王黎娟郭帥宏, 何金海管兆勇劉伯奇,

1南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院/氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210044

2解放軍95147部隊(duì)氣象臺(tái)，梅州514593

3中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LASG），北京100029

1 引言

南亞高壓也稱“青藏高壓”，是亞洲夏季風(fēng)系統(tǒng)的主要成員之一，也是除極地渦旋外，北半球100 hPa上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)（Mason and Anderson, 1958；Zhao et al., 2009）。3 月以前，反氣旋環(huán)流中心位于菲律賓群島以東洋面上，4月開(kāi)始向西北方向移動(dòng)至中南半島上空，形成南亞高壓。由冬至夏，高層反氣旋環(huán)流中心的位置和強(qiáng)度存在著明顯的季節(jié)變化，在此期間東亞大氣環(huán)流也從冬季型轉(zhuǎn)為夏季型（朱?？档龋?980）。

眾多研究給出了由冬至夏南亞高壓季節(jié)變化的物理圖像。4～5月期間，南亞高壓通過(guò)中心分裂的方式，快速?gòu)姆坡少e群島以東洋面上空西移北跳至中南半島（He et al., 2006）。而中南半島高空反氣旋生成加強(qiáng)和菲律賓群島以東洋面高空反氣旋減弱消亡的同時(shí)發(fā)生是這一時(shí)期南亞高壓在中南半島上空建立過(guò)程的主要特征（劉伯奇等，2009）；6月份，南亞高壓自中南半島北部移上高原，強(qiáng)度明顯加大，大多為1個(gè)中心；7、8月，南亞高壓繼續(xù)西移，高壓中心已移至高原上空，高壓中心強(qiáng)度達(dá)到最大，此外，7、8月多呈兩個(gè)中心，分別在高原西部和我國(guó)東部停留或北上（Qian et al.，2002；譚晶等，2005；郭準(zhǔn)等，2009）。冬、夏流型的轉(zhuǎn)換是一種不連續(xù)的跳躍過(guò)程，并非南亞高壓主體逐漸推進(jìn)，而是經(jīng)過(guò)流場(chǎng)上的快速調(diào)整，重建新流型的過(guò)程（劉四臣和李維亮，1987）。

對(duì)于南亞高壓季節(jié)變化的機(jī)制也有諸多研究成果。有學(xué)者從熱力學(xué)角度研究認(rèn)為，由冬至夏季節(jié)變化過(guò)程中，南亞高壓的正、斜壓分量發(fā)生轉(zhuǎn)換，南亞高壓在其斜壓分量環(huán)流的引導(dǎo)下移動(dòng)（Liu et al., 2000），表現(xiàn)出一種“趨熱性”特征（Qian et al.,2002）。吳國(guó)雄等（2013）近期研究發(fā)現(xiàn)，春季在菲律賓南部持續(xù)的對(duì)流降水在其北面因水平非均勻加熱而形成對(duì)流層上層的負(fù)渦源有利于南亞高壓形成。春末，青藏高原的加熱作用對(duì)南亞高壓的建立和強(qiáng)度有重要作用，夏季青藏高原加熱產(chǎn)生準(zhǔn)雙周振蕩，引起南亞高壓的東西振蕩（Liu et al.,2007a，2007b）。吳國(guó)雄和劉屹岷（2000）、劉屹岷等（2001）以熱力適應(yīng)理論和全型垂直渦度方程出發(fā)揭示了南亞高壓的形成與高原上空非絕熱加熱的空間非均勻分布的激發(fā)有關(guān)（吳國(guó)雄和劉還珠，1999；劉屹岷等，1999）。之后Wu and Liu（2003）和Liu et al.（2004）又提出了副熱帶“四葉型”加熱分布拼圖的副高形成理論，并對(duì)該理論的物理內(nèi)涵及機(jī)制做了進(jìn)一步闡述說(shuō)明（吳國(guó)雄等，2008）。此外，一些研究發(fā)現(xiàn)熱帶地區(qū)海溫異常也是影響夏季南亞高壓的主要原因。熱帶印度洋暖異常會(huì)導(dǎo)致夏季南亞高壓增強(qiáng)，中心位置偏南（Huang et al.，2011；Huang et al., 2012；魏維等，2012），在ENSO不同位相夏季南亞高壓的強(qiáng)度和中心位置有明顯差異（李崇銀等，2011），菲律賓附近的熱帶加熱通過(guò)經(jīng)向上的相互作用影響夏季南亞高壓的經(jīng)向范圍（Lu，2004）。

綜上，目前對(duì)南亞高壓季節(jié)變化的研究主要集中在夏季6～8月期間，而對(duì)4～5月由冬至夏季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)期的季節(jié)變化過(guò)程的研究則涉及較少。王黎娟和郭帥宏（2012）初步分析了 4～5月南亞高壓在中南半島上空的建立過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其存在明顯的年際變化。而這一時(shí)期又正好是冬夏季節(jié)轉(zhuǎn)換的過(guò)渡時(shí)期，因此南亞高壓在中南半島上空的建立過(guò)程必然與全球大氣環(huán)流季節(jié)變化相聯(lián)系，并受其影響。那么，4～5月季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)期南亞高壓在中南半島上空建立早晚年的環(huán)流差異具有怎樣的環(huán)流背景？過(guò)程特征差異的原因又是什么？本文試圖對(duì)上述問(wèn)題做進(jìn)一步分析。

