薛旭 陳文
1 中國科學(xué)院大氣物理研究所季風(fēng)系統(tǒng)研究中心,北京100019
2 中國科學(xué)院大學(xué),北京100049
南亞高壓存在兩個(gè)季節(jié)平衡模態(tài):夏季陸地高壓和冬季海洋高壓(Qian et al., 2002)。人們常稱的南亞高壓通常指夏季陸地高壓,它是夏季出現(xiàn)在青藏高原及鄰近地區(qū)上空的對流層上部、平流層低層的大型半永久性高壓系統(tǒng),又稱青藏高壓或亞洲季風(fēng)高壓。南亞高壓是北半球除極渦外100 hPa層上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的環(huán)流系統(tǒng)(Mason and Anderson,1963)。其反氣旋環(huán)流以高原為中心,范圍從非洲一直延伸至西太平洋,約占所在緯圈的一半。南亞高壓的變化對夏季我國大范圍旱澇分布、亞洲的天氣和氣候等有重要影響(陶詩言和朱???,1964;羅四維等,1982;錢永甫等,2002;魏維等,2012)。南亞高壓存在明顯東西振蕩活動(dòng),陶詩言和朱??担?964)最早提出南亞高壓東西振蕩的概念,他們在分析1957~1962年100 hPa的流型變化時(shí)發(fā)現(xiàn)南亞高壓有圍繞其平均中心位置振蕩的現(xiàn)象。羅四維等(1982)指出南亞高壓脊線和高壓中心位置與我國東部大范圍旱澇分布密切相關(guān),他們把南亞高壓的活動(dòng)劃分為東部型、帶狀型和西部型三類天氣過程,東部型和帶狀型往往對應(yīng)長江中下游地區(qū)、四川東部和貴州少雨,而四川西部及華北多雨,西部型則大致相反。錢永甫等(2002)通過統(tǒng)計(jì)南亞高壓中心位置,他們將南亞高壓中心位于 75°E以西的稱為伊朗高壓,以東的稱為青藏高壓,這就是南亞高壓盛夏季節(jié)的兩類平衡態(tài)。同時(shí)他們也分析了這兩類平衡態(tài)與我國氣候的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn):青藏高壓時(shí),高壓中心及其東南地區(qū)地面氣溫偏高,高壓西北及北面的氣溫明顯偏低,高原東側(cè)的東亞地區(qū)多雨;伊朗高壓時(shí),高壓中心及西北地區(qū)氣溫偏高,高壓東南區(qū)的氣溫偏低,高原南側(cè)的印度北部地區(qū)降水偏強(qiáng)。南亞高壓還存在顯著的南北移動(dòng),100 hPa南亞高壓脊線的變動(dòng)對我國東部主要雨帶的變動(dòng)具有預(yù)報(bào)指示意義(朱乾根等,2007)。魏維等(2012)定義了一個(gè)南亞高壓南北偏移的指數(shù),表明當(dāng)南亞高壓位置偏北時(shí),華北地區(qū)降水偏多,長江流域降水偏少,對應(yīng)的高層西風(fēng)急流以及中層西太平洋副熱帶高壓偏北,使得整個(gè)雨帶偏北,南亞高壓南北偏移指數(shù)可作為預(yù)測我國夏季區(qū)域降水的重要指標(biāo)。
由于夏季南亞高壓對東亞地區(qū)氣候有重要的影響,因此有關(guān)南亞高壓強(qiáng)度和位置變化及與我國天氣氣候的關(guān)系已有不少研究。特別是南亞高壓從冬季海洋性高壓向夏季大陸高壓轉(zhuǎn)變的過程及其建立的原因越來越受到人們的重視。朱??档龋?980)初步研究了南亞高壓的季節(jié)變化,結(jié)果表明南亞高壓強(qiáng)度和位置從冬季到夏季存在明顯的變化,在此期間,東亞大氣環(huán)流從冬季型轉(zhuǎn)變?yōu)橄募拘?。He et al.(2006a,2006b)通過對多年候資料分析指出南亞高壓 4~5月期間在中南半島上空建立,是通過菲律賓以東洋面上反氣旋環(huán)流中心分裂的方式,于4月第6候快速從菲律賓群島西移北跳至中南半島上空,南亞高壓是從菲律賓以東洋面反氣旋環(huán)流中心分裂并西移至中南半島上空作為建立的開始。在此基礎(chǔ)上,劉伯奇等(2009)通過分析150 hPa上氣候平均逐日流場的演變特征,將南亞高壓的建立過程分為三個(gè)階段:(1)南亞高壓建立之前(4月1~21日),即高壓位于菲律賓以東洋面上空且僅存在一個(gè)反氣旋中心;(2)南亞高壓初步形成階段(4月22日~5月5日),即環(huán)流中心分裂為東西兩個(gè)反氣旋中心分別位于中南半島和菲律賓以東洋面上空;(3)南亞高壓完全建立階段(5月6~15日),即南亞高壓在中南半島上空建立,東部反氣旋中心完全消失。他們還根據(jù)氣候平均逐候流場演變特征,將南亞高壓建立過程劃分為同樣的三個(gè)階段來研究南亞高壓 4~5月在中南半島上空建立的可能機(jī)制(Liu et al., 2012, 2013)。然而,上述研究均針對南亞高壓從冬至夏的建立,事實(shí)上南亞高壓在中南半島上空的建立日期也存在顯著的年際變化,因此有必要針對其逐年在中南半島上空建立的日期開展南亞高壓建立過程的研究,這也是本文的研究目的之一。
海洋和陸地?zé)崃π再|(zhì)差異很大,太陽輻射隨季節(jié)的變化導(dǎo)致海—陸熱力差異的季節(jié)循環(huán),季風(fēng)就是由于大氣環(huán)流響應(yīng)海—陸熱力差異季節(jié)變化而產(chǎn)生的近地面層冬夏盛行風(fēng)向接近相反且氣候特征明顯不同的現(xiàn)象(黃榮輝等,2003)。全球最為明顯的季風(fēng)區(qū)位于東亞沿岸、南亞、東非和西非。季風(fēng)爆發(fā)以盛行風(fēng)向改變和降水的出現(xiàn)為主要特征,亞洲夏季風(fēng)的爆發(fā)早晚對我國旱澇有著重要的指示作用,并直接影響著經(jīng)濟(jì)和民生問題,因此對亞洲夏季風(fēng)最早爆發(fā)日期以及最初爆發(fā)地域的研究是重要的(Huang et al., 2003)。由于研究中所用資料類型、季風(fēng)指數(shù)和季風(fēng)爆發(fā)日期的定義不同,尚未建立統(tǒng)一的亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)過程的圖像。目前國內(nèi)外對亞洲夏季風(fēng)最初建立區(qū)域主要有四種觀點(diǎn):(1)亞洲夏季風(fēng)最早在中國南海建立,然后分別向北傳到中國東岸和向西傳播(Tao and Chen,1987);(2)亞洲夏季風(fēng)最先于 5月初在孟加拉灣東岸爆發(fā),5月20日于南海爆發(fā),然后6月10日印度夏季風(fēng)爆發(fā)(張永生和吳國雄,1998);(3)亞洲夏季風(fēng)最早于中南半島或其南側(cè)周圍地區(qū)建立(Matsumoto, 1997; Lau and Song, 1997; Wang and Fan, 1999; Zhang et al., 2004; Lü et al., 2006);(4)亞洲夏季風(fēng)在孟加拉灣、中南半島和南海幾乎于 5月第3到第4候同時(shí)爆發(fā)(何金海等,1996;錢永甫等, 2004; He et al., 2006b)。一些研究表明,亞洲夏季風(fēng)最早建立日期及區(qū)域與上層南亞高壓的建立有著密切的關(guān)系(錢永甫等,2004;王黎娟和郭帥宏,2012;Liu et al.,2013)。Liu et al.(2013)的研究表明,在孟加拉灣夏季風(fēng)建立前幾天,上層南亞高壓從海洋上移至中南半島上空,在其西南側(cè)形成輻散場并加強(qiáng)北進(jìn),位于孟加拉灣南部,當(dāng)該高空抽吸作用迭加在低層有效位能制造區(qū)時(shí),使得低層氣旋爆發(fā)性發(fā)展,其上升運(yùn)動(dòng)釋放潛熱進(jìn)一步加強(qiáng)低空輻合,形成一個(gè)正反饋過程,激發(fā)季風(fēng)爆發(fā)渦旋,隨后孟加拉灣夏季風(fēng)爆發(fā)開始。錢永甫等(2004)發(fā)現(xiàn)南亞高壓中心位置與亞洲熱帶夏季風(fēng)爆發(fā)時(shí)間有很好的對應(yīng)關(guān)系,南亞高壓中心跳過20°N時(shí),南海夏季風(fēng)爆發(fā),跳過25°N時(shí),印度夏季風(fēng)在其南部爆發(fā)。王黎娟和郭帥宏(2012)通過對南亞高壓在中南半島上空建立早晚年的合成分析指出,在南亞高壓建立偏早年,孟加拉灣東部、中南半島夏季風(fēng)和南海夏季風(fēng)爆發(fā)早;而在建立偏晚年則相反。由于南亞高壓一直被視為亞洲夏季風(fēng)的子系統(tǒng)之一,而南亞高壓脊線的位置和變動(dòng)與我國主要雨帶的位置和季節(jié)性變化有密切的關(guān)系,它對我國東部雨帶的變動(dòng)具有預(yù)報(bào)指示意義。因此,本文還將側(cè)重分析南亞高壓在中南半島建立過程中亞洲夏季風(fēng)建立情況以及兩者之間的聯(lián)系。
