影響2021年西北太平洋副熱帶高壓的春季環(huán)境因子的特征分析

翁錦文　甘秋瑩　彭旭鋼　王磊

摘要 對2021年春季影響西太副高的3種春季環(huán)境因子（熱帶印度洋與西北太平洋海域海表面溫度異常（SSTA）的差值、赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值、北大西洋濤動(dòng)指數(shù)）的特征進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：2021年春季熱帶印度洋與西北太平洋海域SSTA的差值表現(xiàn)為負(fù)異常（-0.32℃）、赤道中太平洋5月與3月的SSTA差值表現(xiàn)為弱的正異常（0.02℃）、北大西洋濤動(dòng)指數(shù)則出現(xiàn)負(fù)異常（-0.79）。利用3個(gè)春季環(huán)境因子構(gòu)建的預(yù)報(bào)方程對2021年夏季西太副高指數(shù)的預(yù)報(bào)值為-0.44，這與2021年夏季西太副高指數(shù)的實(shí)測值（0.28）存在一些偏差。春季熱帶印度洋與西北太平洋的SSTA差值在3個(gè)環(huán)境因子中對2021年西太副高的預(yù)報(bào)結(jié)果有著最大的貢獻(xiàn)，西北太平洋海域SSTA的暖異?？赡苁且?021年夏季西太副高預(yù)報(bào)強(qiáng)度偏弱的重要原因。通過對比2021年夏季各月的西太副高指數(shù)觀測值發(fā)現(xiàn)，8月與7月的西太副高指數(shù)存在較大差異，夏季各月之間差異的增大可能是導(dǎo)致預(yù)報(bào)結(jié)果不理想的原因。在西太副高的預(yù)報(bào)方面，需要進(jìn)一步針對夏季各月之間差異較大的情況改進(jìn)預(yù)報(bào)方法。

關(guān)鍵詞 西北太平洋副熱帶高壓;春季環(huán)境因子;海溫異常;印太海溫緯向梯度;北大西洋濤動(dòng)

中圖分類號：P461 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2021）11–0074–05

西北太平洋副熱帶高壓（簡稱為西太副高）是影響我國天氣和氣候異常的重要大氣系統(tǒng)[1-3]。西太副高異常伴隨的降雨、高溫和臺(tái)風(fēng)活動(dòng)會(huì)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，對西太副高的預(yù)報(bào)可以為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供有益幫助。西太副高與季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)活動(dòng)密切相關(guān)，西太副高的異常會(huì)引起季風(fēng)降雨異常和臺(tái)風(fēng)活動(dòng)異常[4-7]。2020年夏季出現(xiàn)的“超級暴力梅”降雨異常和7月西北太平洋沒有臺(tái)風(fēng)生成的“空臺(tái)”事件等氣候異常都與西太副高的異常密切相關(guān)[8-10]。西太副高異常受厄爾尼諾—南方濤動(dòng)（ENSO）的顯著影響，同時(shí)可能會(huì)對ENSO的演化產(chǎn)生反饋?zhàn)饔肹11-15]。因此，研究西太副高變異規(guī)律和可預(yù)報(bào)性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

Wang等[16]提出了可以利用影響夏季西太副高強(qiáng)度的3種春季環(huán)境因子（熱帶印度洋與西北太平洋海域海溫的差值、赤道中太平洋5月與3月海溫的差值、北大西洋濤動(dòng)指數(shù)）構(gòu)建預(yù)報(bào)方程，從而可以很好地預(yù)報(bào)接下來的夏季西太副高強(qiáng)度。由于西太副高與季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)活動(dòng)之間關(guān)系密切，預(yù)報(bào)西太副高的同時(shí)可以為季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的預(yù)報(bào)提供有效途徑。研究結(jié)果表明，西太副高與海洋之間的相互作用可以提供氣候可預(yù)測性的來源[17]。

對2021年春季影響西太副高的3種春季環(huán)境因子的異常特征進(jìn)行考察和分析，并利用2021年春季的環(huán)境因子對2021年夏季西太副高的強(qiáng)度進(jìn)行短期氣候預(yù)測，并與2021年夏季西太副高的實(shí)際觀測結(jié)果進(jìn)行對比。

1 數(shù)據(jù)與方法

研究使用的大氣環(huán)境場資料（包括位勢高度、海平面氣壓）均來自NCEP–DOE? AMIP-II Reanalysis（R-2）數(shù)據(jù)集，海表面溫度（Sea Surface Tem-perature，SST）來自ERSST v5月平均數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)選取的時(shí)間范圍為1980—2021年[18]。