2 資料與方法

2.1 資料及公式說(shuō)明

本文使用1979～2008年4～5月NOAA的向外長(zhǎng)波輻射（OLR）資料和NCEP/NCAR逐日再分析資料（Kalnay et al., 1996），包括風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、高度場(chǎng)等，水平分辨率2.5°×2.5°，垂直分層取1000～100 hPa共12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等壓層。

為反映大氣熱力狀況，本文計(jì)算了各層大氣視熱源，其計(jì)算方法采用Yanai et al.（1973）給出的“倒算法”，公式介紹如下：

其中，Q1為大氣視熱源，由等式右邊三項(xiàng)組成：第一項(xiàng)為溫度局地變化項(xiàng)，第二項(xiàng)為溫度水平平流項(xiàng)，第三項(xiàng)為溫度垂直變化項(xiàng)；、、、分別表示平均層的溫度、水平速度、垂直速度和位溫。

利用吳國(guó)雄和劉還珠（1999）得到的不考慮摩擦耗散和傾斜渦度發(fā)展（Slantwise Vorticity Development，SVD）作用，而僅考慮外熱源作用的全型垂直渦度方程：

其中的非絕熱加熱項(xiàng)為

根據(jù)尺度分析（吳國(guó)雄等，1999），方程簡(jiǎn)化為：

方程右端三項(xiàng)依次為相對(duì)渦度平流項(xiàng)、地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)和非絕熱加熱的垂直變化項(xiàng)。

2.2 南亞高壓建立過(guò)程分類

南亞高壓在中南半島上空建立過(guò)程的分類，采用王黎娟和郭帥宏（2012）給出的以反氣旋環(huán)流西中心在中南半島上空生成時(shí)間早晚進(jìn)行分類的方法，即：

建立偏早年：西中心生成時(shí)間在4月5候以前（不含5候）的，定義為建立偏早年。具體年份有：1984、1985、1986、1990、1991、1994、1996、1999、2001、2002、2006、2008；共12 a。建立偏晚年：西中心生成時(shí)間在4月5候以后（不含5候）的，定義為建立偏晚年。具體年份有：1983、1987、1992、1993、1997、1998、2003、2005；共8 a。建立正常年：西中心生成時(shí)間在4月5候的，定義為建立正常年。具體年份有：1979、1980、1981、1982、1988、1989、1995、2000、2004、2007；共 10 a。

3 南亞高壓建立早晚年的環(huán)流特征

3.1 對(duì)流層高層的流場(chǎng)特征

劉伯奇等（2009）指出，在氣候態(tài)下，位于菲律賓群島以東洋面上空的南亞高壓反氣旋環(huán)流中心于4月5候分裂出位于中南半島上空的西環(huán)流中心，此后西中心發(fā)展加強(qiáng)成為南亞高壓。而菲律賓群島以東洋面上空的東中心處于逐漸西移的狀態(tài)，4月 5候前，反氣旋環(huán)流中心位于160°E附近，4月5候隨著環(huán)流中心的分裂，東中心西移至140°～150°E，4月6候以后，東中心便穩(wěn)定地位于130°～145°E，直至5月3候完全消亡。

王黎娟和郭帥宏（2012）進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)南亞高壓的建立過(guò)程存在明顯的年際變化。圖 1、2分別給出了建立早晚年OLR和150 hPa流場(chǎng)的逐候演變情況。從流場(chǎng)上，建立偏早年（圖1），4月3候（圖1a）菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心位于 140°E，西移速度較氣候平均快，且環(huán)流主體已西伸至中南半島上空，并于4月4候（圖1b）分裂出西環(huán)流中心。此后，西中心不斷發(fā)展加強(qiáng)，而菲律賓群島以東洋面上空的東環(huán)流中心則穩(wěn)定地位于在130°～145°E，并于5月3候（圖略）完全消亡。建立過(guò)程持續(xù)到5月2候，建立時(shí)間比氣候平均長(zhǎng) 1候。建立完成后（圖略），中南半島上空南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較寬。

圖1 南亞高壓建立偏早年OLR（陰影區(qū)為OLR＜240 W m?2的區(qū)域）和150 hPa流場(chǎng)逐候演變特征Fig.1 The time evolution of outgoing longwave radiation (OLR) (shading: OLR＜240 W m?2) and the streamline fields at 150 hPa in the the South Asia high (SAH) early-establishment years

建立偏晚年（圖2），4月3、4、5候（圖2a，b，c），西太平洋上空均無(wú)閉合的反氣旋性環(huán)流中心，到4月6候（圖2d）西環(huán)流中心出現(xiàn)，但生成位置偏南，與此同時(shí)菲律賓群島以東洋面140°E附近上空出現(xiàn)環(huán)流輻散中心，該輻散中心于5月2候（圖2f）完全消亡。5月1候西環(huán)流中心接近中南半島南部，建立過(guò)程持續(xù)到5月2候，建立時(shí)間比氣候平均少2候。且建立完成后（圖2f），中南半島上空南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較窄。