本文使用的資料包括:
NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)再分析資料(NCEP1)日資料(Kalnay et al., 1996),選取的時(shí)間段為 1979~2012年,水平格點(diǎn)分辨率為 2.5°×2.5°(144×73),垂直分層為17層,分別為1000、925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30、20、10 hPa。變量包括水平速度場、位勢高度場、地面氣壓場、溫度場,垂直風(fēng)場。其中垂直風(fēng)場垂直方向上只到100 hPa。另外還包括T62(192×94)高斯網(wǎng)格點(diǎn)下的表面潛熱凈通量,表面感熱凈通量。美國 NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)提供的插值后的向外長波輻射(OLR)(Liebmann and Smith,1996),分辨率為2.5°×2.5°。
Peixdto and Oort(1995)提出大氣環(huán)流的垂直分解方案,將實(shí)際風(fēng)場分解為正壓分量和斜壓分量之和。本文按照他們的分解方案,將150 hPa大氣實(shí)際風(fēng)場分解為Vz和Vx兩部分之和,即:
其中,Vz=uzi+vzj為正壓分量,Vx=uxi+vxj為斜壓分量。
正壓分量:
斜壓分量:
其中,ps和pt分別表示地表氣壓和對流層頂氣壓(取為100 hPa),正壓分量表Vz表示整層平均的風(fēng)場,即對流層中風(fēng)速不隨高度變化的部分,其反映整層大氣運(yùn)動(dòng)的總體趨勢;斜壓分量Vx是150 hPa實(shí)際風(fēng)場和正壓分量Vz的矢量差,近似代表了150 hPa層和平均層之間的斜壓性。海陸熱力差異、對流凝結(jié)加熱、感熱加熱以及太陽輻射等熱力因子與大氣的斜壓性密不可分,因此可以用斜壓分量來表征熱力因子對大氣運(yùn)動(dòng)調(diào)制的作用。
大氣非絕熱加熱狀況目前主要有兩種計(jì)算方法:正算法和倒算法。本文主要是參照Yanai et al.(1973)給出的倒算法來計(jì)算非絕熱加熱,計(jì)算公式如下:
其中,Q1是大氣視熱源,cp為定壓比熱容,T、v、ω和θ分別為氣溫、水平速度矢量、垂直速度和位溫。(4)式右端三項(xiàng)分別為溫度局地變化項(xiàng)、溫度水平平流項(xiàng)和溫度垂直變化項(xiàng)。
為了討論流場隨加熱場變化的關(guān)系,本文利用吳國雄和劉還珠(1999)得到的全型垂直渦度方程,公式如下:其中,(A)、(B)、(C)和(D)分別表示上升運(yùn)動(dòng)、熱源本身、大氣內(nèi)部熱力結(jié)構(gòu)的變化以及摩擦耗散對渦度變化的影響,(E1到 E3)表示非均勻加熱的貢獻(xiàn)。
在不考慮大氣內(nèi)部熱力結(jié)構(gòu)變化、熱源本身、摩擦而僅考慮非均勻加熱作用的假設(shè)下,即不考慮(B)、(C)、(D)項(xiàng)的作用,對上式做尺度分析發(fā)現(xiàn),水平非均勻加熱的影響比垂直非均勻加熱影響小一個(gè)量級,故可不考慮(E2)、(E3)項(xiàng)(吳國雄等,1999)。而大尺度運(yùn)動(dòng)幾乎都是慣性穩(wěn)定和靜力穩(wěn)定的,即(f+ξ)>0, (zθ>0)。在長時(shí)間尺度的演變中,渦度局地項(xiàng)可忽略,東西風(fēng)交界處,平流項(xiàng)很弱。此外垂直運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的渦度量級比非絕熱加熱垂直項(xiàng)的量級小,故(5)式可以簡化為(劉屹岷等,1999)
由(6)式可推斷出:最大加熱中心上方,?Q/?z<0,在β效應(yīng)的作用下最大加熱中心將出現(xiàn)北風(fēng)(v<0),使得氣旋式環(huán)流出現(xiàn)在熱源東側(cè),反氣旋環(huán)流出現(xiàn)在熱源西側(cè);最大加熱中心下方,?Q/?z>0,在β效應(yīng)的作用下最大加熱中心將出現(xiàn)南風(fēng)(v>0),使得氣旋式環(huán)流出現(xiàn)在熱源西側(cè),反氣旋環(huán)流出現(xiàn)在熱源東側(cè)。
我們參考劉伯奇等(2009)定義高壓脊線的方法,將150 hPa上滿足(u= 0,?u/?y>0)條件的緯向風(fēng)定義為南亞高壓脊線。
錢永甫等(2002)指出南亞高壓存在兩個(gè)季節(jié)平衡態(tài);冬季海洋高壓和夏季大陸高壓。冬季南亞高壓中心位于菲律賓東南沿岸附近,在4月以后開始向西北方向移動(dòng),5月移到中南半島,6月跳上高原,7、8月在高原上空最為強(qiáng)盛,9月以后又逐漸沿東南方向撤退到海上。本文主要集中在南亞高壓從冬季模態(tài)向夏季模態(tài)轉(zhuǎn)換過程的研究,因此我們首先定義南亞高壓在中南半島上空建立日期的定義標(biāo)準(zhǔn):結(jié)合150 hPa日平均流場演變特征,赤道太平洋反氣旋中心分裂后西中心移至中南半島上空且閉合,持續(xù)5天以上,之后若閉合中心消失但不能超過一天,閉合中心若東西振蕩、南北移動(dòng)但不超出(3°N~22°N,70°E~135°E)范圍,則將西中心移上中南半島第一天定義為夏季南亞高壓在中南半島上空建立的日期。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn),分析1979~2012年每年4~5月逐日150 hPa流場演變,得到一組南亞高壓在中南半島上空建立的日期,如表1。其中1989、1995、1998年南亞高壓未在中南半島上空建立,而是直接從孟加拉灣北側(cè)向北移上高原南側(cè)最后形成夏季陸地高壓,故在后面的研究中不包括這三年。
表1中南亞高壓在中南半島上空建立的日期平均為4月29日,這比王黎娟和郭帥宏(2012)通過分析氣候平均150 hPa流場的逐候演變得到的4月第5候約晚1候。把每年南亞高壓在中南半島上空建立的時(shí)間定義為 D0,并以此作為標(biāo)準(zhǔn),重新排列各氣象要素的時(shí)間序列,超前滯后D0的時(shí)間分別設(shè)為負(fù)、正天數(shù)。如南亞高壓在中南半島上空建立前5天就定義為D-5,建立之后5天則為D+5。這樣便可得到每年南亞高壓在中南半島上空建立的時(shí)間序列,再把歷年的這種序列以D0為坐標(biāo)原點(diǎn)求氣候平均,即可得到依D-i, ..., D-2, D-1, D0, D+1, D+2, ..., D+i順序排列的序列,后面通過這種序列來研究南亞高壓在中南半島上空建立的過程。所有的變量選取D-90到 D+90來進(jìn)行研究,重組的候資料定義為:D-2到D+2為南亞高壓建立的候即為P 0,D-3到D-7為建立前一候即P-1,D+3到D+7為建立后第一候即P+1,以此類推。本文中選D-30到D+30即南亞高壓在中南半島建立上空前后各 30天的 1979~2012多年平均值作為建立過程的氣候態(tài),在求時(shí)間距平值時(shí)以此氣候態(tài)為基準(zhǔn)。