根據(jù)Wang等[16]的定義方法，西太副高強(qiáng)度指數(shù)和3個(gè)春季環(huán)境因子的定義方法如下。

（1）西太副高強(qiáng)度指數(shù)：夏季（6—8月）850 hPa位勢高度在（15°N～25°N，115°E～150°E）區(qū)域的異常值。

（2）熱帶印度洋與西北太平洋海域SST異常（SSTA）的差值（SSTA（IO-WNP））：4—5月印度洋海域（10°S～10°N，50°E～110°E）與西北太平洋海域（0°～15°N，120°E～160°E）的SSTA的差值。

（3）赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值（ENSOdevelop）：太平洋中部區(qū)域（0°～15°N，170°W～130°W）5月與3月

的SSTA的差值，該環(huán)境因子可以反映ENSO的演變狀態(tài)。

（4）北大西洋濤動(dòng)指數(shù)（NAOI）：4—5月35°N與65°N的緯向平均（80°W ～30°E范圍平均）的海平面氣壓差。

利用以上3個(gè)春季環(huán)境因子，構(gòu)建夏季西太副高強(qiáng)度的預(yù)報(bào)方程：

WPSHindex=1.704×SSTA（IO-WNP）×0.713×ENSOdevelop-0.283×NAOI

（1）

其中，熱帶印度洋與西北太平洋海域SSTA的差值（SSTA（IO-WNP））與夏季西太副高指數(shù)呈正相關(guān)，而赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值（ENSOdevelop）和北大西洋濤動(dòng)指數(shù)（NAOI）與夏季西太副高指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

采用類似Camargo等[19]分析熱帶氣旋生成指數(shù)的方法，考察2021年各春季環(huán)境因子對夏季西太副高影響的相對貢獻(xiàn)大小。在衡量2021年某一春季環(huán)境因子的貢獻(xiàn)時(shí)，除該因子采用2021年的實(shí)際觀測值外，其余因子均取氣候平均值，這樣計(jì)算得到的西太副高指數(shù)可以用來表示，這個(gè)春季環(huán)境因子的異常所引起的對2021年西太副高指數(shù)異常的影響。將3個(gè)春季環(huán)境因子都采用2021年真實(shí)值計(jì)算的西太副高指數(shù)稱為Total，里面包含了所有3個(gè)春季環(huán)境因子異常對2021年西太副高指數(shù)異常的綜合貢獻(xiàn)。通過對比Total和僅保留其中1個(gè)環(huán)境因子在2021年的異常值的計(jì)算結(jié)果，可以評估各春季環(huán)境因子對其相對貢獻(xiàn)的大小。同時(shí)，僅保留西北太平洋或印度洋海溫異常的結(jié)果，用來評估這2個(gè)海域的海溫異常在2021年印太海溫梯度異常中所起的相對作用。

2 結(jié)果與分析

由于影響西太副高的春季環(huán)境因子SSTA（IO-WNP）和ENSOdevelop都與熱帶海洋的海溫異常密切相關(guān)，首先，考察了2021年春季熱帶海域SSTA的空間分布（圖1）。赤道中東太平洋在2021年春季呈現(xiàn)出冷的SSTA，這與前冬發(fā)生的La Ni?a事件相關(guān)。雖然前冬La Ni?a在之后的春季開始出現(xiàn)衰減，但在2021年的春季依然可以觀測到在赤道中東太平洋的冷SSTA。同時(shí)，在西太平洋海域可以觀測到類似K型分布的暖SSTA。接下來，將具體分析2021年影響西太副高的3個(gè)春季環(huán)境因子的異常特征。

綠色方框區(qū)域代表SSTA（IO-WNP）定義中的印度洋和西北太平洋區(qū)域，藍(lán)色方框區(qū)域代表ENSOdevelop定義中的赤道中太平洋區(qū)域。

2021年春季熱帶印度洋與西北太平洋海域SSTA的差值（SSTA（IO-WNP））表現(xiàn)為負(fù)異常（-0.32℃）（圖2a）。SSTA（IO-WNP）的負(fù)異常有利于夏季西太副高的減弱。SSTA（IO-WNP）代表了春季印太暖池SSTA的偶極子分布特征，該環(huán)境因子對夏季西太副高的影響過程包含了西太副高與局地海洋（印太暖池）之間相互作用的正反饋過程。當(dāng)印度洋海域出現(xiàn)暖SST異常和西北太平洋海域出現(xiàn)冷SST異常時(shí)，SSTA（IO-WNP）呈現(xiàn)出正異常，這有利于西太副高異常偏強(qiáng)。一方面，暖（冷）的印度洋（西北太平洋）SSTA可以激發(fā)大氣Kelvin波（Rossby波），從而能夠促使西太副高出現(xiàn)異常增強(qiáng)。另一方面，增強(qiáng)的西太副高異常引起的風(fēng)場變化也可以影響印太暖池海域的SST，從而通過減弱（增強(qiáng)）海表面蒸發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)印度洋（西北太平洋）SST的增暖（冷卻）。同樣的，負(fù)異常的SSTA（IO-WNP）有利于西太副高強(qiáng)度異常偏弱。2021年春季SSTA（IO-WNP）的負(fù)異常主要是由西太平洋的暖SSTA（0.30℃）貢獻(xiàn)（圖3b），印度洋的SSTA（-0.02℃）在2021年春季較弱（圖3a）。2021年春季西北太平洋的暖SSTA通過激發(fā)大氣Rossby波可能導(dǎo)致西太副高強(qiáng)度的減弱。

赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值（ENSOdevelop）在2021年春季表現(xiàn)為弱的正異常（0.02℃）（圖2b）。夏季西太副高的強(qiáng)度與春季ENSOdevelop存在負(fù)相關(guān)，故而2021年春季環(huán)境因子ENSOdevelop呈現(xiàn)的正異常將使西太副高強(qiáng)度有減弱的趨勢。2021年春季ENSOdevelop的正異常與前冬La Ni?a出現(xiàn)衰減的過程相對應(yīng)。

北大西洋濤動(dòng)（NAO）指數(shù)在2021年春季出現(xiàn)負(fù)異常（-0.79）（圖2c）。春季的NAO指數(shù)與夏季西太副高的強(qiáng)度也存在負(fù)相關(guān)，表明負(fù)異常的NAO指數(shù)對夏季西太副高強(qiáng)度的影響有使其增強(qiáng)的趨勢。春季的NAO被認(rèn)為可以影響接下來赤道中東太平洋SST的演化，進(jìn)而影響夏季西太副高的強(qiáng)度。2021年春季NAO指數(shù)與其他2個(gè)春季環(huán)境因子對西太副高強(qiáng)度的影響效果相反：NAO指數(shù)使西太副高強(qiáng)度增強(qiáng)，而SSTA（IO-WNP）和ENSOdevelop的影響效果都是使其減弱的（圖3）。

借助1980—2021年春季的3個(gè)環(huán)境因子對每年夏季的西太副高強(qiáng)度進(jìn)行分析，并且根據(jù)定義計(jì)算了夏季西太副高指數(shù)觀測值，并進(jìn)行對比（圖4）。結(jié)果表明，在1980—2021年期間，利用方程（1）預(yù)測的西太副高指數(shù)與觀測值之間的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.68，表明該預(yù)測方程可以得到比較好的預(yù)報(bào)結(jié)果。但是，僅關(guān)注2021年的西太副高指數(shù)計(jì)算得到的預(yù)報(bào)值為-0.44，而實(shí)際觀測值為0.28，表明運(yùn)用春季環(huán)境因子構(gòu)建的預(yù)報(bào)方程對2021年夏季西太副高指數(shù)的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際觀測值之間存在較大偏差。

利用預(yù)報(bào)方程（1），計(jì)算了西太副高指數(shù)的預(yù)報(bào)值Total和僅保留其中1個(gè)環(huán)境因子異常的計(jì)算結(jié)果（圖5），評估2021年春季各個(gè)環(huán)境因子對夏季西太副高強(qiáng)度預(yù)報(bào)結(jié)果的相對貢獻(xiàn)大小。計(jì)算得到的西太副高指數(shù)的預(yù)報(bào)值為-0.44。根據(jù)圖5可以看出，SSTA（IO-WNP）在3個(gè)環(huán)境因子中對預(yù)報(bào)的西太副高的負(fù)異常（Total）貢獻(xiàn)最大，ENSOdevelop也對預(yù)報(bào)結(jié)果的負(fù)異常有一定作用。然而，NAO指數(shù)對夏季西太副高異常的貢獻(xiàn)與其他2個(gè)春季環(huán)境因子的貢獻(xiàn)相反。即在一定程度上，NAO指數(shù)能夠抵消一小部分由其他2個(gè)環(huán)境因子引起的西太副高強(qiáng)度的負(fù)異常。通過進(jìn)一步對比西北太平洋與印度洋SSTA在SSTA（IO-WNP）的相對作用，發(fā)現(xiàn)西北太平洋SSTA在其中起著更大的貢獻(xiàn)，而印度洋SSTA的貢獻(xiàn)相對較小。

進(jìn)一步利用觀測資料計(jì)算了2021年夏季各月份實(shí)際觀測的西太副高指數(shù)，以期了解利用春季環(huán)境因子的預(yù)報(bào)效果在2021年不夠理想的原因。計(jì)算結(jié)果表明，6—7月西太副高指數(shù)的觀測值分別為-0.16和-1.07，呈現(xiàn)負(fù)異常;而8月西太副高指數(shù)的觀測值則為1.37，呈現(xiàn)正異常。相對于6—7月西太副高的強(qiáng)度而言，8月西太副高的強(qiáng)度對西太副高在2021年整個(gè)夏季季節(jié)平均的觀測值的影響更大。2021夏季，西太副高強(qiáng)度指數(shù)在夏季各月之間存在較大差異，這種月際間的較大差異可能會(huì)增加對西太副高預(yù)報(bào)的難度，這可能是導(dǎo)致西太副高預(yù)報(bào)模型2021年的預(yù)報(bào)結(jié)果不夠理想的一個(gè)重要原因。

