多套大氣再分析資料的南亞高壓強(qiáng)度變化特征及其與海表溫度異常關(guān)系的比較分析

曾剛，伯忠凱，倪東鴻，李忠賢

(1.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué))，江蘇南京210044;2.高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610225)

0 引言

南亞高壓是夏季位于對(duì)流層上部和平流層底部的一個(gè)強(qiáng)大而穩(wěn)定的大氣活動(dòng)中心，是亞洲夏季風(fēng)系統(tǒng)的主要成員之一，其異常變化對(duì)夏季北半球大氣環(huán)流和中國(guó)旱澇有著重要影響(Mason and Anderson，1958;陶詩(shī)言和朱福康，1964;朱?？档?，1980;羅四維等，1982;Tao and Chen，1987;張瓊，1999;張瓊和吳國(guó)雄，2001;黃櫻和錢永甫，2003;胡景高等，2010)。例如，南亞高壓位置偏南有利于長(zhǎng)江流域梅雨的長(zhǎng)時(shí)間維持而使得該地區(qū)降水偏多(朱?？档?，1980)，偏北則有利于華北降水偏多(黃燕燕和錢永甫，2004)。張瓊(1999)指出，當(dāng)青藏高原上空100 hPa高度場(chǎng)異常偏強(qiáng)時(shí)，江淮流域異常多雨而其南北兩側(cè)的華南、華北則少雨。黃櫻和錢永甫(2003)認(rèn)為，若當(dāng)年6月南亞高壓位置偏西，則華北夏季降水就有可能增加。胡景高等(2010)進(jìn)一步指出南亞高壓東脊點(diǎn)偏東(西)年，華南地區(qū)偏旱(澇)。此外，南亞高壓具有明顯的年際、年代際變化特征，且在20世紀(jì)70年代后期發(fā)生顯著的年代際變化，即其后南亞高壓強(qiáng)度增強(qiáng)、面積增大、南移、東擴(kuò)、西展(張瓊等，2000;彭麗霞等，2009;張宇，2012)。

有關(guān)南亞高壓異常與海表溫度異常關(guān)系的研究已有很多，且一致認(rèn)為南亞高壓異常與熱帶太平洋和印度洋海表溫度異常密切相關(guān)(張瓊等，2000;Li and Mu，2001;楊輝和李崇銀，2005;林莉等，2008;楊建玲和劉秦玉，2008;陳延聰?shù)龋?009;Huang et al.，2011;Qu and Huang，2012)。張瓊等(2000)指出，南亞高壓強(qiáng)度異常與超前4～6個(gè)月的赤道中東太平洋海表溫度異常相關(guān)最好，與超前0～5個(gè)月的印度洋海表溫度異常相關(guān)最好，同期相關(guān)最好的是熱帶印度洋，其次是赤道中東太平洋。楊輝和李崇銀(2005)研究了熱帶太平洋—印度洋海表溫度異常綜合模對(duì)南亞高壓的影響，當(dāng)異常綜合模為正(負(fù))位相，即西印度洋和東太平洋海表溫度距平為正(負(fù))，東印度洋—西太平洋海表溫度距平為負(fù)(正)時(shí)，南亞高壓偏弱(強(qiáng))，位置偏東(西)偏南(北)。楊建玲和劉秦玉(2008)進(jìn)一步指出，夏季南亞高壓與超前3～12個(gè)月Ni?o3指數(shù)之間高的顯著正相關(guān)關(guān)系只是一個(gè)表象，并不是太平洋海溫異常對(duì)南亞高壓的直接影響結(jié)果，而是通過(guò)印度洋海盆模態(tài)的“充電/放電”作用引起的。彭麗霞等(2009)指出，在ENSO事件暖(冷)位相衰減期的夏季，印度洋和亞洲大陸南側(cè)海溫為正(負(fù))異常，南亞高壓強(qiáng)度增強(qiáng)(減弱)、面積擴(kuò)大(縮小)、東西向擴(kuò)展(收縮)。印度洋海溫偶極子事件對(duì)南亞高壓也有影響(Li and Mu，2001)。Huang et al.(2011)進(jìn)一步探討了熱帶印度洋海表溫度異常對(duì)夏季南亞高壓影響的可能機(jī)制。上述研究表明，南亞高壓異常與熱帶海表溫度變化關(guān)系密切，特別是與熱帶印度洋和熱帶東太平洋海表溫度變化存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，鄰近的熱帶印度洋可通過(guò)?！?dú)忾g的熱通量變化直接影響南亞高壓變化，而遙遠(yuǎn)的熱帶東太平洋海表溫度變化則可通過(guò)遙相關(guān)作用來(lái)影響南亞高壓變化。