圖2 南亞高壓建立偏晚年OLR（陰影區(qū)為OLR＜240 W m?2的區(qū)域）和150 hPa流場(chǎng)逐候演變特征Fig.2 The time evolution of OLR (shading: OLR＜240 W m?2) and the streamline fields at 150 hPa in the SAH delayed-establishment years

從150 hPa流場(chǎng)的逐候演變上可以看出，建立偏早年的建立過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，建立過(guò)程中，東部環(huán)流中心西移速度快，建立完成后，中南半島上空南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較寬；建立偏晚年的建立過(guò)程時(shí)間較短，建立開(kāi)始前西太平洋上空無(wú)閉合的反氣旋性環(huán)流中心，建立完成后，中南半島上空南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較窄；而建立正常年（圖略）則與氣候平均一致。

3.2 對(duì)流層低層風(fēng)場(chǎng)與海平面氣壓場(chǎng)特征

南亞高壓作為大氣環(huán)流的高層組成部分，其變化過(guò)程必然與低層大氣環(huán)流緊密聯(lián)系。圖3給出了4～5月南亞高壓建立早晚年850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓（SLP）距平場(chǎng)。建立偏早年，850 hPa赤道太平洋地區(qū)為東風(fēng)距平（圖3a1），菲律賓群島以東洋面為距平風(fēng)的輻合區(qū)，赤道中東太平洋海域?yàn)榫嗥斤L(fēng)輻散區(qū)。而海平面氣壓在熱帶西太平洋地區(qū)為負(fù)距平（圖3b1），負(fù)距平大值區(qū)位于菲律賓群島東北向海域。

圖3 4～5月850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)（a1，a2）（陰影區(qū)為散度距平，單位：10?7 s?1）和海平面氣壓距平場(chǎng)（b1，b2）（單位：hPa，陰影區(qū)為負(fù)距平區(qū)）：（a1, b1） 建立偏早年；（a2，b2）建立偏晚年）Fig.3 (a1, a2) Wind anomaly fields at 850 hPa (shading indicates divergence anomaly, units: 10?7 s?1) and (b1，b2) sea level pressure (SLP) anomaly fields(units: hPa; shading denotes negative SLP anomaly areas) from April to May: (a1, b1) The early-establishment years; (a2, b2) the delayed-establishment years

建立偏晚年，850 hPa赤道太平洋地區(qū)為較強(qiáng)的西風(fēng)距平（圖3a2），菲律賓群島以東洋面為距平風(fēng)的輻散區(qū)，赤道中東太平洋海域?yàn)檩^強(qiáng)的距平風(fēng)輻合區(qū)。而熱帶西太平洋海平面氣壓距平則為正值（圖3b2），正距平大值區(qū)同樣位于菲律賓群島東北向海域。

以上環(huán)流形勢(shì)表明，建立偏早年，低層菲律賓群島以東洋面氣流輻合異常加強(qiáng)，熱帶西太平洋海平面氣壓異常減弱，低層赤道東風(fēng)隨之加強(qiáng)，即Walker環(huán)流強(qiáng)，而 Walker環(huán)流上升支異常加強(qiáng)區(qū)域位于菲律賓群島東北向海域上空；建立偏晚年，低層菲律賓群島以東洋面氣流輻合異常減弱，熱帶西太平洋海平面氣壓則異常增高，低層赤道東風(fēng)隨之減弱，即Walker環(huán)流弱，而Walker環(huán)流上升支異常減弱區(qū)域也位于菲律賓群島東北向海域上空。

可見(jiàn)，南亞高壓建立早晚年，對(duì)流層低層大氣環(huán)流呈現(xiàn)反相分布形勢(shì)，與之相聯(lián)系的Walker環(huán)流強(qiáng)度也存在明顯差異，而菲律賓群島以東洋面又是Walker環(huán)流上升支異常的大值區(qū)域，因此位于該區(qū)域上空的南亞高壓反氣旋環(huán)流將受顯著影響，進(jìn)而造成南亞高壓早晚年環(huán)流存在明顯差異。

通過(guò)以上分析可以看出，南亞高壓在中南半島上空建立早晚年的環(huán)流差異主要體現(xiàn)在東、西兩個(gè)環(huán)流中心的演變上，因此，本文將分別從東、西環(huán)流中心的演變特征入手，分析揭示環(huán)流差異的可能原因。

4 南亞高壓建立早晚年環(huán)流差異的可能成因

4.1 中南半島上空反氣旋環(huán)流中心建立早晚的可能成因

劉伯奇等（2009）研究指出 4～5月南亞高壓在中南半島上空的建立過(guò)程主要受大氣熱力作用影響，而中南半島上空反氣旋環(huán)流中心的生成是由于中南半島地區(qū)對(duì)流建立，其上空上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)流層高層輻散運(yùn)動(dòng)加劇造成。那么，中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成的早晚是否也與中南半島地區(qū)對(duì)流建立早晚有關(guān)呢？

