南亞高壓年代際變化在NCEP和ERA-40再分析資料中的對比

張瑩 王錦杰 周航 龐礴 李澤宇

摘? 要：南亞高壓與我國夏季大范圍旱澇分布有非常密切的聯(lián)系，具有明顯的年代際變化，可以作為氣候異常的強信號，因而研究南亞高壓的年代際變化，對于短期氣候預(yù)測有重要意義。本文利用1960—2015年NCEP再分析資料和1960—2002年ERA-40再分析資料對比分析南亞高壓年代際變化特征，為開展南亞高壓年代際變化對氣候異常的影響研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：南亞高壓;年代際變化;對比分析

中圖分類號：P46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181233206

引言

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[1]。南亞高壓作為一個行星尺度的環(huán)流背景，與夏季北半球大氣環(huán)流關(guān)系密切[2]，特別是與我國夏季大范圍旱澇分布有非常密切的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)南亞高壓具有明顯的年際和年代際變化，可以作為氣候異常的強信號[3]。因而研究南亞高壓的年代際變化特征，對于短期氣候預(yù)測有重要意義，有助于提高氣候預(yù)測水平，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

在南亞高壓研究中，NCEP再分析資料已得到廣泛使用[4]。鑒于使用單一大氣再分析資料討論南亞高壓的變化特征可能存在片面性，本文利用1960—2015年NCEP再分析資料和1960—2002年ERA-40再分析資料分析南亞高壓年代際變化特征，對比2套資料的異同，為開展南亞高壓年代際變化對氣候異常的影響研究奠定基礎(chǔ)。

1? ? ?南亞高壓特征指數(shù)的定義

本文使用曾剛[5]等定義的面積、強度、北界、南界、脊線、東伸脊點和西伸脊點等7個南亞高壓特征指數(shù)，以此來定量表征南亞高壓的變化。從天氣氣候影響的角度看，200hPa上的南亞高壓與低層環(huán)流、降水等關(guān)系更為密切[6，7]。取夏季北半球200hPa高度場上1250dagpm等值線包圍的反氣旋環(huán)流作為南亞高壓體[5]，七個特征指數(shù)的定義如下。

1.1? ? ?面積指數(shù)

北半球30W～0～180～170W范圍內(nèi)位勢高度≥1250dagpm等值線的格點數(shù)。

1.2? ? ?強度指數(shù)

北半球30W～0～180～170W范圍內(nèi)位勢高度≥1250dagpm等值線的網(wǎng)格點上平均高度值編碼（1251編碼為1，1252編碼為2，1253編碼為3，其余類推）之和。

1.3? ? ?南（北）界指數(shù)

南亞高壓的南（北）側(cè)1250dagpm等值線與北半球30W～0～180～170W范圍內(nèi)經(jīng)線相交點的緯度平均值。

1.4? ? ?脊線指數(shù)

取北半球30W～0～180～170W范圍內(nèi)南亞高壓體脊線（200hPa緯向東風(fēng)和西風(fēng)交界處，u≈0）與經(jīng)線相交點的緯度平均值。

1.5? ? ?東（西）伸脊點指數(shù)

北半球30W～0～180～170W范圍內(nèi)，1250dagpm等值線最東（西）端所在經(jīng)度。

以上定義中，面積指數(shù)越大，南亞高壓體越大;強度指數(shù)越大，南亞高壓則越強;南（北）界指數(shù)越大，南亞高壓體位置越偏北;脊線指數(shù)越大，南亞高壓的脊線越偏北;東伸脊點指數(shù)越大，南亞高壓向東伸展就越明顯;西伸脊點指數(shù)越小，南亞高壓向西伸展就越明顯;反之亦然。

2? ? ?南亞高壓年代際變化在NCEP和ERA-40再分析資料中的對比

圖1為NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積、南界、北界、東伸脊點、西伸脊點和脊線指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化序列。從圖中可以看出，南亞高壓的強度、面積、南界、東伸脊點、西伸脊點存在顯著的年代際變化，在19世紀(jì)70年代末、19世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)初發(fā)生了3次明顯的年代際突變，第一次突變很多文獻(xiàn)中已提到[5，8-9]，但第二次和第三次突變少有文獻(xiàn)提到。脊線在19世紀(jì)70年代末有明顯的年代際轉(zhuǎn)折，而北界的年代際變化特征不明顯。

圖2是ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積、南界、北界、東伸脊點、西伸脊點和脊線指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化序列。從圖中可以看出，南亞高壓的強度、面積、南界、北界、東伸脊點、西伸脊點、脊線均具有顯著的年代際變化，在19世紀(jì)70年代末發(fā)生了明顯的年代際突變。

以上分別用NCEP和ERA-40數(shù)據(jù)對夏季南亞高壓特征指數(shù)年代際變化進(jìn)行了分析，對比兩套數(shù)據(jù)結(jié)果表明，夏季南亞高壓強度、面積、南界、東伸脊點、西伸脊點在19世紀(jì)70年代末呈現(xiàn)出了一致的年代際變化特征;NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓的強度、面積、南界、東伸脊點、西伸脊點在19世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)初還有2次明顯的年代際突變，而ERA-40數(shù)據(jù)描述的各指數(shù)這2次年代際變化不明顯;NCEP和ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓脊線均在19世紀(jì)70年代末發(fā)生年代際轉(zhuǎn)折;NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓北界的年代際變化特征不明顯，而ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓北界在19世紀(jì)70年代末有明顯的年代際變化。