上述有關(guān)南亞高壓的研究大多采用NCEP/NCAR再分析資料，較少采用多套再分析資料進(jìn)行分析。近年來(lái)，許多研究針對(duì)大氣再分析資料的可信度進(jìn)行分析，得到許多有用的結(jié)論，并指出NCEP/NCAR再分析資料在一些區(qū)域、某些變量上存在問(wèn)題(徐影等，2001;Yang et al.，2002;Inoue and Matsumoto，2004;黃剛，2006;趙天保和符淙斌，2006;陳雯和智協(xié)飛，2008;周順武和張人禾，2009;鄧小花等，2010;方之芳等，2010)。例如:Inoue and Matsumoto(2004)指出，利用NCEP/NCAR再分析資料研究得到的海平面氣壓年代際變化在某些區(qū)域存在過(guò)分夸大的現(xiàn)象;方之芳等(2010)研究指出，在討論亞洲蒙古高原和中國(guó)北部地區(qū)春季和夏季500 hPa環(huán)流時(shí)，必須注意NCEP/NCAR資料的質(zhì)量問(wèn)題;陳雯和智協(xié)飛(2008)對(duì)NCEP/NCAR和ERA－40再分析資料中100 hPa、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)作對(duì)比分析，認(rèn)為由NCEP/NCAR再分析資料研究得出的西北太平洋副熱帶高壓的年代際變化可能是不真實(shí)的，1969、1979—1991年，NCEP/NCAR 再分析資料中的南亞高壓中心強(qiáng)度明顯比ERA－40的強(qiáng)。

鑒于使用單一大氣再分析資料討論南亞高壓的變化特征及其與海表溫度的關(guān)系可能存在片面性，且大氣再分析資料間的對(duì)比分析也多限于NCEP/NCAR與ERA－40再分析資料，缺乏多套大氣再分析資料間的對(duì)比研究。因而，本文將利用ERA－40、ERA－Interim、NCEP/NCAR、NCEP－DOE 和 JRA－25 五套再分析資料，比較它們的南亞高壓的變化特征及其與海表溫度的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合數(shù)值試驗(yàn)，確定影響夏季南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)，為再分析資料的合理利用，以及對(duì)南亞高壓變化機(jī)理的深入理解提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料、模式和方法

目前應(yīng)用廣泛的全球大氣再分析資料主要有:歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)的ERA－40、ERAInterim，美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)的NCEP/NCAR、NCEP－DOE，日本氣象廳(JMA)的 JRA－25。本文采用這5套再分析資料的位勢(shì)高度場(chǎng)和大氣溫度場(chǎng)，各套再分析資料所取年份具體為:NCEP/NCAR 取 1958—2008 年，ERA－40 取 1958—2002年，NCEP－DOE、ERA－Interim、JRA－25 取 1979—2008年。資料水平分辨率均為2.5°×2.5°經(jīng)緯網(wǎng)格。用于分析的海表溫度資料為NOAA ERSST v2(Smith and Reynolds，2004)，水平分辨率為 2°×2°經(jīng)緯網(wǎng)格，時(shí)間取1979—2008年。統(tǒng)計(jì)方法主要有相關(guān)、合成等分析方法。