3 結(jié)論

對2021年春季影響西太副高的3種春季環(huán)境因子（熱帶印度洋與西北太平洋海域SSTA的差值、赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值、北大西洋濤動(dòng)指數(shù)）的異常特征進(jìn)行考察和分析，并利用2021年春季的環(huán)境因子對2021年夏季西太副高的強(qiáng)度進(jìn)行短期氣候預(yù)測。結(jié)果表明，2021年春季熱帶印度洋與西北太平洋海域SSTA的差值表現(xiàn)為負(fù)異常（-0.32℃），與ENSO演變相關(guān)的赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值表現(xiàn)為弱的正異常（0.02℃），北大西洋濤動(dòng)指數(shù)則出現(xiàn)負(fù)異常（-0.79）。

利用3個(gè)春季環(huán)境因子對2021年夏季西太副高指數(shù)的預(yù)報(bào)值為-0.44，這與2021年西太副高指數(shù)的實(shí)際觀測值（0.28）存在一些偏差。通過分析2021年各個(gè)春季環(huán)境因子對夏季西太副高異常的相對貢獻(xiàn)大小，結(jié)果表明：熱帶印度洋與西北太平洋海域SSTA的差值在3個(gè)春季環(huán)境因子中對2021年西太副高的預(yù)報(bào)結(jié)果有著最大的貢獻(xiàn)，其中，西北太平洋海域SST的暖異常可能是引起2021年夏季西太副高強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏弱的重要原因。通過對比2021年夏季各月的西太副高指數(shù)觀測值發(fā)現(xiàn)，8月與7月的西太副高指數(shù)存在較大的差異，夏季各月之間差異的增大可能是導(dǎo)致預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)結(jié)果不太理想的原因。在西太副高的預(yù)報(bào)方面，需要進(jìn)一步針對夏季各月之間差異較大的情況改進(jìn)預(yù)報(bào)方法。為提高西太副高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，仍需對其強(qiáng)度的季節(jié)內(nèi)變化展開進(jìn)一步研究。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

The Characteristic Analysis of the Springtime Envi-ronmental Factors for the Western North Pacific Subtropical High in 2021

WENG Jin-wen et al（Laboratory for Coastal Ocean Variation and Disaster Prediction，College of Ocean and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Gaungdong 524088）

Abstract In this study， analyzed the characteristics of three springtime environmental factors which affect the summertime WNPSH in 2021， including the difference of sea surface temperature anomaly （SSTA） between the Indian Ocean （IO） and western north Pacific （WNP）， May-minus-March SSTA in the equatorial central Pacific and the North Atlantic Oscillation （NAO） index. In the spring of 2021， the difference of the SSTA between IO and WNP showed a negative anomaly （-0.32℃）， May-minus-March SSTA in the equatorial central Pacific had a weak positive anomaly （0.02℃）， and the NAO Index presented a negative anomaly （-0.79）. Based on the prediction equation constructed by using these three springtime environmental factors， the forecast value of the WNPSH index in the summer of 2021 was -0.44， which deviated from the observed value （0.28） of the WNPSH index in the summer of 2021. The difference of SSTA between IO and WNP in the spring of 2021 had the greatest contribution to the prediction result of the WNPSH in 2021 among the three spring environmental factors. In addition， the warm SSTA in the WNP may be an important reason for the weaker intensity of the predicted WNPSH in the summer of 2021. By comparing observed values of the WNPSH index in each month， we find that there exist obvious differences between the WNPSH index in July and August. The unsatisfactory prediction results of the prediction model may be ascribed to the increase of the difference between months in summer. In terms of the WNPSH prediction， it is necessary to further improve the prediction method especially for the situation with great differences among summer months.

Key words Western North Pacific sub-tropical high; Spring environmental factors; SST anomalies; Indo-Pacific SST zonal gradient; North Atlantic Oscillation

基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41776031）;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFC1506903）;廣東省普通高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2019KCXTF021）;廣東海洋大學(xué)博士啟動(dòng)科研基金項(xiàng)目（R17051）。

作者簡介 翁錦文（1999—），男，廣東潮州人，主要從事海氣相互作用與氣候變化研究工作。#通信作者：王磊（1979—），男，山東菏澤人，教授，主要從事海氣相互作用與氣候變化研究工作，E-mail：wanglei@gdou.edu.cn。

收稿日期 2021-08-25