圖4給出了南亞高壓建立早晚年OLR隨時(shí)間沿 5°～20°N 的演變情況?？梢钥闯觯⑵缒曛心习雿u地區(qū)對(duì)流開(kāi)始早（圖4a），4月 3候?qū)α饕验_(kāi)始活躍，此時(shí)菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心主體西伸至中南半島，但環(huán)流中心依然位于菲律賓以東洋面（圖1a）；4月4候?qū)α髦饾u增強(qiáng)，此時(shí)中南半島東部上空反氣旋環(huán)流中心生成（圖1b）；4月6候伴隨對(duì)流進(jìn)一步增強(qiáng)，反氣旋中心穩(wěn)定維持在中南半島上空（圖1d）。

建立偏晚年中南半島對(duì)流開(kāi)始晚（圖 4b），5月1候才開(kāi)始有活躍跡象，此時(shí)西環(huán)流中心位于中南半島南部洋面（圖2e），5月 2候伴隨著中南半島對(duì)流全面活躍，反氣旋中心在中南半島上空開(kāi)始穩(wěn)定維持（圖2f）。

結(jié)合圖1、圖2和圖4發(fā)現(xiàn)，無(wú)論南亞高壓建立早年還是晚年，中南半島對(duì)流活躍都稍早于南亞高壓在該地區(qū)建立，表明中南半島地區(qū)對(duì)流活躍與南亞高壓建立關(guān)系密切，可能是其在該地區(qū)建立的重要原因。

進(jìn)一步分析中南半島地區(qū)對(duì)流活動(dòng)造成的上升運(yùn)動(dòng)和對(duì)流層高層輻散運(yùn)動(dòng)變化情況。圖 5、6分別給出了南亞高壓建立早晚年中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成前后（建立偏早年為4月2候至4月5候，建立偏晚年為4月4候至5月1候）的上升運(yùn)動(dòng)和對(duì)流層高層輻散運(yùn)動(dòng)變化情況。

建立偏早年，4月2候（圖5a），中南半島地區(qū)對(duì)流尚未建立，該地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)較弱；4月3候（圖5b），當(dāng)中南半島地區(qū)對(duì)流出現(xiàn)初步建立跡象時(shí)，該地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)迅速加強(qiáng)，此時(shí)菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心主體西伸至中南半島；4月4候（圖5c），中南半島地區(qū)對(duì)流開(kāi)始建立，由于對(duì)流強(qiáng)度偏弱，中南半島地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有進(jìn)一步增強(qiáng)，但仍維持較強(qiáng)的強(qiáng)度，此時(shí)中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成；4月5候（圖5d），隨著對(duì)流的發(fā)展加強(qiáng)，中南半島地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)西擴(kuò)，中南半島上空的反氣旋環(huán)流則隨之增強(qiáng)。

建立偏晚年，4月4、5、6候（圖6a, b, c），中南半島地區(qū)對(duì)流都尚未建立，該地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)都相對(duì)較弱，只是4月6候，當(dāng)反氣旋環(huán)流中心在中南半島以南海域生成時(shí)，中南半島地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)有所加強(qiáng)；5月 1候（圖 6d），當(dāng)中南半島地區(qū)對(duì)流開(kāi)始建立時(shí)，中南半島地區(qū)上空的上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)迅速增強(qiáng)西擴(kuò)，反氣旋環(huán)流中心也隨之移上中南半島。

事實(shí)上，對(duì)流層高層反氣旋和對(duì)流加熱存在正反饋。高空輻散運(yùn)動(dòng)發(fā)展有利于上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)流的發(fā)展。結(jié)合圖4并對(duì)比圖5、6可以看出，中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成早晚與中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展關(guān)系密切。當(dāng)中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展早時(shí)，其上空上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)發(fā)展加強(qiáng)早，中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成早；而高空輻散運(yùn)動(dòng)發(fā)展有利于上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，促進(jìn)對(duì)流進(jìn)一步發(fā)展，使得高空反氣旋加強(qiáng)。晚年情況則反之，中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展晚，中南半島上空上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)發(fā)展加強(qiáng)偏晚，中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成偏晚，高層反氣旋和對(duì)流加熱正反饋較早年偏晚偏弱。

圖4 4～5月OLR沿5°～20°N平均的時(shí)間—經(jīng)度剖面：（a）建立偏早年；（b）建立偏晚年。陰影區(qū)為OLR＜240 W m?2的區(qū)域，單位：W m?2Fig.4 Time–longitude sections of OLR averaged over 5°–20°N from April to May: (a) The early-establishment years; (b) the delayed-establishment years.Shading: OLR＜240 W m?2, units: W m?2

前面的分析表明南亞高壓建立早晚年，Walker環(huán)流存在顯著差異，而中南半島地區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)作為Walker環(huán)流上升支的一部分，則該地區(qū)的對(duì)流活動(dòng)將受Walker環(huán)流異常的影響，進(jìn)而影響中南半島上空反氣旋環(huán)流中心建立的早晚。即南亞高壓建立偏早年，Walker環(huán)流強(qiáng)，處于其上升支范圍的中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展早，其上空反氣旋環(huán)流中心生成早；建立偏晚年，Walker環(huán)流弱，處于其上升支范圍的中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展晚，其上空反氣旋環(huán)流中心生成晚。