本文所用模式為美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)于2011年6月研制發(fā)布的CAM5.1全球大氣環(huán)流模式，它是 NCAR通用地球系統(tǒng)模式(Community Earth System Model 1.0.3，CESM1.0.3)的大氣模塊，既可以與海洋、海冰模式耦合運(yùn)行，也可以獨(dú)立運(yùn)行。CAM5.1共有4種可選的動(dòng)力核心:有限體積核心、譜元核心、歐拉核心和半拉格朗日核心。相對(duì)于CAM4.0版本，CAM5.1的物理參數(shù)化方案有了實(shí)質(zhì)性的修改，例如:更新了濕邊界層和淺積云對(duì)流方案，改進(jìn)了對(duì)低云的模擬等(Neale et al.，2012)。研究表明，該模式能很好模擬出東亞夏季大氣環(huán)流形勢(shì)及降水分布(鄒松佐等，2012)。為利用數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證海表溫度異常對(duì)南亞高壓的影響，本文設(shè)計(jì)了GOGA、IOGA和TAGA三個(gè)數(shù)值試驗(yàn)(表1)，即分別采用全球、熱帶印度洋以及熱帶大西洋1978年1月—2008年12月逐月觀測(cè)海表溫度場(chǎng)，以此驅(qū)動(dòng)CAM5.1全球大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值模擬。試驗(yàn)均采用了5個(gè)不同的初值場(chǎng)(分別為由模式自帶的氣候海表溫度和海冰驅(qū)動(dòng)CAM5.1模式并積分多年的5個(gè)年份的1月1日結(jié)果)來(lái)驅(qū)動(dòng)模式，并得到五組集合試驗(yàn)結(jié)果。所有試驗(yàn)?zāi)Ｊ骄捎肨42水平分辨率，即緯向均勻分布128個(gè)格點(diǎn)，經(jīng)向分布64個(gè)高斯格點(diǎn)，垂直方向采用σ－p混合坐標(biāo)，從上到下共30層;使用模式自帶的真實(shí)地形、海陸分布等邊界條件;積分過(guò)程中選用譜元?jiǎng)恿诵?時(shí)間步長(zhǎng)為 20 min，積分時(shí)間為31 a，取 1979—2008年模擬結(jié)果。為了與大氣再分析資料對(duì)比，所有試驗(yàn)結(jié)果均采用雙線性插值方法處理成2.5°×2.5°水平網(wǎng)格資料。文中夏季指6—8月平均。

表1 數(shù)值試驗(yàn)方案Table 1 Schemes of numerical experiments

參考張瓊等(2000)定義的一個(gè)夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)，即選擇區(qū)域(30°W ～0°～180°，10～50°N)內(nèi)位勢(shì)高度大于1 675 dagpm的所有格點(diǎn)上的位勢(shì)高度值與1 675 dagpm之差的總和作為再分析資料的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)，該指數(shù)可以反映夏季南亞高壓強(qiáng)度和面積的綜合信息。由于NCAR CAM5.1模擬的夏季100 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)值比再分析資料低，所以定義模擬的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)時(shí)所取標(biāo)準(zhǔn)值改為1 655 dagpm，其他不變。

2 南亞高壓強(qiáng)度的變化特征

圖 1a 給出了由 ERA－40、ERA－Interim、NCEP/NCAR、NCEP－DOE 和JRA－25五套再分析資料計(jì)算得到的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)的時(shí)間序列?？梢?jiàn)，NCEP/NCAR和NCEP－DOE兩套資料的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)變化非常一致，而ERA－40、ERA－Interim 和JRA－25三套再分析資料的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)變化較一致，它們的最大差異位于20世紀(jì)70年代末至90年代初期，前兩套資料的南亞高壓強(qiáng)度顯著高于后三套資料。為避免出現(xiàn)因南亞高壓強(qiáng)度定義不同而產(chǎn)生這種差異，進(jìn)一步比較再分析資料中夏季100 hPa上南亞高壓活動(dòng)區(qū)域(30°W ～120°E，20～40°N)的平均位勢(shì)高度值(圖1b)。可以發(fā)現(xiàn)，NCEP/NCAR和NCEP－DOE兩套資料的區(qū)域平均高度值在20世紀(jì)70年代末至90年代初同樣顯著高于 ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25 三套再分析資料，與圖1a的情形相同。由圖1還可見(jiàn):20世紀(jì)70年代末以前，ERA－40與NCEP/NCAR資料的南亞高壓強(qiáng)度較一致;NCEP/NCAR資料的南亞高壓強(qiáng)度在20世紀(jì)70年代后期發(fā)生顯著的年代際增強(qiáng)現(xiàn)象，而ERA－40資料的結(jié)果卻不明顯。

由于這五套再分析資料分屬于ECMWF、NCEP及JMA三家不同的再分析資料中心，具有相對(duì)獨(dú)立性，它們最主要的差別在于所選用的數(shù)據(jù)類型不同以及所采用模式在分辨率上存在差異等(鄧小花等，2010)，因此，根據(jù) ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25三套再分析資料在20世紀(jì)70年代末至90年代初100 hPa高度場(chǎng)的一致性且比NCEP/NCAR和NCEP－DOE兩套再分析資料偏低的結(jié)論，可以推測(cè)，后兩套資料100 hPa高度場(chǎng)在此期間的顯著偏高可能是虛假的，從而導(dǎo)致南亞高壓強(qiáng)度在該時(shí)期的顯著年代際增強(qiáng)現(xiàn)象可能是不真實(shí)的。

