夏季西太平洋副高脊線位置年 (代)際變化研究

王 林,蔣志鵬

(1.湖南省張家界市氣象局,湖南 張家界 427000;2.湖南省桑植縣氣象局,湖南 桑植 410100)

夏季西太平洋副高脊線位置年 (代)際變化研究

王 林,蔣志鵬

(1.湖南省張家界市氣象局,湖南 張家界 427000;2.湖南省桑植縣氣象局,湖南 桑植 410100)

西太平洋副熱帶高壓對(duì)中國(guó)天氣的影響尤為國(guó)內(nèi)外氣象工作者所關(guān)注,特別是在夏季,西太平洋副高脊線南北移動(dòng)的變化與中國(guó)東部雨帶的南北移動(dòng)、熱帶西太平洋臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑有非常重要的關(guān)系。該文利用國(guó)家氣候中心提供的1951年 1月至 2006年 12月期間的西太平洋副高脊線位置資料,初步研究西太平洋副高的年際和年代際變化特征,計(jì)算逐年6—8月的平均副高脊線位置并用小波變換方法研究其年際和年代際變化特征。研究發(fā)現(xiàn),中國(guó)降水帶的南北移動(dòng)與西太平洋副高的季節(jié)活動(dòng)相一致,西太平洋副高脊線位置變化存在多時(shí)間尺度特征。除季節(jié)性變化外,脊線的位置存在 2～4a和 8～12a左右的準(zhǔn)周期振蕩以及更長(zhǎng)時(shí)間的年代際變化趨勢(shì)。

西太平洋副高;脊線位置;小波變換

1 引言

西太平洋副高的變化受到大氣環(huán)流、海氣相互作用等諸多因素的影響[2]。黃榮輝等認(rèn)為西太平洋副高作為東亞季風(fēng)的主要成員,其形成及活動(dòng)與非絕熱加熱也會(huì)有密切關(guān)系,它的南北移動(dòng)和強(qiáng)度在很大程度上取決于非絕熱加熱的空間分布。吳國(guó)雄等也指出東亞季風(fēng)降雨所致的凝結(jié)潛熱加熱是影響東半球夏季副高位置和強(qiáng)度的關(guān)鍵因素[3]。喻世華等提出過(guò)一種季風(fēng)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)機(jī)制,也認(rèn)為中國(guó)大陸東部夏季降水的凝結(jié)潛熱釋放是西太平洋副高南北移動(dòng)和強(qiáng)度變化的主要?jiǎng)恿σ蜃覽4]。

西太平洋副高的季節(jié)性活動(dòng),具有明顯的規(guī)律性[5]。冬季時(shí),西太平洋副高脊線一般位于 15°N附近,隨著季節(jié)的轉(zhuǎn)暖,脊線緩慢北移,到 6月中、下旬,脊線迅速北跳,穩(wěn)定于 20～25°N間。至 7月上、中旬,脊線再次北跳,躍到 25°N以北地區(qū),以后就擺動(dòng)在 25～30°N之間,7月底到 8月初,脊線跨越30°N,到達(dá)最北的位置。從 9月起,脊線開始自北向南退縮,9月上旬脊線第一次回跳到 25°N附近,10月上旬再次跳到 20°N以南地區(qū),從此結(jié)束了一年為周期的季節(jié)性南北移動(dòng)。

西太平洋副熱帶高壓是我國(guó),尤其是我國(guó)東部地區(qū)夏半年天氣氣候變化的主要控制系統(tǒng),其活動(dòng)始終是氣象工作者所關(guān)注的大氣環(huán)流成員之一,國(guó)內(nèi)學(xué)者已做了不懈努力,研究的成果也相當(dāng)多。但是,對(duì)于副高南北活動(dòng)的特定位置的探索仍比較少見,而副高南北活動(dòng)的特定位置又往往是天氣氣候變化的重要環(huán)流特征,如副高脊線北抬至 25°N時(shí)華南 (福建)雨季結(jié)束,雨帶推進(jìn)至江淮流域?？梢?研究副高脊線位置是一項(xiàng)很有實(shí)際意義的工作[6]。

2 資料和方法

選取由國(guó)家氣候中心提供的 1951年 1月—2006年 12月期間的西太平洋副熱帶高壓脊線位置資料,初步研究西太平副熱帶高壓的年際和年代際變化特征。為反映變化的總趨勢(shì),分別對(duì) 6-8月進(jìn)行直線擬合,代表西太平洋副熱帶高壓脊線位置的變化值。為消除各月變化,分別對(duì)各月變化進(jìn)行距平,對(duì)各時(shí)間序列的距平值進(jìn)行連續(xù)的小波變換。此外,本文還對(duì)各時(shí)間序列進(jìn)行了 10a平均距平計(jì)算,以便和小波分析結(jié)果進(jìn)行比較。

3 副高脊線位置變化的小波分析

3.1 6月份變化特征

表 1為 1951-2006年共 56a各年 6月西太平洋副高脊線位置年代距平。由表 1可見,20世紀(jì) 50-60年代、80-90年代距平為負(fù),說(shuō)明脊線位置偏南;20世紀(jì) 70年代和 21世紀(jì) 00年代距平都為正,說(shuō)明脊線位置偏北。

表 1 6月份西太平洋副高脊線位置年代距平

圖 1 6月份西太平洋副高脊線位置年際變化 (a)及其小波變換圖 (b)