4.2 菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心維持及消亡的可能成因

圖5 建立偏早年南亞高壓在中南半島上空建立各候沿5°～20°N平均的散度（陰影，單位：10?6 s?1）、垂直速度（等值線，單位：10?2 Pa s?1）和緯向垂直環(huán)流（矢量，單位：m s?1）：（a）4月2候；（b）4月3候；（c）4月4候；（d）4月5候Fig.5 Longitude–height sections of the divergence (shading, units: 10?6 s?1), vertical velocity (contours, units: 10?2Pa s?1), and zonal–vertical circulation(vector, units: m s?1) averaged over 5°–20°N in the SAH early-establishment years: (a) The 2nd pentad of April; (b) the 3rd pentad of April; (c) the 4th pentad of April; (d) the 5th pentad of April

從南亞高壓建立早晚年的建立過(guò)程特征可以看出，建立偏早年在建立過(guò)程中菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心西移速度快，而建立偏晚年在建立開(kāi)始前西太平洋上空無(wú)閉合的反氣旋性環(huán)流中心出現(xiàn)。出現(xiàn)這種特征差異的原因是什么？當(dāng)菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心穩(wěn)定位于130°～145°E范圍后便逐漸減弱消亡，那么這一時(shí)期它的維持及消亡機(jī)制又是什么呢？下面將做進(jìn)一步分析。

4.2.1 環(huán)流中心西移演變特征分析

從圖 1、2給出的南亞高壓建立早晚年的過(guò)程特征可以看出，建立偏早年，4月3候（圖1a）菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心已西移至 140°E，此后便維持在該區(qū)域附近直至其消亡；建立偏晚年，4月3候（圖2a）西太平洋上空則無(wú)閉合的反氣旋性環(huán)流中心出現(xiàn)；而建立正常年和氣候平均場(chǎng)上（圖略），此時(shí)的反氣旋環(huán)流中心仍位于160°E附近?？梢?jiàn)，4月前3候是各建立類型菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心西移演變特征差異最明顯的時(shí)期，因此有必要針對(duì)這一時(shí)期的大氣熱力及運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行分析。

圖6 建立偏晚年南亞高壓在中南半島上空建立各候沿5°～20°N平均的散度（陰影，單位：10?6 s?1）、垂直速度（等值線，單位：10-2Pa s-1）和緯向垂直環(huán)流（矢量，單位：m s?1）：（a）4月4候；（b）4月5候；（c）4月6候；（d）5月1候Fig.6 Longitude–height sections of the divergence (shading, units: 10?6 s?1), vertical velocity (contours, units: 10?2 Pa s?1), and zonal–vertical circulation(vector, units: m s?1) averaged over 5°–20°N in the SAH delayed-establishment years: (a) The 4thpentad of April; (b) the 5th pentad of April; (c) the 6th pentad of April; (d) the 1st pentad of May

圖7給出了南亞高壓建立早晚年4月1～3候菲律賓群島以東洋面上空的上升運(yùn)動(dòng)和大氣熱力狀況。建立偏早年（圖 7a），菲律賓群島以東洋面上空的大氣非絕熱加熱中心位于150°～160°E區(qū)域上空500～400 hPa附近，非絕熱加熱大值區(qū)向西擴(kuò)展至 130°E，上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)也同時(shí)向西擴(kuò)展，與非絕熱加熱大值區(qū)相對(duì)應(yīng)。

建立偏晚年（圖 7b），菲律賓群島以東洋面上空的大氣非絕熱加熱中心也位于150°～160°E區(qū)域上空500～400 hPa附近，上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)與非絕熱加熱中心相對(duì)應(yīng)，但非絕熱加熱大值區(qū)和上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)均未向西擴(kuò)展，且大值區(qū)范圍較建立偏早年和氣候平均（圖略）小，整體強(qiáng)度偏弱。

比較而言，建立偏早年，由于Walker環(huán)流強(qiáng)，菲律賓群島以東洋面上空的環(huán)流上升支和大氣非絕熱加熱中心西擴(kuò)明顯。根據(jù)熱力適應(yīng)理論（吳國(guó)雄和劉屹岷，2000），“過(guò)流現(xiàn)象”向高層大氣排放的負(fù)渦度將增多，即在加熱層頂以上的高度，盡管非絕熱加熱已消失，但由于熱力適應(yīng)，仍然存在上升運(yùn)動(dòng)及反氣旋性輻散，使得大氣中非絕熱加熱制造的負(fù)渦度傳入更高層的大氣中。由于菲律賓群島以東洋面130°～165°E區(qū)域上空的大氣非絕熱加熱影響的最大高度在250～200 hPa附近，因此處于更高層次的150 hPa將存在過(guò)流現(xiàn)象。而建立偏早年，菲律賓群島以東洋面上空的大氣非絕熱加熱大值區(qū)西擴(kuò)明顯，大值范圍擴(kuò)展至130°E附近，該地區(qū)非絕熱加熱作用整體偏強(qiáng)，因此過(guò)流向高層大氣排放的負(fù)渦度將增多，高空負(fù)渦度源隨之增強(qiáng)，而高壓系統(tǒng)有著向負(fù)渦度源運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因此菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心西移速度加快，導(dǎo)致這一時(shí)期反氣旋環(huán)流中心位置較為偏西；建立偏晚年，由于Walker環(huán)流弱，菲律賓群島以東洋面上空的上升運(yùn)動(dòng)和大氣非絕熱加熱大值區(qū)范圍偏小，大值范圍只西伸至140°E附近，該地區(qū)非絕熱加熱作用整體偏弱，因此過(guò)流向高層大氣排放的負(fù)渦度將減少，高空負(fù)渦度源隨之減弱，導(dǎo)致其上空無(wú)閉合的反氣旋性環(huán)流中心出現(xiàn)。

