原上空，對(duì)應(yīng)的高層位勢(shì)高度場(chǎng)和中上層溫度場(chǎng)在伊朗高原和北非地區(qū)表現(xiàn)為顯著正距平，青藏高原以及我國(guó)東部為顯著正距平，印度北部小范圍為負(fù)距平；雙中心Ⅱ2型兩高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在伊朗高原及其以西和我國(guó)東部西太平洋地區(qū)，對(duì)應(yīng)的高層位勢(shì)高度場(chǎng)和中上層溫度場(chǎng)在印度北部以西到北非地區(qū)表現(xiàn)為正距平，青藏高原中東部表現(xiàn)為負(fù)距平，25°N及其以北東海日本地區(qū)表現(xiàn)為弱的正距平；雙中心Ⅱ3型兩高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在青藏高原和我國(guó)東部西太平洋地區(qū)，對(duì)應(yīng)的高層位勢(shì)高度場(chǎng)和中上層溫度在青藏高原及其以西地區(qū)、我國(guó)東部、西太平洋副熱帶上空都為顯著的正距平，其中青藏高原異常強(qiáng)度最強(qiáng)；三中心Ⅲ1型三高壓中心同時(shí)出現(xiàn)在伊朗高原及其以西、青藏高原和我國(guó)東部西太平洋地區(qū)，對(duì)應(yīng)的高層位勢(shì)高度場(chǎng)和中上層溫度在東半球熱帶副熱帶地區(qū)基本表現(xiàn)為顯著的正距平。

4)不論南亞高壓中心分布為哪種類型，高壓中心存在的地方，高層位勢(shì)高度場(chǎng)和對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)都表現(xiàn)為顯著正異常，即存在高壓中心的區(qū)域，對(duì)流層中上層溫度場(chǎng)偏高，且不同區(qū)域維持溫度場(chǎng)偏高的原因并不相同，有關(guān)溫度場(chǎng)的影響機(jī)制有待深入研究。

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The South Asian high (SAH) in summer is a strong anticyclone over the Tibetan Plateau and adjacent areas.It is an important component of the Asian summer monsoon.The east-west oscillation of the SAH is an important characteristic and is closely related to the weather situation and climate change of Asia-especially the distribution of drought and flood.It is found that the east-west oscillation of the SAH is not only manifested as the zonal expansion of the area,but also the adjustment of different forms.The climatological mean center position of the SAH is usually located over the Tibetan Plateau,and the SAH has multiple centers in general.The different centers often appear over the Iranian Plateau,the Tibetan Plateau,eastern China,or the western Pacific.The SAH can be classified into different forms according to the number and location of these SAH centers.Identifying the circulation features and maintenance mechanisms of the different forms can help research the mechanism of the east-west oscillation of the SAH.In this paper,based on NCEP-NCAR monthly mean height and wind field reanalysis data from 1948 to 2013,the SAH is classified into several forms according to its center numbers and center location using composite analysis.In addition,the relationship between the circulation characteristics of different SAH forms and the atmospheric circulation in the Northern Hemisphere is discussed.The results obtained are as follows:

(1)The SAH can have between one and five centers,among which having two or three centers constitutes the majority,accounting for 82% of the total samples.Next,is the SAH with a single center,accounting for 14% of the total samples,and the remainder comprises SAHs with four or five centers,accounting only for 3% of the total samples.

(2)The SAH can be classified into different forms according to the number of centers,the meridional position and the circulation features.SAHs with only one center can be classified into Ⅰ1 form and I2 form,accounting for 44% and 56% of the total samples,respectively.SAHs with two centers can be classified into Ⅱ1 form,Ⅱ2 form and Ⅱ3 form,accounting for 66.7%,18.5% and 14.8% of the total samples,respectively.Ⅲ1 form is the only form with three centers considered,accounting for 67% of the total samples.

(3)The center of Ⅰ1 form SAHs is located over the Iranian Plateau,and the center of Ⅰ2 form SAHs is located over the Tibetan Plateau.The two centers of Ⅱ1 form SAHs are located over the Iranian Plateau and Tibetan Plateau,respectively.The centers of Ⅱ2 form SAHs are located over the Iranian Plateau and western Pacific-eastern China,respectively.The two centers of Ⅱ3 form SAHs are located over the Tibetan Plateau and western Pacific-eastern China,respectively.The three centers of Ⅲ1 form SAHs are located over the Iranian Plateau,the Tibetan Plateau and western Pacific-eastern China,respectively.

(4)The geopotential height fields and temperature fields in the upper-middle troposphere feature significant positive anomalies in those areas where the SAH is located,and the maintenance mechanisms of the temperature anomaly fields in different regions are also different.Therefore,the east-west oscillation of the SAH can also be expressed as the conversion of the different forms of the SAH,which is closely related to the temperature in the upper-middle troposphere.Moreover,the conversion of the different forms of the SAH affects the atmospheric circulation and the distribution of precipitation in Asia.

South Asian high;multi-center characteristics;Tibetan Plateau;Iranian Plateau

(責(zé)任編輯：張福穎)

Relationships between different types of South Asian high and atmospheric circulation in the Northern Hemisphere in July

SUN Zhaobo,ZHOU Hang,PENG Lixia,NI Donghong

KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster,MinistryofEducation(KLME)/JointInternationalResearchLaboratoryofClimateandEnvironmentChange(ILCEC)/CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140414002

引用格式：孫照渤,周航,彭麗霞,等,2016.7月不同形態(tài)南亞高壓與北半球大氣環(huán)流的關(guān)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),39(5):577-588.

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*聯(lián)系人，E-mail:sunzb@nuist.edu.cn