圖1 夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)(a)及100 hPa上(30°W～120°E，20 ～40°N)區(qū)域平均位勢(shì)高度(b)的時(shí)間序列Fig.1 Time series of(a)South Asian High(SAH)intensity and(b)area－averaged 100 hPa potential height over(20—40°N，30°W—120°E)in summer

3 影響南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)

許多觀測(cè)研究(張瓊等，2000;楊輝和李崇銀，2005;楊建玲和劉秦玉，2008;Huang et al.，2011)指出，南亞高壓與熱帶印度洋、太平洋海表溫度關(guān)系密切，但這些研究大多基于NCEP/NCAR再分析資料分析所得，尚缺乏其他再分析資料驗(yàn)證。鑒于前述的用NCEP/NCAR和NCEP－DOE再分析資料描述南亞高壓強(qiáng)度，可能在20世紀(jì)70年代末至90年代初會(huì)存在不真實(shí)年代際變化的事實(shí)，因此，有必要利用相對(duì)可靠的再分析資料重新探討南亞高壓強(qiáng)度與海表溫度的關(guān)系，并利用數(shù)值試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以確定影響夏季南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)。

圖2 夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與同期夏季、前期春季、前期冬季海表溫度的相關(guān)系數(shù)分布(淺、深陰影分別為通過(guò)0.05信度顯著性檢驗(yàn)的負(fù)、正相關(guān)區(qū)) a.ERA－40;b.ERA－Interim;c.JRA－25;d.NCEP－DOE;e.NCEP/NCARFig.2 Correlation coefficients between the summer SAH intensity index and SSTs in summer，previous spring and winter seasons(Light and dark shaded areas indicate the negative and positive values，respectively，with a significance level of 0.05)a.ERA－40;b.ERA－Interim;c.JRA－25;d.NCEP－DOE;e.NCEP/NCAR

圖 2 給出了由 ERA－40、ERA－Interim、JRA－25、NCEP/NCAR和NCEP－DOE五套再分析資料計(jì)算的1979—2008年(ERA－40取1979—2002年，下同)夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)分別與同期夏季、前期春季和前期冬季海表溫度異常的相關(guān)系數(shù)分布?？梢?jiàn)，ERA－40(圖 2a)、ERA－Interim(圖 2b)和 JRA－25(圖2c)中通過(guò)0.05信度顯著性檢驗(yàn)的相關(guān)區(qū)主要位于熱帶海洋，尤其是熱帶印度洋和熱帶大西洋自前期冬季至同期夏季一直為顯著的正相關(guān)區(qū)，當(dāng)這些海區(qū)海表溫度偏暖(冷)時(shí)，對(duì)應(yīng)夏季南亞高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)(弱)。熱帶東太平洋顯著正相關(guān)的范圍隨季節(jié)逐步減小，到了夏季僅存較小區(qū)域，表明熱帶東太平洋海表溫度異常對(duì)夏季南亞高壓的直接影響不顯著，而可能是通過(guò)熱帶印度洋海盆模態(tài)的“充電/放電”作用來(lái)間接影響(楊建玲和劉秦玉，2008)。而NCEP－DOE(圖2d)和 NCEP/NCAR(圖 2e)中通過(guò)0.05信度顯著性檢驗(yàn)的相關(guān)區(qū)與ERA－40(圖2a)、ERA－Interim(圖2b)和 JRA－25(圖 2c)存在很大差異，其顯著正相關(guān)區(qū)僅在前期冬季時(shí)位于熱帶東太平洋，自前期冬季至同期夏季熱帶印度洋地區(qū)一直無(wú)顯著的正相關(guān)區(qū)，而在熱帶太平洋卻一直存在一個(gè)“＜”型的顯著負(fù)相關(guān)區(qū)。上述結(jié)果表明，采用不同的再分析資料計(jì)算南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與海表溫度的相關(guān)，得到的顯著相關(guān)海區(qū)存在明顯差異，因此，有必要采用相對(duì)可靠的再分析資料進(jìn)行分析。