4.2.2 環(huán)流中心維持及消亡的分析

根據(jù)簡(jiǎn)化后的全型垂直渦度方程（公式3），由于菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心位于高壓脊線附近，因此相對(duì)渦度平流作用很弱，可以忽略，故（3）式變?yōu)椋?/p>

從氣候平均的150 hPa流場(chǎng)逐候演變（圖略）可以看出，東中心于5月3候完全消亡，在消亡的前3候（4月6候至5月2候），菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心穩(wěn)定的位于（130°～145°E，5°～12.5°N）區(qū)域范圍內(nèi)，而環(huán)流中心區(qū)域的經(jīng)向風(fēng)較小，因此這一區(qū)域的地轉(zhuǎn)渦度平流作用同樣很弱（圖8），可以忽略，則（4）式變?yōu)椋?/p>

所以，在菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心維持及消亡期間，渦度的局地變化主要受非絕熱加熱的垂直變化影響。

圖7 4月1～3候垂直速度（陰影，單位：10?2 Pa s?1)和大氣視熱源Q1（等值線，單位：W m?2）沿5°～15°N平均的經(jīng)度—高度剖面：（a）建立偏早年；（b）建立偏晚年Fig.7 Longitude–height sections of vertical velocity (shading, units: 10?2 Pa s?1) and the apparent heat source Q1 (contours, units: W m?2) averaged over 5°–15°N from the 1st to 3rd pentad of April: (a) The early-establishment years; (b) the delayed-establishment years

圖8 氣候平均150 hPa相對(duì)渦度平流項(xiàng)、地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)和非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)（單位：10?10 s?2）在（130°～145°E，5°～12.5°N）內(nèi)均值的時(shí)間序列Fig.8 Time series of the climatic mean relative vorticity advection, geostrophic vorticity advection, and diabatic heating vertical change (units: 10?10 s?2) at 150 hPa averaged over (130°–145°E, 5°–12.5°N)

當(dāng)Q1z＞0時(shí)，?ζ?t＞0，有正渦度貢獻(xiàn)；當(dāng)Q1z＜0 時(shí)，?ζ?t＜0，有負(fù)渦度貢獻(xiàn)。因此，當(dāng)Q1z的絕對(duì)值增大時(shí)，表明非絕熱加熱的垂直變化作用對(duì)渦度的貢獻(xiàn)增大，即非絕熱加熱的垂直變化作用增強(qiáng)。

圖8給出了氣候平均150 hPa相對(duì)渦度平流項(xiàng)、地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)和非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)在（130°～145°E，5°～12.5°N）內(nèi)均值的時(shí)間序列。可以看出，菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心消亡的前3候（24～26候），相對(duì)渦度平流項(xiàng)和地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)接近于 0，進(jìn)一步說(shuō)明渦度的局地變化主要依靠非絕熱加熱的垂直變化作用。

從圖8中還可以看出地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)的變化趨勢(shì)與非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)的變化趨勢(shì)一致，表明兩者可能存在密切關(guān)系。當(dāng)菲律賓群島以東洋面上空的Q1z＜0，且Q1z絕對(duì)值減小，即非絕熱加熱垂直變化作用減弱時(shí)，負(fù)渦度減小，高空反氣旋環(huán)流隨之減弱，環(huán)流西側(cè)的南風(fēng)風(fēng)量減小，由于該反氣旋環(huán)流位于中南半島上空反氣旋環(huán)流的東側(cè)，受其東側(cè)偏北氣流影響，則菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流所在區(qū)域的北風(fēng)風(fēng)量將加大，導(dǎo)致地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)向正平流方向變化。特別是5月3候（27候），當(dāng)非絕熱加熱垂直變化作用明顯減弱時(shí)，菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心消亡，該環(huán)流中心所在區(qū)域由中南半島上空反氣旋環(huán)流東側(cè)的偏北氣流完全占據(jù)，導(dǎo)致地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)向正平流方向增強(qiáng)明顯；反之，當(dāng)菲律賓群島以東洋面上空的Q1z＜0，且Q1z絕對(duì)值增大，即非絕熱加熱垂直變化作用增強(qiáng)時(shí)，負(fù)渦度增加，高空反氣旋環(huán)流隨之增強(qiáng)，其西側(cè)的南風(fēng)風(fēng)量加強(qiáng)，則地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)向負(fù)平流方向變化。以上分析說(shuō)明地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)的變化受到非絕熱加熱垂直變化作用的影響。