表1 1979~2012年各年南亞高壓在中南半島上空建立的時(shí)間Table 1 The commencement establishment date of the South Asian high over the Indo-China Peninsula during 1979–2012
圖1給出了從南亞高壓在中南半島上空建立前2候至建立后2候150 hPa流場和位勢高度場的演變過程。在建立前兩候P-2(圖1a),南亞高壓還處于冬季海洋高壓,其中心位于菲律賓東南側(cè)150°E左右,高壓脊線位于10°N附近;14280 gpm(陰影)位于熱帶西太平洋,最西端到達(dá)馬來西亞半島,北側(cè)到達(dá)中南半島南側(cè),14290 gpm分別位于環(huán)流中心的東西兩側(cè),此時(shí)南亞高壓還是處于冬季海洋高壓。建立前一候P-1(圖1b),海洋反氣旋環(huán)流分裂初步為兩個(gè)中心,西中心位于中南半島東南側(cè),東中心仍舊位于菲律賓東南側(cè)洋面,脊線位置變化不大;14280 gpm范圍向西擴(kuò)展到孟加拉灣中部,北端至15°N,14290 gpm范圍覆蓋東、西環(huán)流中心。這與何金海等(2006)的結(jié)果相似,夏季南亞高壓建立開始于海洋反氣旋環(huán)流中心分裂。至建立候P 0(圖1c),西中心移上 至中南半島上空后迅速發(fā)展,高壓脊線北移至14°N,14290 gpm范圍向西發(fā)展幾乎覆蓋整個(gè)孟加拉灣,而東環(huán)流中心減弱東退至150°E。建立后兩候P+1(圖1d)和P+2(圖1e),西中心在中南半島上空顯著加強(qiáng),中南半島南側(cè)上空最先出現(xiàn)14300 gpm,高壓脊線進(jìn)一步北抬,位勢高度場向西向北增強(qiáng);東中心在P+1候東退至160°E,至P+2候已減弱至很弱的平均輻散中心。因此,南亞高壓在中南半島建立的過程實(shí)際上是菲律賓上空分裂的反氣旋環(huán)流中心的西中心加強(qiáng)而東中心減弱東退的過程,這與劉伯奇等(2009)的研究結(jié)果也是一致的。
圖2是參照Peixdto and Oort(1995)給出的大氣環(huán)流垂直分解方法,將150 hPa層次上的流場分解為正壓分量和斜壓分量后的演變過程。正壓分量近似地反應(yīng)了南亞高壓建立過程中整層大氣環(huán)流的平均變化,清晰地反映了副熱帶高壓帶在孟加拉灣上空斷裂的過程。在南亞高壓建立候P 0(圖2c),印度東南側(cè)出現(xiàn)倒槽,倒槽的作用使副熱帶高壓帶在孟加拉灣斷裂;P+1候(圖2d)時(shí)倒槽演變?yōu)闅庑h(huán)流中心即斯里蘭卡低渦;副熱帶高壓斷裂之后,主體向東撤退,這對于亞洲南部夏季風(fēng)建立有重要的作用(He et al., 2006a; Yuan and Chen, 2013)。從圖2f到圖2j中可知,在其建立的前兩候,即P-2,斜壓相對渦度大值中心位于菲律賓以東洋面上; P-1候時(shí),中南半島地區(qū)的斜壓相對渦度增強(qiáng),菲律賓以東洋面減弱;在南亞高壓建立候P 0斜壓渦度大值中心位于中南半島上空,菲律賓以東的斜壓渦度已變得很弱;至P+1和P+2候時(shí),菲律賓以東斜壓相對渦度很弱,而中南半島處進(jìn)一步增強(qiáng),這與西中心逐漸增強(qiáng)和東中心減弱過程相對應(yīng)。同時(shí),斜壓分量流場與150 hPa實(shí)際流場十分相似,說明南亞高壓在中南半島上空建立主要是受熱力因子的作用。
中南半島上空對流活動(dòng)與西中心加強(qiáng)有密切聯(lián)系,秦育婧等(2013)研究南亞高壓重建過程與中南半島上空對流活動(dòng)的關(guān)系發(fā)現(xiàn),南亞高壓建立偏早年,對流從蘇門答臘半島向北推進(jìn)到中南半島上空的時(shí)間偏早,而建立偏晚年則相反。圖3給出了南亞高壓建立過程中沿 10°~17.5°N 平均的散度、垂直速度和緯向環(huán)流的演變過程。由圖3可見,在南亞高壓建立過程中,有兩個(gè)垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū),分別位于印度半島和中南半島。前者上升運(yùn)動(dòng)最高只達(dá)到700 hPa左右,而后者可達(dá)到100 hPa。在南亞高壓建立前兩候 P-2、P-1(圖3a、b),中南半島處上升運(yùn)動(dòng)較弱,其上空為西風(fēng)控制,上層輻散較弱,東孟加拉灣上升運(yùn)動(dòng)較弱,該地區(qū)夏季風(fēng)對流尚未開始。在P 0(圖3c)時(shí),由于中南半島上空對流活動(dòng)增強(qiáng),使得垂直上升運(yùn)動(dòng)變強(qiáng),高層輻散低層輻合增強(qiáng),同時(shí)其上空由西風(fēng)轉(zhuǎn)為東
風(fēng),預(yù)示著中南半島地區(qū)夏季風(fēng)開始建立,南亞高壓在中南半島上空完全建立,雖然東孟加拉灣出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng),但其上空依舊受弱西風(fēng)控制。P+1(圖3d)候,東孟加拉灣—中南半島上空為強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)控制,上層輻散進(jìn)一步增強(qiáng),東風(fēng)增強(qiáng),對應(yīng)著南亞高壓在中南半島增強(qiáng),東孟加拉灣上空由弱西風(fēng)轉(zhuǎn)為弱東風(fēng),預(yù)示著東孟加拉灣夏季風(fēng)開始建立。到 P+2時(shí),東孟加拉灣上空由強(qiáng)東風(fēng)控制,東孟加拉灣夏季風(fēng)完全建立。在南亞高壓建立過程中,西孟加拉灣一直受下沉運(yùn)動(dòng)控制,表征此處夏季風(fēng)尚未開始建立。這種垂直運(yùn)動(dòng)、輻合輻散分布可能與不同的加熱有關(guān)。如圖3,在印度半島,
上升運(yùn)動(dòng)只能到達(dá) 700 hPa,這是因?yàn)樵搮^(qū)在南亞高壓建立過程中主要受到印度半島表面的感熱加熱作用,而中南半島上空上升運(yùn)動(dòng)能夠達(dá)到平流層低層主要是由于該區(qū)受到對流凝結(jié)潛熱釋放加熱作用。南亞高壓是暖高壓且其中心具有趨向于熱源發(fā)展的特征即趨熱性(Qian et al., 2002),中南半島上空的非絕熱加熱作用與南亞高壓由冬季海洋高壓發(fā)展為夏季大陸高壓有著密不可分的聯(lián)系,因此下面我們進(jìn)一步來分析南亞高壓建立過程中非絕熱加熱的作用。