以往許多研究(張瓊等，2000;楊輝和李崇銀，2005;Huang et al.，2011)利用 NCEP/NCAR 再分析資料分析后指出，南亞高壓強(qiáng)度與熱帶印度洋、太平洋海表溫度異常關(guān)系密切，而在圖2e中發(fā)現(xiàn)，由NCEP/NCAR再分析資料得出的南亞高壓強(qiáng)度與熱帶印度洋海表溫度異常的關(guān)系并不密切，且與熱帶東太平洋海表溫度異常的顯著正相關(guān)現(xiàn)象也僅發(fā)生在前期冬季，其原因在于本文所取的時(shí)段為1979—2008年，若取1958—2008時(shí)段進(jìn)行相關(guān)分析，則與前人研究的結(jié)論一致(圖略)。同樣，通過(guò)分析ERA－40再分析資料的1958—2002年南亞高壓強(qiáng)度與海表溫度的相關(guān)分布(圖略)發(fā)現(xiàn)，與1979—2002年相關(guān)系數(shù)分布(圖2a)的差別在于:后者同期夏季在熱帶印度洋為顯著正相關(guān)區(qū)，而在整個(gè)時(shí)段則該區(qū)的正相關(guān)并不顯著。因此，在討論夏季南亞高壓強(qiáng)度與海表溫度的關(guān)系時(shí)，要注意研究的時(shí)段，特別要注意它們年際關(guān)系的年代際變化情況，同時(shí)更要注意資料的可靠性問(wèn)題。

通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)，對(duì)照觀測(cè)分析結(jié)果，確定影響夏季南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)很有必要。為此，本文設(shè)計(jì)了三個(gè)數(shù)值試驗(yàn)GOGA、IOGA和TAGA進(jìn)行分析。圖3給出了這三個(gè)試驗(yàn)?zāi)M得出的1979—2008年南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)及ERA－Interim的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)。計(jì)算可知，GOGA、IOGA和TAGA結(jié)果與ERA－Interim結(jié)果的相關(guān)系數(shù)分別為0.527、0.413和 －0.102，前兩個(gè)均通過(guò)0.01信度的顯著性檢驗(yàn)，最后一個(gè)沒(méi)有通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，表明GOGA和IOGA模擬出的南亞高壓強(qiáng)度變化與ERA－Interim結(jié)果較一致，而TAGA模擬出的結(jié)果與ERA－Interim不一致。盡管前述相關(guān)分析表明夏季南亞高壓強(qiáng)度變化與熱帶大西洋海表溫度異常有較密切的關(guān)系，但從數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱帶大西洋海表溫度變化對(duì)南亞高壓強(qiáng)度的影響并不顯著。因此，研究南亞高壓強(qiáng)度變化的外強(qiáng)迫影響時(shí)應(yīng)更加關(guān)注熱帶印度洋海表溫度變化。

取夏季熱帶印度洋(50 ～100°E，20°S ～20°N)海表溫度值進(jìn)行區(qū)域平均并標(biāo)準(zhǔn)化得到熱帶印度洋海表溫度指數(shù)(TIO－SST)。圖3給出了TIO－SST的時(shí)間序列，可以看出觀測(cè)和模擬的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與TIO－SST變化較一致。ERA－Interim、GOGA和IOGA的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與TIO－SST的相關(guān)系數(shù)分別為0.442、0.700和0.630，均通過(guò)0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。NCEP/NCAR和NCEP－DOE的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與TIO－SST的相關(guān)系數(shù)分別為0.167和0.094，均未通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，表明由這兩套資料得到的南亞高壓強(qiáng)度與熱帶印度洋海表溫度的關(guān)系不密切。

圖3 1979—2008 年 GOGA、IOGA、TAGA 和 ERA－Interim的標(biāo)準(zhǔn)化南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)和熱帶印度洋海表溫度指數(shù)(TIO－SST)Fig.3 The normalized SAH intensity indices of GOGA，IOGA，TAGA and ERA－Interim，and the SST index(TIO－SST)over tropical Indian Ocean during 1979—2008

進(jìn)一步分析由海表溫度變化驅(qū)動(dòng)NCAR CAM5.1模擬得到的南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與海表溫度的相關(guān)分布，可以更好地了解與南亞高壓強(qiáng)度變化密切的海區(qū)分布。圖4a和4b分別給出了GOGA和IOGA模擬的夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與同期夏季、前期春季和前期冬季海表溫度場(chǎng)的相關(guān)系數(shù)分布。由圖4a可以看出，GOGA模擬的夏季南亞高壓強(qiáng)度與前期冬季、前期春季及同期夏季的熱帶海洋海表溫度變化關(guān)系密切，尤其是熱帶印度洋海區(qū)，這與 ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25 三套資料的結(jié)果(圖2a—c)較一致。IOGA模擬的結(jié)果(圖4b)則進(jìn)一步證實(shí)了夏季南亞高壓強(qiáng)度與熱帶印度洋海表溫度關(guān)系非常密切。因此，GOGA和IOGA模擬結(jié)果與 ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25 三套再分析資料結(jié)果的一致性表明，熱帶印度洋海表溫度異常對(duì)南亞高壓強(qiáng)度變化具有非常重要的影響。