由圖 1(a)可見,6月副高脊線總體上呈現(xiàn)偏北傾向趨勢(shì)。由圖 1(b)可見,在 8～12a時(shí)間尺度上,西太平洋副高脊線經(jīng)歷了南—北—南—北 4個(gè)循環(huán)交替。在 1951—1956年、1961—1997年期間脊線位置偏南;在 1957—1960年、1998—2006年期間脊線位置逐漸偏北,而此期間等值線并未閉合,說(shuō)明2006年以后在此時(shí)間尺度上,脊線位置將繼續(xù)偏北。在 2～4a時(shí)間尺度,脊線位置經(jīng)歷了北—南—北—南—北—南—北—南—北—南 10個(gè)循環(huán)交替。1951—1956、1960—1965、1972—1980、1986—1992、1996—2002年脊線位置均偏北。1957—1959、1966—1971、1981—1985、1993—1995、2003—2006年脊線位置均偏南。從圖 1可以推測(cè),2007年副高脊線也將處于偏南位置,通過(guò)當(dāng)年實(shí)況及華南地區(qū)的洪澇災(zāi)害便驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3.2 7月份變化特征

同法可以說(shuō)明,除了 20世紀(jì) 70年代距平為負(fù)外,其它年代均為正值。再?gòu)木嗥桨俜直葋?lái)看,除了 20世紀(jì) 70年代基本接近正常值外,其它年代脊線位置均偏北。

7月份副高脊線總體上呈現(xiàn)偏北傾向趨勢(shì)。在8～12a時(shí)間尺度上的周期震蕩較為明顯,期間西太平洋副高脊線經(jīng)歷了北—南—北 3個(gè)循環(huán)交替。1951—1978年、1993—2006年脊線位置偏北,1979—1992年脊線位置逐漸偏南。在 2-4a的時(shí)間尺度上,脊線位置經(jīng)歷了南—北—南—北—南—北—南—北—南—北—南—北 12個(gè)循環(huán)交替。1951—1953、1957—1960、1965—1972、1979—1985、1989—1993、2001—2004年 脊 線 位 置 均 偏 南。1954—1956、1961—1964、1973—1978、1986—1988、1994—2000、2005—2006年脊線位置均偏北。

3.3 8月份變化特征

同法可以說(shuō)明,20世紀(jì) 50年代—21世紀(jì) 00年代距平都為正,說(shuō)明脊線位置都偏北;

8月份副高脊線總體上呈現(xiàn)偏南傾向趨勢(shì)。在較大尺度 8～12a上,西太平洋副高脊線經(jīng)歷了北—南—北 3個(gè)循環(huán)交替。1951—1973年、1994—2006年脊線位置偏北,1974—1993年脊線位置逐漸偏南。在 2～4a時(shí)間尺度,脊線位置經(jīng)歷了北—南—北—南—北—南—北—南—北—南—北—南 12個(gè)循環(huán)交替。1951—1954、1957—1962、1967—1976、1983—1986、1991—1995、1998—2004年脊線位置均 偏 北。 1955—1956、1963—1966、1977—1982、1987—1990、1996—1997、2005—2006年脊線位置均偏南。對(duì)于 2a以下時(shí)間尺度來(lái)說(shuō),則有更多的脊線位置南北循環(huán)交替、南北移動(dòng)突變點(diǎn)增多。

4 副高脊線位置變化的小波方差分析

以上分析了 6～8月西太平洋副高脊線位置變化的幾個(gè)周期范圍。為了判斷各序列變化的主要周期,下面進(jìn)行小波方差檢驗(yàn),其計(jì)算公式為：

式中W p(a)為小波方差,|Wf(a,b)|為小波系數(shù)。小波的方差圖反映了能量隨尺度a的分布,可以確定一個(gè)時(shí)間序列中各種尺度擾動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)度,對(duì)應(yīng)峰值處的尺度稱為該序列的主要時(shí)間尺度,用以反映時(shí)間序列的主要周期。

根據(jù)公式(1),本文計(jì)算了各序列的小波方差,據(jù)此確定各序列中存在的主要周期 (見圖 2)。圖2a顯示 6月西太平洋副高脊線位置年際變化小波方差,從圖中可以看出,共有 2個(gè)峰值,對(duì)應(yīng)著其變化的 2個(gè)主要周期 3a、8a;圖 2b顯示 7月西太平洋副高脊線位置年際變化小波方差,從圖中可以看出,共有 2個(gè)峰值,對(duì)應(yīng)著其變化的 2個(gè)主要周期1.5a、13a;圖 2c顯示 8月西太平洋副高脊線位置年際變化小波方差,從圖中可以看出,共有 2個(gè)峰值,對(duì)應(yīng)著其變化的 2個(gè)主要周期 2a和 12a。

圖 2 6—8月份西太平洋副高脊線位置年際變化小波方差

5 結(jié)論

①我國(guó)降水帶的南北移動(dòng)與西太平洋副高的季節(jié)活動(dòng)有很大關(guān)系,通常降雨帶位于副高脊線以北約 5～8個(gè)緯度。到 6月中、下旬,脊線第 1次北跳,穩(wěn)定于 20～25°N間。在 7月上、中旬,脊線第 2次北跳并活躍在 25～30°N之間。

②西太平洋副高南北移動(dòng)變化直接關(guān)系到東亞旱、澇災(zāi)害程度,如臺(tái)風(fēng)、暴雨均與西太平洋副高有關(guān)。西太平洋副高是我國(guó),尤其是我國(guó)東、南部地區(qū)夏半年天氣氣候變化的主要控制系統(tǒng)。

③當(dāng) 6月份西太平洋副高脊線位置偏南時(shí),將很有可能給華南地區(qū)帶來(lái)一定強(qiáng)度的大降水,甚至造成洪澇災(zāi)害。

④西太平洋副高脊線位置變化存在多時(shí)間尺度特征。主要表現(xiàn)出 2～4a和 8～12a周期尺度,大尺度的周期變化嵌套著小尺度的周期變化。

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B

1003-6598(2010)增刊-0056-03

2010-09-10

王林 (1984-),男,助工,主要從事雷電防護(hù)工作。