在19世紀(jì)70年代末之前，NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積比ERA-40的弱、南界（北界）比ERA-40的偏北（南）、東（西）伸沒有ERA-40的明顯，19世紀(jì)70年代末—19世紀(jì)90年代初，NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積比ERA-40的強、南界（北界）比ERA-40的偏南（北）、東（西）伸比ERA-40的明顯，19世紀(jì)90年代初—20世紀(jì)，NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積又比ERA-40的弱、南界（北界）比ERA-40的偏北（南）、東（西）伸沒有ERA-40的明顯。脊線變化規(guī)律不如其他指標(biāo)明顯。所以NCEP和ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓各指數(shù)的年際變化趨勢較一致，ERA-40資料描述的各指數(shù)異常程度較弱。

上面定量比較南亞高壓年代際轉(zhuǎn)折前、后的特征指數(shù)變化情況，表1給出了NCEP、ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓各指數(shù)在1960—1977年、1978—1991年、1992—2002年和2003—2015年這4段時期的差異。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度經(jīng)歷了弱、強、弱、強的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度為由弱到強的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓面積經(jīng)歷了小、大、小、大的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓面積為由小到大的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓北界經(jīng)歷了南、北、南、北的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓北界為由北到南的年代際變化，北界的年代際變化強度很弱。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓南界經(jīng)歷了北、南、北、南的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓南界為由北到南的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓脊線在19世紀(jì)70年代末之后偏南，19世紀(jì)90年代初和20世紀(jì)初2次年代際變化不明顯，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓脊線經(jīng)歷了由偏北到偏南的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓東伸脊點經(jīng)歷了東伸不明顯、明顯、不明顯、明顯的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓東伸脊點為東伸不明顯到明顯的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓西伸脊點經(jīng)歷了西伸不明顯、明顯、不明顯、明顯的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓西伸脊點為西伸不明顯到明顯的年代際變化。

表2給出了NCEP和ERA-40數(shù)據(jù)在1960—2002年期間的相關(guān)系數(shù)，雖然2種數(shù)據(jù)存在一定的差別，但仍具有較高的相關(guān)性，各指數(shù)的相關(guān)系數(shù)在0.7（北界）～0.823（南界），均通過0.001置信度的顯著性檢驗。

3? ? ?結(jié)論

本文利用1960—2015年NCEP再分析資料和1960—2002年ERA-40再分析資料對比分析南亞高壓年代際變化特征，得到以下結(jié)論。NCEP數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積、南界、東伸脊點、西伸脊點存在顯著的年代際變化，在19世紀(jì)70年代末、19世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)初發(fā)生了3次明顯的年代際突變，脊線在19世紀(jì)70年代末有明顯的年代際轉(zhuǎn)折，而北界的年代際變化特征不明顯。

ERA-40數(shù)據(jù)計算的夏季南亞高壓強度、面積、南界、北界、東伸脊點、西伸脊點、脊線均具有顯著的年代際變化，在19世紀(jì)70年代末發(fā)生了明顯的年代際突變。

對比2套數(shù)據(jù)結(jié)果表明，南亞高壓強度、面積、南界、東伸脊點、西伸脊點在19世紀(jì)70年代末呈現(xiàn)出了一致的年代際變化;NCEP數(shù)據(jù)計算的南亞高壓的強度、面積、南界、東伸脊點、西伸脊點在19世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)初還有兩次明顯的年代際突變，而ERA-40數(shù)據(jù)描述的各指數(shù)這兩次年代際變化不明顯;NCEP和ERA-40數(shù)據(jù)計算的南亞高壓脊線均在19世紀(jì)70年代末發(fā)生年代際轉(zhuǎn)折;NCEP數(shù)據(jù)計算的南亞高壓北界的年代際變化特征不明顯，而ERA-40數(shù)據(jù)計算的南亞高壓北界在19世紀(jì)70年代末有明顯的年代際變化。ERA-40資料描述的各指數(shù)異常程度較NCEP弱。

NCEP數(shù)據(jù)計算的強度經(jīng)歷了弱、強、弱、強的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的強度為由弱到強的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的面積經(jīng)歷了小、大、小、大的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的面積為由小到大的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的北界經(jīng)歷了南、北、南、北的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的北界為由北到南的年代際變化，強度均很弱。NCEP數(shù)據(jù)計算的南界經(jīng)歷了北、南、北、南的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的南界為由北到南的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的東伸脊點經(jīng)歷了東伸不明顯、明顯、不明顯、明顯的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的東伸脊點為東伸不明顯到明顯的年代際變化。NCEP數(shù)據(jù)計算的西伸脊點經(jīng)歷了西伸不明顯、明顯、不明顯、明顯的年代際變化，ERA-40數(shù)據(jù)計算的西伸脊點為西伸不明顯到明顯的年代際變化。NCEP、ERA-40數(shù)據(jù)計算的脊線均在19世紀(jì)70年代末之后經(jīng)歷了由偏北到偏南的年代際變化。

雖然2種數(shù)據(jù)存在一定的差別，但仍具有較高的相關(guān)性，各指數(shù)的相關(guān)系數(shù)在0.7～0.823，均通過0.001置信度的顯著性檢驗。差異原因有待進(jìn)一步研究。

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