圖1 南亞高壓建立過程中150 hPa流場和位勢高度場的候平均演變,(a–e)表示P-2到P+2。圖中P 0表示南亞高壓建立的候,P-1、P+1分別表示超前和滯后1候,虛線代表南亞高壓脊線;填色代表位勢高度,單位:gpmFig. 1 Pentad mean evolution of the composite streamline field and geopotential height (shaded, units: gpm) at 150 hPa during the establishment of South Asia High (SAH): (a–e) P-2 to P+2 Here P 0 represents the onset pentad, and P-1and P+1 denote the pentadsprior to and after the establishment pentad,respectively. Dashed line: the ridge line of SAH
圖2 南亞高壓在中南半島上空建立過程中150 hPa流場的(a–e)正壓分量和(f–j)斜壓分量的候平均演變。(f–j)中的陰影表示斜壓渦度(單位:s-1)Fig. 2 The evolution of 150-hPa (a–e) barotropic mode (units: m s-1) and (f–j) baroclinic mode (units: m s-1) during the process of SAH establishment. (a, f)P-2; (b, g) P-1; (c, h) P 0; (d, i) P+1; (e, j) P+2. (f–j) Shading: baroclinic vorticity (units: s-1)
圖3 南亞高壓在中南半島上空建立各候沿10°N~17.5°N平均的散度(填色,單位:10-6 s-1)、垂直速度(等值線,單位:10-3 Pa s-1)和緯向環(huán)流(矢量)分布:(a)P-2;(b)P-1;(c)P 0;(d)P+1;(e)P+2Fig. 3 Distribution of divergence (shaded, units: 10-6 s-1), vertical velocity (contours, units: 10-3 Pa s-1), and zonal circulation (vectors) averaged over 10°–17.5°N during the establishment commencemen of SAH above the Indo-China Peninsular: (a–e) P-2 to P+2
由于南亞高壓在中南半島上空的建立過程和中南半島上空非絕熱加熱作用的變化密切相關(guān)(劉伯奇等,2009),我們首先分析南亞高壓建立前后該區(qū)上空非絕熱加熱和位勢高度異常的演變特征(見圖4)。從圖4a可見,南亞高壓在中南半島上空建立前四候,105°E以東存在一個(gè)較弱的非絕熱加熱中心,加熱中心上空為位勢高度距平負(fù)值區(qū),下層則為位勢高度正值區(qū),這樣的位勢高度距平值分布表明在半島上空更易形成低壓,而下層易形成高壓;從高壓建立前三候到建立前二候(圖4b和c),半島上空加熱中心范圍逐漸變寬,強(qiáng)度逐漸加強(qiáng),上空位勢高度異常負(fù)值在建立前二候(圖4c)略有減弱,且向西移動(dòng),低層的正值也略有減弱;南亞高壓建立前一候,在400~500 hPa層上出現(xiàn)3 K d-1的加熱中心,由位勢傾向方程中非絕熱加熱隨高度的變化項(xiàng)的作用可知,當(dāng)非絕熱加熱隨高度增加,等壓面高度將降低,反之,當(dāng)非絕熱加熱隨高度減小時(shí),等壓面將升高(朱乾根等,2007),因此,在高壓建立前一候,在最大非絕熱加熱中心的上空,非絕熱加熱隨高度減小,等壓面將升高,而其下空非絕熱加熱隨高度增強(qiáng),等壓面將降低,這導(dǎo)致中南半島上空高、低層的位勢高度異常均減弱(圖4d),南亞高壓建立候(圖4e),高(低)空位勢高度負(fù)(正)異常減弱;南亞高壓建立后一候(圖4f),半島上空加熱中心加強(qiáng),半島上空高層變?yōu)槲粍莞叨日惓?,下層為弱?fù)異常,表明高壓在中南半島上空加強(qiáng),這顯然與非絕熱加熱的增強(qiáng)有關(guān);南亞高壓在中南半島上空建立后(圖4f–h),非絕熱加熱中心持續(xù)增強(qiáng),且加熱范圍向西方向擴(kuò)展,使得上層位勢高度正異常增強(qiáng)且略向西移動(dòng),最大值中心位于 150 hPa。比較可以發(fā)現(xiàn)圖4a和圖4h中的位勢高度異常分布幾乎接近反位相,而中南半島上空持續(xù)加強(qiáng)的非絕熱中心在該過程中起到關(guān)鍵作用。
劉屹岷等(1999)在研究凝結(jié)潛熱加熱對副熱帶高壓作用時(shí)得出,在最大加熱中心上方有?Q/?z<0,在β效效應(yīng)的作用下最大加熱中心將出現(xiàn)北風(fēng)v<0,使得氣旋式環(huán)流出現(xiàn)在熱源東側(cè),反氣旋環(huán)流出現(xiàn)在熱源西側(cè);最大加熱中心下方有?Q/?z>0,在β效應(yīng)的作用下最大加熱中心將出現(xiàn)南風(fēng)v>0,使得氣旋式環(huán)流出現(xiàn)在熱源西側(cè),反氣旋環(huán)流出現(xiàn)在熱源東側(cè)。由圖4可見,南亞高壓在中南半島上空建立的過程中,半島上空存在持續(xù)加強(qiáng)的非絕熱加熱中心。在加熱中心上空,加熱強(qiáng)度隨高度而減弱;下空則相反。下面來看高低層流場對熱源分布的響應(yīng),圖5a–e為南亞高壓建立過程中150 hPa流場異常的演變,圖5f–j為 850 hPa的演變。南亞高壓建立前兩候(圖5a),半島上空為偏南風(fēng),西北側(cè)為氣旋式環(huán)流,其中心位于高原南側(cè),半島東側(cè)為高壓脊,其中心位于菲律賓以東洋面;同候的低空(圖5f),半島上空為偏北風(fēng),半島西側(cè)為反氣旋式環(huán)流,其中心位于孟加拉灣東岸;半島東側(cè)為氣旋式環(huán)流,其中心位于菲律賓東南側(cè)洋面上。建立前一候(圖5b),半島上空偏南風(fēng)減弱,西側(cè)氣旋式環(huán)流略像東北移動(dòng),東側(cè)高壓脊減弱;同候低空(圖5g),半島上空仍為偏北風(fēng),西側(cè)反氣旋式環(huán)流,東側(cè)氣旋式環(huán)流。南亞高壓建立候(圖5c),半島高空偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng),西北側(cè)形成反氣旋式環(huán)流,高原西南側(cè)為氣旋式環(huán)流,東側(cè)形成氣旋式環(huán)流;同候低空(圖5h),半島上空變?yōu)槠巷L(fēng),西側(cè)為氣旋式環(huán)流,東側(cè)變?yōu)榈筒蹍^(qū)。南亞高壓建立后兩候(圖5d、e),半島上空盛行偏北風(fēng),西側(cè)為反氣旋式環(huán)流,東側(cè)為氣旋式環(huán)流;同候低空(圖5i、j),半島上空盛行偏南風(fēng),西側(cè)為氣旋式環(huán)流,東側(cè)變?yōu)榉礆庑江h(huán)流。因此,中南半島附近的潛熱凝結(jié)加熱作用使南亞高壓在半島上空建立后加強(qiáng)并穩(wěn)定,相應(yīng)的流場分布有利于低空孟加拉灣季風(fēng)低渦的產(chǎn)生和夏季偏南風(fēng)的生成。
南亞高壓是夏季北半球100 hPa層次上最強(qiáng)的環(huán)流系統(tǒng),一直被視為亞洲夏季風(fēng)的重要組成系統(tǒng)之一,南亞高壓中心北跳甚至可以用來指示夏季風(fēng)的爆發(fā)日期。錢永甫等(2004)將南亞高壓中心越過20°N和25°N的時(shí)間分別作為南海爆發(fā)和印度季風(fēng)建立的平均日期。那么南亞高壓在中南半島上空建立的整個(gè)過程與亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)過程有怎樣的關(guān)系呢?