圖9，10分別給出了南亞高壓建立早晚年菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心消亡前2候至消亡當(dāng)候（建立偏早年為5月1候至5月3候，建立偏晚年為4月6候至5月2候）的150 hPa非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)逐候演變。結(jié)合對(duì)應(yīng)的 150 hPa環(huán)流場(chǎng)（建立偏早年為圖1e、f，5月3候圖略；建立偏晚年為圖2d、e、f）可以看出，無(wú)論是建立偏早年還是建立偏晚年，當(dāng)菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心穩(wěn)定位于 130°～145°E這一區(qū)域后，環(huán)流強(qiáng)度與該地區(qū)上空的非絕熱加熱垂直變化作用有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即當(dāng)該地區(qū)上空的Q1z＜0，且Q1z絕對(duì)值增大，非絕熱加熱垂直變化作用增強(qiáng)時(shí)，反氣旋環(huán)流隨之加強(qiáng)，當(dāng)Q1z絕對(duì)值減小，非絕熱加熱垂直變化作用減弱時(shí)，反氣旋環(huán)流隨之減弱，乃至消亡。

然而，南亞高壓建立早晚年菲律賓群島以東洋面上空的非絕熱加熱垂直變化作用又存在明顯差別，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的反氣旋環(huán)流演變特征存在明顯差異。建立偏早年（圖9），菲律賓群島以東洋面上空Q1z＜0，Q1z絕對(duì)值較大，非絕熱加熱垂直變化作用較強(qiáng)，當(dāng)反氣旋環(huán)流中心消亡后，該地區(qū)上空仍保持著較強(qiáng)的非絕熱加熱垂直變化作用（圖 9c），從而為該地區(qū)提供較強(qiáng)的負(fù)渦度，致使中南半島上空的南亞高壓反氣旋環(huán)流東伸明顯，環(huán)流東西范圍較寬（圖略）；而建立偏晚年（圖10），菲律賓群島以東洋面上空Q1z＜0，Q1z絕對(duì)值偏小，非絕熱加熱垂直變化作用明顯弱于建立偏早年，且衰減較快，因此菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心明顯偏弱且消亡較早，致使南亞高壓建立過(guò)程時(shí)間短，且完全建立后的南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較窄（圖2f）。

圖9 南亞高壓建立偏早年150 hPa非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)逐候演變特征：（a）5月1候；（b）5月2候；（c）5月3候。陰影區(qū)為非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)＜?0.5 的區(qū)域，單位：10?10 s?2Fig.9 The time evolution of the diabatic heating vertical change at 150 hPa in the SAH early-establishment years: (a) The 1st pentad of May; (b) the 2nd pentad of May; (c) the 3rd pentad of May.Shading indicates areas that diabatic heating vertical change is less than ?0.5, units: 10?10 s?2

通過(guò)以上分析可以看出，當(dāng)菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心西移穩(wěn)定至 130°～145°E這一區(qū)域后，非絕熱加熱的垂直變化對(duì)該環(huán)流中心的維持及消亡起主要作用。非絕熱加熱垂直變化與大氣熱力狀況及上升運(yùn)動(dòng)有關(guān)，而南亞高壓建立早晚年菲律賓群島以東洋面上空的大氣熱力狀況及上升運(yùn)動(dòng)又由于 Walker環(huán)流的強(qiáng)弱而存在顯著差別，從而導(dǎo)致了該地區(qū)上空反氣旋環(huán)流中心的演變差異。

可見(jiàn)，南亞高壓建立早晚年，無(wú)論是中南半島地區(qū)還是菲律賓群島以東洋面，影響環(huán)流演變的因子由于 Walker環(huán)流的強(qiáng)弱而存在顯著差異，而Walker環(huán)流又受海溫影響。圖11給出了南亞高壓建立早晚年前期冬春季節(jié)（12月至3月）的海溫距平分布。可以看出，建立偏早年（圖11a），熱帶西太平洋特別是菲律賓群島東北向海域海溫異常偏高，而熱帶中東太平洋海溫異常偏低。這種海溫分布導(dǎo)致Walker環(huán)流加強(qiáng)，上升支異常加強(qiáng)區(qū)位于菲律賓群島東北向海域上空，這與圖3分析結(jié)果相一致；建立偏晚年（圖11b），海溫距平分布則與建立偏早年相反，菲律賓群島以東洋面海溫異常偏低，導(dǎo)致Walker環(huán)流減弱。

綜上所述，有理由認(rèn)為前期冬春季節(jié)熱帶太平洋海溫異常分布，影響后期Walker環(huán)流的強(qiáng)弱，進(jìn)而影響中南半島至菲律賓群島以東洋面上空的上升運(yùn)動(dòng)及大氣熱力狀況，最終導(dǎo)致南亞高壓建立期間環(huán)流的演變差異。根據(jù) Zhu et al.（2011）的研究，4～5月伴隨著中南半島及其南部的對(duì)流活躍，亞洲南部熱帶地區(qū)開(kāi)始進(jìn)入夏季風(fēng)階段。此時(shí)由于中南半島對(duì)流活躍引起的大氣熱狀況改變對(duì)南亞高壓在中南半島的建立起主要作用（王黎娟等，2012），而菲律賓以東洋面上空大氣熱狀況影響洋面上空反氣旋環(huán)流中心的維持及消亡?？梢?jiàn)，4～5月南亞高壓的建立因中南半島上空大氣熱狀況而表現(xiàn)出明顯的“趨熱性”。有研究表明（Liu et al,2000；Qian et al, 2002）6月份因?yàn)榍嗖馗咴臒崃ψ饔弥率鼓蟻喐邏簭闹心习雿u北上高原，“趨熱性”亦顯著。因此，由春至夏轉(zhuǎn)換季節(jié)南亞高壓西進(jìn)中南半島建立和夏季北上高原都是主要受大氣的熱力狀況驅(qū)使，本質(zhì)上基本一致。