圖4 模擬的夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與同期夏季、前期春季、前期冬季海表溫度的相關(guān)系數(shù)分布(淺、深陰影分別為通過(guò)0.05信度顯著性檢驗(yàn)的負(fù)、正相關(guān)區(qū)) a.GOGA;b.IOGAFig.4 Correlation coefficients between the simulated summer SAH intensity index and SSTs in summer，previous spring and winter seasons(Light and dark shaded areas indicate the negative and positive values，respectively，with a significance level of 0.05) a.GOGA;b.IOGA

因此，通過(guò)由 ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25再分析資料分析得到的相對(duì)可靠的夏季南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與海表溫度的相關(guān)系數(shù)分布，并結(jié)合三個(gè)數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果，可以確定熱帶印度洋是影響夏季南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)。

4 熱帶印度洋海表溫度變化對(duì)南亞高壓的影響

根據(jù)夏季熱帶印度洋海表溫度指數(shù)TIO－SST的變化，分別選擇其值大于、小于1的年份為熱帶印度洋偏暖、偏冷年，并對(duì)100 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)進(jìn)行合成分析。圖5給出了熱帶印度洋偏暖、偏冷年對(duì)應(yīng)的再分析資料和模擬結(jié)果的100 hPa上1 675 dagpm等值線的合成分布?？梢?jiàn)，五套再分析資料和GOGA、IOGA兩個(gè)數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果均表明，當(dāng)熱帶印度洋由冷轉(zhuǎn)暖時(shí)，南亞高壓范圍增大，強(qiáng)度增強(qiáng)，南界向南移動(dòng)，東界和西界分別向東、向西擴(kuò)展。

圖6給出了夏季TIO－SST與對(duì)流層溫度(100～850 hPa的平均溫度)的相關(guān)系數(shù)分布?？梢?jiàn)，ERA－40(圖 6a)、ERA－Interim(圖 6b)和 JRA－25(圖6c)的相關(guān)系數(shù)在整個(gè)熱帶地區(qū)均通過(guò)了0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，表明當(dāng)熱帶印度洋偏暖(冷)時(shí)，熱帶地區(qū)對(duì)流層溫度存在明顯的增暖(變冷)響應(yīng)。NCEP－DOE(圖6d)和 NCEP/NCAR(圖 6e)的相關(guān)系數(shù)在熱帶地區(qū)通過(guò)0.05信度顯著性檢驗(yàn)的正相關(guān)區(qū)僅位于非洲南部至印度洋以及東北太平洋至北大西洋區(qū)域，范圍要小于其他三套再分析資料的結(jié)果(圖6a—c)。數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果中，GOGA(圖6f)和IOGA(圖6g)通過(guò)0.05信度顯著性檢驗(yàn)的正相關(guān)區(qū)同樣位于全球熱帶地區(qū)，與ERA－40、ERA－Interim和JRA－25三套再分析資料的結(jié)果一致，說(shuō)明當(dāng)熱帶印度洋偏暖(冷)時(shí)，可以模擬出熱帶地區(qū)對(duì)流層溫度偏暖(冷)的現(xiàn)象。Huang et al.(2011)指出，熱帶印度洋海表溫度變化可通過(guò)影響其上空大氣邊界層的相當(dāng)位溫，加熱大氣柱，對(duì)流層溫度升高，使南亞高壓南邊的100 hPa高度場(chǎng)異常升高，從而使南亞高壓向南擴(kuò)展、強(qiáng)度增強(qiáng)。因此，五套再分析資料和GOGA、IOGA兩個(gè)數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果充分表明，熱帶印度洋海表溫度變化可通過(guò)影響熱帶的對(duì)流層溫度，導(dǎo)致100 hPa高度場(chǎng)發(fā)生變化，從而引起南亞高壓變化。