圖4 沿10°N~20°N平均的大氣視熱源Q1(陰影,單位:K d-1)和位勢高度距平(P-6到P+5多年候平均值為氣候態(tài))緯向偏差(等值線,單位:gpm)在南亞高壓建立前后的候平均演變;(a–h) 分別代表P-4到P+3Fig. 4 The evolution of the atmospheric apparent heat source Q1 (shading, units: K d-1), the geopotential height zonal deviation anomaly (contours, units:gpm) averaged over 10°–17.5°N during the process of the SAH esrablishment. (a–h) represents P-4 to P+3, respectively
圖6給出了南亞高壓在中南半島上空建立過程中(10°N~17.5°N,850 hPa)平均風(fēng)場和對外長波輻射(OLR)的演變。He et al.(2006)用OLR≤240 W m-2作為表征對流活動(dòng)活躍的指標(biāo),由圖6可見,南亞高壓在中南半島上空建立前 15天,中南半島東南側(cè)首先出現(xiàn)OLR≤240 W m-2,即中南半島東南側(cè)首先出現(xiàn)對流活動(dòng),此時(shí)半島東南側(cè)盛行偏南風(fēng),南海和菲律賓一帶為偏東風(fēng);而中南半島西部,孟加拉灣和印度東部地區(qū)風(fēng)速很小,印度半島至阿拉伯海東部主體是偏東北氣流。這種形式一直保持到南亞高壓在中南半島上空建立。中南半島的對流活動(dòng)在高壓建立前7天開始向東、西擴(kuò)展,在建立前5天對流活動(dòng)覆蓋中南半島,且對流活動(dòng)強(qiáng)度也在D-5天增強(qiáng)到OLR≤230 W m-2。伴隨對流活動(dòng)發(fā)展,D0天,中南半島地區(qū)弱西南風(fēng)最先增強(qiáng),且對流活動(dòng)進(jìn)一步擴(kuò)大并增強(qiáng),可視為中南半島夏季風(fēng)開始。接著強(qiáng)對流活動(dòng)向西伸至孟加拉灣東岸,隨著對流活動(dòng)西擴(kuò),該區(qū)的西南風(fēng)也相應(yīng)發(fā)展;D+5天,東孟加拉灣對流活躍且西南風(fēng)增強(qiáng),可認(rèn)為東孟加拉灣夏季風(fēng)在高壓建立后5天開始建立;D+5到D+15天,中南半島和東孟加拉灣的對流活動(dòng)增強(qiáng),西南風(fēng)顯著增強(qiáng),該地區(qū)的夏季風(fēng)完全建立。而在這一時(shí)間段,南海地區(qū)由偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東南風(fēng),菲律賓地區(qū)依舊是東風(fēng)帶;孟加拉灣西部、印度半島和阿拉伯半島東部由偏東北氣流轉(zhuǎn)為盛行強(qiáng)偏西北氣流。D+15天后,南海地區(qū)對流活動(dòng)開始發(fā)展,但還是由東南風(fēng)控制;D+20天,南海出現(xiàn)西南風(fēng),對流活動(dòng)增強(qiáng),南海夏季風(fēng)開始,菲律賓地區(qū)也從東風(fēng)帶轉(zhuǎn)變?yōu)槠巷L(fēng)且對流活動(dòng)活躍,標(biāo)志著該地區(qū)的夏季風(fēng)開始建立。D+20到D+30天,90°E以東的地區(qū)對流活動(dòng)和西南風(fēng)持續(xù)增強(qiáng),表明在該時(shí)段中南半島、孟加拉灣東岸、南海、菲律賓夏季風(fēng)都已完全建立;而 90°E以西地區(qū),對流活動(dòng)尚未建立,依舊受偏西北風(fēng)控制,但北風(fēng)逐漸減弱。D+32天,90°E以西對流活動(dòng)突然變強(qiáng),北風(fēng)分量大大減弱,主要受強(qiáng)西風(fēng)的控制,表明南亞高壓在中南半島上空建立后 32天左右,西孟加拉灣、印度半島及阿拉伯海東部夏季風(fēng)建立。因此,中南半島夏季風(fēng)建立可視為亞洲夏季風(fēng)開始建立的起點(diǎn),而南亞高壓在中南半島上空建立又可視為中南半島夏季風(fēng)開始建立的起點(diǎn),南亞高壓在中南半島上空的建立對亞洲夏季風(fēng)建立有很好的指示意義。
圖5 風(fēng)場(u, v) 平均距平(單位:m s-1)(P-6 到P+5多年侯平均值為氣候態(tài))在南亞高壓建立前后的演變:(a-e)150 hPa流場;(h-j)850 hPa流場?!癆”,“C”分別表示氣旋、反氣旋環(huán)流中心;箭頭表示盛行風(fēng)向。Fig. 5 The pretend evolution of the anomalies of the atmospheric wind field (u, v; units: m s-1) during the process of the SAH establishment: (a-e) 150 hPa,(h-j) 850 hPa. “A”, “C” denotes the anticylonic, cyclonic circulation center. And the black vectors denotes the prevailing wind direction.
圖6 沿10°~17.5°N平均的對外長波輻射(OLR)(陰影,單位:W m-2)、850 hPa水平環(huán)流(u, v;矢量,單位:m s-1)的時(shí)間—經(jīng)度剖面圖Fig. 6 The time–longitude cross sections of the Outgoing Longwave Radiation (OLR) (shading, units: W m-2) and the horizontal circulation (u, v; vector,units: m s-1) averaged over 10°N–17.5°N.