圖10 南亞高壓建立偏晚年150 hPa非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)逐候演變特征：（a）4月6候；（b）5月1候；（c）5月2候。陰影區(qū)為非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)＜?0.5 的區(qū)域，單位：10?10 s?2Fig.10 The time evolution of the diabatic heating vertical change at 150 hPa in the SAH delayed-establishment years: (a) The 6th pentad of April; (b) the 1st pentad of May; (c) the 2nd pentad of May.Shading indicates areas that diabatic heating vertical change is less than ?0.5, units: 10?10 s?2

圖11 前期冬春季節(jié)（12～3月）海表溫度距平場(chǎng)（單位：°C）：（a）建立偏早年；（b）建立偏晚年Fig.11 Sea surface temperature (SST) anomaly fields (units: °C) in previous winter and spring (from December to March): (a) The early-establishment years;(b) the delayed-establishment years

5 總結(jié)與討論

本文在前期工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了1979～2008年4～5月南亞高壓在中南半島上空建立早晚年份的環(huán)流差異及可能成因，得到以下主要結(jié)論：

（1）南亞高壓建立早晚年，對(duì)流層高低層環(huán)流形勢(shì)存在顯著差異：在對(duì)流層高層，南亞高壓在中南半島上空建立早晚年份的環(huán)流差異主要體現(xiàn)在東、西兩個(gè)環(huán)流中心的演變上。偏早年，東部環(huán)流中心西移速度快，建立完成后，中南半島上空南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較寬，整個(gè)建立過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)；偏晚年，建立開(kāi)始前西太平洋上空無(wú)閉合的反氣旋性環(huán)流中心，建立完成后，中南半島上空南亞高壓反氣旋環(huán)流東西范圍較窄，整個(gè)建立過(guò)程時(shí)間較短；在對(duì)流層低層，風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)呈現(xiàn)反相的分布形勢(shì)，與之相聯(lián)系的Walker環(huán)流強(qiáng)度也存在明顯差異，位于菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流將受到顯著影響，進(jìn)而造成南亞高壓早晚年環(huán)流存在明顯差異。

（2）南亞高壓建立偏早年，Walker環(huán)流強(qiáng)，處于其上升支范圍的中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展早，其上空上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)發(fā)展加強(qiáng)早，中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成早；建立偏晚年，Walker環(huán)流弱，處于其上升支范圍的中南半島地區(qū)對(duì)流建立發(fā)展晚，其上空上升運(yùn)動(dòng)和高層輻散運(yùn)動(dòng)發(fā)展加強(qiáng)晚，中南半島上空反氣旋環(huán)流中心生成晚；且無(wú)論南亞高壓建立早年還是晚年，中南半島對(duì)流活躍都稍早于南亞高壓在該地區(qū)建立。表明中南半島地區(qū)對(duì)流活躍與南亞高壓建立早晚關(guān)系密切，可能是其在該地區(qū)建立的重要原因。

（3）菲律賓群島以東洋面上空反氣旋環(huán)流中心的西移快慢及有無(wú)閉合環(huán)流中心出現(xiàn)受該區(qū)域上空的上升運(yùn)動(dòng)和大氣非絕熱加熱作用影響。當(dāng)菲律賓群島以東洋面上空的反氣旋環(huán)流中心西移穩(wěn)定至130°～145°E這一區(qū)域后，非絕熱加熱的垂直變化對(duì)該環(huán)流中心的維持及消亡起主要作用。由于Walker環(huán)流的強(qiáng)弱影響菲律賓群島以東洋面非絕熱加熱垂直變化，進(jìn)而導(dǎo)致該地區(qū)上空反氣旋環(huán)流演變的差異。

（4）由于前期冬春季節(jié)熱帶太平洋海溫的異常分布，引起了后期Walker環(huán)流的強(qiáng)弱變化，進(jìn)而影響了中南半島至菲律賓群島以東洋面上空的大氣熱力狀況及上升運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致南亞高壓建立期間環(huán)流的演變差異。

通過(guò)本文分析可以發(fā)現(xiàn)，菲律賓群島以東洋面上空的非絕熱加熱垂直變化作用在5月3候（建立偏晚年為5月2候）會(huì)明顯減弱，致使該區(qū)域上空的反氣旋環(huán)流中心消亡，南亞高壓在中南半島上空完全建立。而非絕熱加熱垂直變化作用為什么會(huì)在這一時(shí)期突然減弱？則需要今后更進(jìn)一步的研究。

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