圖5 夏季熱帶印度洋偏暖年(實(shí)線)、偏冷年(虛線)100 hPa上1 675 dagpm等值線的合成分布 a.ERA－40;b.ERA－Interim;c.JRA－25;d.NCEP－DOE;e.NCEP/NCAR;f.GOGA;g.IOGAFig.5 Composite isolines of 1 675 dagpm at 100 hPa when tropical Indian Ocean is warmer(solid lines)or cooler(dashed lines)than the normal in summer a.ERA－40;b.ERA－Interim;c.JRA－25;d.NCEP－DOE;e.NCEP/NCAR;f.GOGA;g.IOGA

圖6 夏季熱帶印度洋海表溫度指數(shù)與對(duì)流層溫度的相關(guān)系數(shù)分布(陰影區(qū)表示通過(guò)0.05信度的顯著性檢驗(yàn))a.ERA－40;b.ERA－Interim;c.JRA－25;d.NCEP－DOE;e.NCEP/NCAR;f.GOGA;g.IOGAFig.6 Correlation coefficients between TIO－SST and tropospheric temperature in summer(Shadings indicate the values with a significance level of 0.05) a.ERA－40;b.ERA－Interim;c.JRA－25;d.NCEP－DOE;e.NCEP/NCAR;f.GOGA;g.IOGA

5 結(jié)論與討論

1)五套再分析資料的結(jié)果比較表明，NCEP/NCAR和NCEP－DOE兩套再分析資料與 ERA－40、ERA－Interim、JRA－25三套再分析資料的南亞高壓強(qiáng)度變化，在20世紀(jì)70年代末至90年代初存在非常明顯的差異，前兩套再分析資料揭示的該時(shí)期南亞高壓強(qiáng)度顯著偏強(qiáng)可能是不真實(shí)的。

2)ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25 三套再分析資料和三個(gè)數(shù)值試驗(yàn)的結(jié)果顯示，20世紀(jì)70年代末以后，夏季南亞高壓強(qiáng)度異常與前期冬季、前期春季和同期夏季海表溫度異常關(guān)系持續(xù)密切的海區(qū)主要位于熱帶印度洋，表明熱帶印度洋是影響夏季南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)。這與由NCEP/NCAR和NCEP－DOE兩套再分析資料得到的結(jié)果差異明顯。

3)熱帶印度洋的海表溫度異常對(duì)夏季南亞高壓變化有重要影響，當(dāng)熱帶印度洋海表溫度偏暖時(shí)，熱帶地區(qū)對(duì)流層溫度增暖，南亞高壓強(qiáng)度增強(qiáng)、面積增大、南擴(kuò)、東伸西展，反之亦然。

盡管本文發(fā)現(xiàn) ERA－40、ERA－Interim 和 JRA－25三套再分析資料與NCEP/NCAR和NCEP－DOE兩套再分析資料在南亞高壓強(qiáng)度上存在明顯的差異，并導(dǎo)致影響南亞高壓強(qiáng)度變化的關(guān)鍵海區(qū)也存在差異，但仍有必要利用更多的其他再分析資料和無(wú)線儀探空觀測(cè)資料等來(lái)進(jìn)一步比較和驗(yàn)證，并探究這些差異存在的原因，為提高再分析資料的可靠性提供科學(xué)依據(jù)。

陳雯，智協(xié)飛.2008.太平洋副熱帶高壓及南亞高壓在NCEP/NCAR和ECMWF再分析資料中的對(duì)比研究［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，24(2):189－194.

陳延聰，王盤興，周國(guó)華，等.2009.夏季南亞高壓的一組環(huán)流指數(shù)及其初步分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，32(6):832－838.

鄧小花，翟盤茂，袁春紅.2010.國(guó)外幾套再分析資料的對(duì)比與分析［J］.氣象科技，38(1):1－8.

方之芳，雷俊，呂曉娜，等.2010.東亞地區(qū)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)NCEP/NCAR再分析資料與ERA－40資料的比較［J］.氣象學(xué)報(bào)，68(2):270－276.

胡景高，周兵，陶麗.2010.南亞高壓特征參數(shù)與我國(guó)夏季降水的關(guān)系分析［J］.氣象，36(4):51－56.

黃剛.2006.NCEP/NCAR和ERA－40再分析資料以及探空觀測(cè)資料分析中國(guó)北方地區(qū)年代際氣候變化［J］.氣候與環(huán)境研究，13(3):310－320.

黃燕燕，錢永甫.2004.長(zhǎng)江流域、華北降水特征與南亞高壓的關(guān)系分析［J］.高原氣象，23(1):70－76.