圖7進(jìn)一步給出南亞高壓在中南半島上空建立前后850 hPa風(fēng)場以及OLR的逐候演變,以便更清楚地分析南亞高壓在半島上空建立過程中夏季風(fēng)爆發(fā)情況。P-5到P-4候(圖7a–b),三個(gè)強(qiáng)對流中心分別位于蘇門答臘半島、加里曼丹島和新幾內(nèi)亞島北側(cè),且蘇門答臘半島西側(cè)的對流活動(dòng)向西
擴(kuò)展;20°N一帶為副熱帶高壓帶控制;中東印度洋出現(xiàn)一對氣旋對,分別坐落于赤道兩側(cè),氣旋對產(chǎn)生的偏西氣流和西太平洋副熱帶高壓南支偏東氣流輻合于蘇門答臘半島地區(qū)。P-2到P-1候(圖7c-d),中南半島上空對流活動(dòng)開始增強(qiáng),范圍覆蓋半島東南角;同時(shí)赤道北側(cè)的氣旋中心向北移動(dòng)。P 0候(圖7e),北移的氣旋在孟加拉灣北側(cè)與該地區(qū)的西風(fēng)氣流一起形成孟加拉灣低槽,赤道南側(cè)氣旋環(huán)流中心增強(qiáng),北支槽和南側(cè)氣旋形成的西風(fēng)明顯增強(qiáng),阿拉伯海反氣旋環(huán)流明顯減弱,副熱帶高壓帶在孟加拉灣斷裂;并且由于孟加拉灣低槽建立,其槽后的偏西南氣流于P 0候首先在中南半島南側(cè)增強(qiáng),此時(shí)中南半島對流活動(dòng)強(qiáng),表明南亞高壓在中南半島上空建立候即是中南半島夏季風(fēng)的建立候。P+1候(圖7f),孟加拉灣槽增強(qiáng),孟加拉灣東部西南風(fēng)增強(qiáng),對流活動(dòng)強(qiáng)盛,表明孟加拉灣東部夏季風(fēng)開始建立;同時(shí)中南半島上空西南風(fēng)顯著增強(qiáng),蘇門答臘半島的強(qiáng)對流活動(dòng)中心北移。P+2候(圖7g),孟加拉灣槽變得很強(qiáng),中南半島和孟加拉灣東部夏季風(fēng)完全建立,索馬里越赤道氣流也增強(qiáng),西太平洋副熱帶高壓開始東退。P+3候(圖略),蘇門答臘半島強(qiáng)對流活動(dòng)中心北移至中南半島上空,南海南部地區(qū)由東南風(fēng)發(fā)展為西南風(fēng),強(qiáng)對流活動(dòng)開始出現(xiàn);西太平洋副熱帶高壓東退至菲律賓以東,菲律賓受強(qiáng)對流活動(dòng)控制,且受副高西側(cè)的偏南風(fēng)控制。P+4候(圖7h),西太平洋副熱帶高壓東退至 140°E,強(qiáng)對流活動(dòng)和強(qiáng)西南季風(fēng)覆蓋南海和菲律賓地區(qū),表明該地區(qū)的夏季風(fēng)開始建立并于P+5候完全建立。P+6候(圖7i)索馬里越赤道氣流變得很強(qiáng),孟加拉灣西部、中印半島南部和阿拉伯海東部被強(qiáng)對流活動(dòng)控制,并且北風(fēng)分量減弱而盛行強(qiáng)西風(fēng),表明這些地區(qū)夏季風(fēng)在這一候開始建立;至P+8候(圖7j)則完全建立。因此,由上述過程可見,南亞高壓在中南半島上空建立可視為整個(gè)亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)的開始。
圖7 OLR (陰影:OLR≤ 240 W m-2)和850 hPa風(fēng)場(矢量,單位:m s-1)的候平均演變。(a–j)分別表示P-5、P-4、P-2、P-1、P 0、P+1、P+2、P+4、P+6、P+8Fig. 7 The pentad evolution of OLR (shading: OLR≤240 W m-2) and the wind field (vector, units: m s-1) at 850 hPa. (a–j) represent P-5, P-4, P-2, P-1,P 0, P+1, P+2, P+4, P+6, P+8, respectively
圖8分別給出了印度半島、東西孟加拉灣、中南半島、南海和菲律賓區(qū)域的緯向風(fēng)垂直切變和500~200 hPa經(jīng)向溫度梯度的演變。從圖8a可見,緯向風(fēng)垂直切變在中南半島、孟加拉灣東幾乎同時(shí)轉(zhuǎn)向,比南海地區(qū)早,這與上述的孟加拉灣槽發(fā)展后西南風(fēng)向東伸展至南海導(dǎo)致南海夏季風(fēng)爆發(fā)的結(jié)論一致。南亞高壓移上中南半島上空時(shí),中南半島和孟加拉灣東的緯向風(fēng)切變迅速發(fā)生轉(zhuǎn)向,之后大約3候左右,南海地區(qū)緯向風(fēng)切變轉(zhuǎn)向。表明南亞高壓移上中南半島有利于中南半島和孟加拉灣東緯向風(fēng)切變轉(zhuǎn)變,因?yàn)楫?dāng)高壓移上半島時(shí),半島及鄰近地區(qū)在高空受到反氣旋環(huán)流的控制,反氣旋環(huán)流的抽吸作用加強(qiáng)下層氣流的輻合上升,下層風(fēng)場(見圖7e)由之前處于副熱帶高壓南側(cè)偏東氣流和偏東南氣流控制轉(zhuǎn)變?yōu)槠鳉饬骱推髂蠚饬鳎欢蠈釉谥心习雿u上空建立前,半島上空主要是受西太平洋反氣旋環(huán)流北側(cè)的強(qiáng)西風(fēng)氣流控制(圖1a和b),此階段高低空緯向風(fēng)切變處于負(fù)值;高壓建立之后,中南半島地區(qū)上層受反氣旋環(huán)流中心的控制(圖1c),北側(cè)受西風(fēng)控制南側(cè)受東風(fēng)控制,區(qū)域平均后幾乎為零,而低層風(fēng)場受偏西南風(fēng)控制(圖7e),高低空緯向風(fēng)切變由負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎?。因此,南亞高壓在中南半島上空建立的過程對于緯向風(fēng)切變轉(zhuǎn)向過程起到關(guān)鍵的作用。圖8b中,500~200 hPa經(jīng)向溫度梯度首先在中南半島發(fā)生轉(zhuǎn)向,然后在東孟加拉灣、南海、西孟加拉灣轉(zhuǎn)向,最后在印度半島和菲律賓島地區(qū)轉(zhuǎn)向,南北經(jīng)向溫度梯度轉(zhuǎn)向也能很好地表征夏季風(fēng)爆發(fā)的過程。
圖9分別給出中南半島和印度半島區(qū)域感熱和潛熱凈通量在南亞高壓建立前后的變化特征。南亞高壓在中南半島上空建立D-30天以前,中南半島地區(qū)(圖9a)感熱凈通量比潛熱凈通量強(qiáng),潛熱凈通量呈增強(qiáng)趨勢,而感熱凈通量在D-30天以后開始減弱,并在D-20天潛熱凈通量開始強(qiáng)于感熱凈通量,之后潛熱凈通量快速增強(qiáng),感熱凈通量迅速減弱;印度半島地區(qū)(圖9b)感熱凈通量在高壓建立前呈上升趨勢且保持較大值,潛熱凈通量值較小,到高壓建立后 20天左右,感熱凈通量開始減弱,潛熱凈通量開始增強(qiáng)。中南半島和印度半島感熱潛熱變化差異對于孟加拉灣槽的建立有很重要的作用。吳國雄等(1999)在研究非絕熱加熱對副熱帶反氣旋的影響時(shí)指出,對于時(shí)間尺度較長的系統(tǒng),在中、低對流層,感熱加熱東側(cè)、潛熱加熱西側(cè)有益于產(chǎn)生氣旋式環(huán)流,反氣旋環(huán)流傾向于產(chǎn)生在感熱加熱西側(cè),潛熱加熱東側(cè)。南亞高壓在中南半島建立D-30天以前,中南半島、印度半島地區(qū)主要是感熱加熱作用,印度半島東側(cè)有利于在孟加拉灣地區(qū)產(chǎn)生氣旋式環(huán)流,中南半島西側(cè)有利于在孟加拉灣地區(qū)產(chǎn)生反氣旋式環(huán)流,兩者有相互抵消的趨勢。南亞高壓在中南半島上空建立之后,中南半島潛熱凈通量已經(jīng)增加到110 W m-2,而此時(shí)感熱凈通量只有40 W m-2,中南半島上空主要為潛熱加熱作用,在其西側(cè)有利于產(chǎn)生氣旋式環(huán)流,隨著潛熱的不斷增強(qiáng),氣旋環(huán)流也增強(qiáng),而印度半島地區(qū)仍主要受感熱加熱作用控制,它們共同作用使低槽在孟加拉灣地區(qū)形成,從而使亞洲南部夏季風(fēng)開始建立。
圖8 10°N~20°N(a)緯向風(fēng)切變(u850 hPa-u200 hPa;單位:m s-1)和(b)500~200 hPa 經(jīng)向溫度梯度 T(5°S~5°N)-T(15°N~25°N)(單位:°C)在南亞高壓建立前后的演變,其中區(qū)域平均分別取印度半島(IP;70°E~80°E,橙色)、西孟加拉灣(WBOB;80°E~90°E,棕色)、東孟加拉灣(EBOB;90°E~100°E,紅色)、中南半島(ICP;100°E~110°E,藍(lán)色)、南海(SCS;110°E~120°E,紫色)和菲律賓(PH;120°E~130°E,綠色)Fig. 8 The evolution of (a) the meridional temperature gradient (units: °C) (the regional average over 5°S–5°N minus that over 20°N–30°N) at 500 hPa level,and (b) the vertical shear of zonal wind (850 hPa minus 200 hPa, units: m s–1). The regions are selected as the Indian Peninsula (IP; 10°N–20°N, 70°E–80°E;orange line), the western Bay of Bengal (WBOB; 10°N–20°N, 80°E–90°E; brown line), the eastern Bay of Bengal (EBOB; 10°N–20°N, 90°E–100°E; red line),the Indo-China Peninsular (ICP; 10°N–20°N, 100°E–110°E; blue line), the South China Sea (SCS; 10°N–20°N, 110°E–120°E; purple line), and the Philippines Islands (PH; 10°N–20°N,120°E–130°E; green line), respectively
圖9 表面感熱(SH,實(shí)線,單位:W m-2)、潛熱凈通量(LH,虛線,單位:W m-2)在南亞高壓建立前后的演變:(a)中南半島(ICP;15°N~22.5°N,95°E~105°E)區(qū)域平均;(b)印度半島(IP;15°N~22.5°N,75°E~85°E)區(qū)域平均Fig. 9 Evolution of the net fluxes of surface sensible heat (SH) and latent heat (LH) averaged over (a) the Indo-China Peninsular (ICP; 15°–22.5°N,95°–105°E) and (b) the Indian Peninsula (IP; 15°–22.5°N, 75°–85°E)
綜上,南亞高壓在中南半島上空建立后,中南半島地區(qū)的夏季風(fēng)最先建立,幾天后孟加拉灣東夏季風(fēng)建立,大約 20天后南海、菲律賓地區(qū)夏季風(fēng)建立,大約一個(gè)月之后孟加拉灣西、印度半島和阿拉伯海東夏季風(fēng)開始建立。因此,南亞高壓在中南半島上空建立對亞洲夏季風(fēng)的建立有很好的指示意義。
本文利用NCEP/NCAR再分析資料,首先討論了如何定義南亞高壓在中南半島上空建立日期,結(jié)合150 hPa日平均流場演變特征,如果赤道太平洋反氣旋中心分裂后西中心移至中南半島上空且閉合,持續(xù)5天以上,之后若閉合中心消失但不能超過一天,閉合中心若東西振蕩、南北移動(dòng)但不超出(3°N~22°N,70°E~135°E)范圍,則將西中心移上中南半島第一天定義為夏季南亞高壓在中南半島上空建立的日期。氣候平均來講南亞高壓在中南半島上空建立的日期為4月29日,在此基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步以南亞高壓建立日期為基點(diǎn)合成分析了南亞高壓建立前后大氣環(huán)流和非絕熱加熱的演變,來研究南亞高壓在中南半島上空建立的過程及其成因。結(jié)果表明,南亞高壓建立的過程始于菲律賓以東沿岸的反氣旋環(huán)流中心分裂,西中心移至中南半島上空并增強(qiáng);在南亞高壓建立過程中,中南半島上空持續(xù)增強(qiáng)的非絕熱加熱中心對西中心移上半島并不斷增強(qiáng)有重要的作用。之前的研究大都從氣候態(tài)或季風(fēng)爆發(fā)的角度來研究,我們的研究是現(xiàn)有研究的補(bǔ)充,并更清晰地展現(xiàn)出南亞高壓建立的過程及其與中南半島上空非絕熱加熱的關(guān)系。
進(jìn)一步的研究還揭示出南亞高壓在中南半島上空的建立與亞洲夏季風(fēng)建立的關(guān)系。結(jié)果表明,南亞高壓在中南半島上空建立時(shí),中南半島夏季風(fēng)開始建立,這也是亞洲夏季風(fēng)最先建立的地區(qū)。南亞高壓在中南半島上空建立不久后,東孟加拉灣夏季風(fēng)開始建立;南亞高壓建立大約20天后,南海和菲律賓夏季風(fēng)建立;大約一個(gè)月后,西孟加拉灣、印度半島和東阿拉伯海的夏季風(fēng)建立。因此,南亞高壓在中南半島上空的建立可視為亞洲夏季風(fēng)開始建立的起點(diǎn),其對亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)有很好的指示意義。
(References)
何金海, 朱乾根, Murakami M. 1996. TBB 資料揭示的亞澳季風(fēng)區(qū)季節(jié)轉(zhuǎn)換及亞洲夏季風(fēng)建立的特征 [J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 12 (1): 34–42. He Jinhai, Zhu Qian’gen, Murakami M. 1996. The seasonal transition of Asian–Australian monsoon and the onset feature of the Asia summer monsoon by TBB data [J]. Journal of Tropical Meteorology (in Chinese),12 (1): 34–42.
He J H, Wen M, Wang L J, et al. 2006a. Characteristics of the onset of the Asian summer monsoon and the importance of Asian–Australian “l(fā)and bridge” [J]. Adv. Atmos. Sci., 23 (6): 951–963.
He J H, Wen M, Ding Y H, et al. 2007. Possible mechanism of the effect of convection over Asian–Australian “l(fā)and bridge” on the East Asian summer monsoon onset [J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 49(11): 1223–1232.
黃榮輝, 陳文, 丁一匯, 等. 2003. 關(guān)于季風(fēng)動(dòng)力學(xué)以及季風(fēng)與ENSO循環(huán)相互作用的研究 [J]. 大氣科學(xué), 27 (4): 484–502. Huang Ronghui,Chen Wen, Ding Yihui, et al. 2003. Research on the dynamics of monsoon and the interaction between monsoon and ENSO cycle [J].Chinese Journal of Atmospheric Science (in Chinese), 27 (4): 484–502.
Huang R H, Zhou L T, Chen W. 2003. The progresses of recent studies on the variabilities of the East Asian monsoon and their causes [J]. Adv.Atmos. Sci.,20 (1): 55–69.
Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, et al. 1996. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77 (3): 437–471.
Lü J M, Zhang Q Y, Tao S Y, et al. 2006. The onset and advance of the Asian summer monsoon [J]. Chinese Science Bulletin, 51 (1): 80–88.
Lau K M, Song Yang. 1997. Climatology and interannual variability of the Southeast Asian summer monsoon [J]. Advances in Atmospheric Sciences,14 (2): 141–162.
Liebmann B, Smith C A. 1996. Description of a complete (interpolated)outgoing long-wave radiation dataset [J]. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77:1275–1277.