黃櫻，錢永甫.2003.南亞高壓與華北夏季降水的關(guān)系［J］.高原氣象，22(6):602－607.

林莉，李躍清，范廣州.2008.印度洋海溫異常與南亞高壓東西振蕩的關(guān)系［J］.高原山地氣象研究，28(4):39－45.

羅四維，錢正安，王謙謙.1982.夏季100毫巴青藏高壓與我國(guó)旱澇關(guān)系的天氣氣候研究［J］.高原氣象，1(2):1－10.

彭麗霞，孫照渤，倪東鴻，等.2009.夏季南亞高壓年際變化及其與ENSO 的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，33(4):783－795.

陶詩(shī)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.

徐影，丁一匯，趙宗慈.2001.美國(guó)NCEP/NCAR近50年全球再分析資料在我國(guó)氣候變化研究中可信度的初步分析［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，12(3):337－347.

楊輝，李崇銀.2005.熱帶太平洋—印度洋海溫異常綜合模對(duì)南亞高壓的影響［J］.大氣科學(xué)，29(1):99－110.

楊建玲，劉秦玉.2008.熱帶印度洋SST海盆模態(tài)的“充電/放電”作用——對(duì)夏季南亞高壓的影響［J］.海洋學(xué)報(bào)，30(2):12－19.

張瓊.1999.南亞高壓的演變規(guī)律、機(jī)制及其對(duì)區(qū)域氣候的影響［D］.南京:南京大學(xué).

張瓊，吳國(guó)雄.2001.長(zhǎng)江流域大范圍旱澇與南亞高壓的關(guān)系［J］.氣象學(xué)報(bào)，59(5):569－577.

張瓊，錢永甫，張學(xué)洪.2000.南亞高壓的年際和年代際變化［J］.大氣科學(xué)，24(1):67－78.

張宇.2012.南亞高壓變化特征及其與相關(guān)影響因子關(guān)系研究［D］.蘭州:蘭州大學(xué).

趙天保，符淙斌.2006.中國(guó)區(qū)域ERA－40、NCEP－2再分析資料與觀測(cè)資料的初步比較與分析［J］.氣候與環(huán)境研究，11(1):14－32.

周順武，張人禾.2009.青藏高原地區(qū)上空NCEP/NCAR再分析溫度和位勢(shì)高度資料與觀測(cè)資料的比較分析［J］.氣候與環(huán)境研究，14(2):284－292.

朱?？?，陸龍驊，陳咸吉，等.1980.南亞高壓［M］.北京:科學(xué)出版社:95.

鄒松佐，郭品文，沙天陽(yáng)，等.2012.利用CAM5.1模擬中國(guó)東部大規(guī)模城市化對(duì)東亞地區(qū)夏季大氣環(huán)流及降水分布的影響［J］.氣象科學(xué)，32(5):473－481.

Huang G，Qu X，Hu K M.2011.The impact of the tropical Indian Ocean on South Asian high in boreal summer［J］.Adv Atmos Sci，28:421－432.

Inoue T，Matsumoto J.2004.A comparison of summer sea level pressure over east Eurasia between NCEP/NCAR reanalysis and ERA－40 for the period 1960—1999［J］.J Meteor Soc Japan，82:951－958.

Li C Y，Mu M Q.2001.The influence of the Indian Ocean dipole on atmospheric circulation and climate［J］.AdvAtmos Sci，18:831－843.

Mason R B，Anderson C E.1958.The development and decay of the 100 mb summertime anticyclone over Southern Asia［J］.Mon Wea Rev，91:3－12.

Neale R B，Chen C－C，Gettelman A，et al.2012.Description of the NCAR Community Atmosphere Model(CAM 5.0)［R］//NCAR Tech.Note NCAR/TN－486+STR.

Qu X，Huang G.2012.An enhanced influence of tropical Indian Ocean on the South Asia high after the late 1970s［J］.J Climate，25:6930－6941.

Smith T M，Reynolds R W.2004.Improved extended reconstruction of SST(1854—1997)［J］.J Climate，17:2466－2477.

Tao S，Chen L.1987.A review of recent on the East Asian summer monsoon in China［C］//Chang C－P，Krishnamurti T N.Monsoon Meteorology.Oxford:Oxford University Press:60－92.

Yang S，Lau K M，Kim K M.2002.Variations of the East Asian jet stream and Asian－Pacific－American winter climate anomalies［J］.J Climate，15:306－325.