劉屹岷, 吳國雄, 劉輝, 等. 1999. 空間非均勻加熱對副熱帶高壓形成和變異的影響 III:凝結(jié)潛熱加熱與南亞高壓及西太平洋副高 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 57 (5): 525–538. Liu Yiming,Wu Guoxiong, Liu Hui, et al.1999. The effect of spatially non-uniform heating on the formation and variation of subtropical high. Part Ⅲ: Condensation heating and South Asia high and western Pacific subtropical high [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese). 57 (5): 525–538.
劉伯奇, 何金海, 王黎娟. 2009. 4~5月南亞高壓在中南半島上空建立過程特征及其可能機(jī)制 [J]. 大氣科學(xué), 33 (6): 1319–1332. Liu Boqi,He Jinhai, Wang Lijuan. 2009. Characteristics of the South Asia high establishment processes above the Indo-China Peninsula from April to May and their possible mechanism [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 33 (6): 1319–1332.
Liu B Q, He J H, Wang L J. 2012. On a possible mechanism for southern Asian convection influencing the South Asia high establishment during winter to summer transition [J]. Journal of Tropical Meteorology, 18 (4):473–484.
Liu B Q, Wu G X, Mao J Y, et al. 2013. Genesis of the South Asia high and its impact on the Asian summer monsoon onset [J]. J. Climate, 26:2976–2991.
羅四維, 錢正安, 王謙謙. 1982. 夏季 100 毫巴青藏高壓與我國東部旱澇關(guān)系的天氣氣候研究 [J]. 高原氣象, 1 (2): 1–10. Luo Siwei, QianZhengan, Wang Qianqian. 1982. The climatical synoptical study about the relation between the Qinghai–Xizang high pressure on the 100-mb surface and the flood and drought in East China in summer [J]. Plateau Meteorology (in Chinese). 1 (2): 1–10.
Mason R B, Anderson C E. 1963. The development and decay of the 100-mb summertime anticyclone over southern Asia [J]. Mon. Wea. Rev.,91 (1): 3–12.
Matsumoto J. 1997. Seasonal transition of summer rainy season over Indochina and adjacent monsoon region [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 14 (2): 231–245.
Peixdto J P, Oort A H. 1995. Physics of Climate [M]. New York:Springer-Verlag, 47–50.
Qian Y F, Zhang Q, Yao Y H, et al. 2002. Seasonal variation and heat preference of the South Asia high [J]. Adv. Atmos. Sci., 19 (5): 821–836.
錢永甫, 張瓊, 張學(xué)洪. 2002. 南亞高壓與我國盛夏氣候異常 [J]. 南京大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 38 (3): 295–307. Qian Yongfu, Zhang Qiong,Zhang Xuehong. 2002. The South Asia high and its effects on China’s mid-summer climate abnormality [J]. Journal of Nanjing University:Natural Science (in Chinese). 38 (3): 295–307.
錢永甫, 江靜, 張艷, 等. 2004. 亞洲熱帶夏季風(fēng)的首發(fā)地區(qū)和機(jī)理研究[J]. 氣象學(xué)報(bào), 6 2(2): 129–139. Qian Yongfu, Jiang Jing, Zhang Yan, et al. 2004. The earliest onset areas and mechanism of the tropical Asian summer monsoon [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 62 (2):129–139.
秦育婧, 王黎娟, 何金海, 等. 2013. 4~5月南亞高壓重建過程與中南半島對流活動(dòng)的關(guān)系 [J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 29 (1): 115–121. Qin Yujing,Wang Lijuan, He Jinhai, et al. 2013. The relationship between the reconstruction process of the South Aisa high from April to May and the convection activity over Indo-China Peninsula [J]. Journal of Tropical Meteorology (in Chinese), 29 (1): 115–121.
陶詩言, 朱??? 1964. 夏季亞洲南部 100毫巴流型的變化及其與西太平洋副熱帶高壓進(jìn)退的關(guān)系 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 34 (4): 385–396. Tao Shiyan, Zhu Fukang. 1964. Relationship between variability of the flow at 100 hPa level in southern Asia and advance or retreating of western Pacific subtropical high [J]. Acta Meteorologica Sinica ( in Chinese), 34(4): 385–395.
Tao S Y, Chen L X. 1987. A review of recent research on the East Asian summer monsoon in China [M]// Chang C P, Krishnamurlti T N.Monsoon Meteorology. Oxford: Oxford University Press, 60–92.
Wang B, Zen F. 1999. Choice of South Asian summer monsoon indices [J].Bull. Amer. Meteor. Soc., 80 (4): 629–638.
王黎娟, 郭帥宏. 2012. 4~5月南亞高壓在中南半島上空建立的年際變化特征及其與亞洲南部夏季風(fēng)的關(guān)系. 大氣科學(xué)學(xué)報(bào), 35 (1): 10–23.Wang Lijuan and Guo Shuaihong. 2012. Interannual variability of the South-Asian high establishment over the Indo-China Peninsula from Apri to May and its rekation to southern Asian summer monsoon [J].Transactions of Atmospheric Sciences (in Chinese), 35 (1): 10–23.
魏維, 張人禾, 溫敏. 2012. 南亞高壓的南北偏移與我國夏季降水的關(guān)系 [J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 23 (6): 650–659. Wei Wei, Zhang Renhe, Wen Min. 2012. Meridional variation of South Asia high and its relationship with the summer precipitation over China [J]. Journal of Applied Meteorological Science (in Chinese), 23 (6): 650–659.
吳國雄, 劉還珠. 1999. 全型垂直渦度傾向方程和傾斜渦度發(fā)展 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 57 (1): 1–15. Wu Guoxiong and Liu Huanzhu. 1999. Complete form of vertical vorticity tendency equation and slantwise vorticity development [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 57 (1): 1–15.
吳國雄, 劉屹岷, 劉平. 1999. 空間非均勻加熱對副熱帶高壓帶形成和變異的影響 I: 尺度分析 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 57 (3): 257–263. Wu Guoxiong, Liu Yiming, Liu Ping. 1999. The effect of spatially non-uniform heating on the formation and variation of subtropical high. I:Scale analysis [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 57 (3): 257–263.
Yanai M, Esbensen S, Chu J H. 1973. Determination of bulk properties of tropical cloud clusters from large-scale heat and moisture budgets [J]. J.Atmos. Sci., 30: 611–627.
Yuan F, Chen W. 2013. Roles of the tropical convective activities over different regions in the earlier onset of the South China Sea summer monsoon after 1993 [J]. Theor. Appl. Climatol., 113 (1–2): 175–185.
張永生, 吳國雄. 1998. 關(guān)于亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)及北半球季節(jié)突變的物理機(jī)理的診斷分析:Ⅰ 季風(fēng)爆發(fā)的階段性特征 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 56 (5):513–528. Zhang Yongsheng, Wu Guoxiong. 1998. Diagnosis investigations of mechanism of onset of Asian summer monsoon and abrupt seasonal transitions over North Hemisphere: Phase properties [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese). 56 (5): 513–527.
Zhang Z Q, Chan J C L, Ding Y H. 2004. Characteristics, evolution and mechanisms of the summer monsoon onset over Southeast Asia [J].International Journal of Climatology, 24 (12): 1461–1482.
朱福康, 陸龍驊, 陳咸吉. 1980. 南亞高壓 [M]. 北京: 科學(xué)出版社,1–94. Zhu Fukang, Lu Longhua, Chen Xianji, et al. 1981. The South Asia High (in Chinese) [M]. Beijing: Science Press, 1–94.
朱乾根, 林錦瑞, 壽紹文, 等. 2007. 天氣學(xué)原理和方法 [M]. 北京: 氣象出版社, 644. Zhu Qian’gen, Lin Jinrui, Shou Shaowen, et al. 2007.The Principle and Method of Weather (in Chinese) [M]. Beijing: China Meteorological Press, 644.