春末夏初南亞高壓活動(dòng)與青藏高原及周邊熱力強(qiáng)迫的關(guān)系

葛靜,王黎娟,張良瑜

(1.南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;

2.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)

春末夏初南亞高壓活動(dòng)與青藏高原及周邊熱力強(qiáng)迫的關(guān)系

葛靜1,2,王黎娟1,2,張良瑜1,2

(1.南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;

2.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)

摘要：利用1983—2012年NCEP/NCAR逐日再分析資料,探討了5—6月南亞高壓移上青藏高原的環(huán)流場(chǎng)的氣候平均特征及其與青藏高原及鄰近地區(qū)大氣加熱場(chǎng)的關(guān)系。結(jié)果表明:南亞高壓從中南半島北部向西北方向移動(dòng)并于第33候移上青藏高原,恰好與高原南坡成為亞洲南部主要熱源中心的時(shí)間相一致,且高原南坡整層積分的大氣視熱源增加速度遠(yuǎn)快于孟加拉灣以南至中南半島,這可能是南亞高壓移上高原的原因之一。同時(shí)采用簡(jiǎn)化后的全型垂直渦度方程分析加熱場(chǎng)和環(huán)流場(chǎng)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)相對(duì)渦度平流項(xiàng)和地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)有利于南亞高壓向西移動(dòng),非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)有利于南亞高壓向北移動(dòng),三項(xiàng)共同作用促使南亞高壓向西北移動(dòng)移上高原。

關(guān)鍵詞：南亞高壓;大氣視熱源;全型垂直渦度方程;非絕熱加熱垂直變化

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1674-7097(2015)05-0611-09P424

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140918001

Abstract:Based on the NCEP/NCAR reanalysis daily data from 1983 to 2012,this paper investigates the climatological mean characteristics of circulation field when South Asian high(SAH) moves on the Tibetan Plateau(TP) from May to June and its relation to the diabatic heating over TP and its adjacent areas.Results show that SAH moves northwestward from the northern Indo-China Peninsula(ICP) and completely moves on TP in the 33rd pentad,which is consistent with the time when south of TP becomes the main heat source center in southern Asia,and the vertically integrated visible heat source in south of TP increases more faster than that in the south Bay of Bengal(BOB) to the ICP,which may be one of reasons leading to SAH moving on TP.Meanwhile,this paper analyzes the relationship between heating fields and streamline fields by using the simplified complete vertical vorticity equation.It is found that the relative vorticity advection and the geostrophic vorticity advection are conducive to SAH moving westward,and the vertical change of diabatic heating is favorable to SAH moving northward,which makes SAH moving northwestward and on TP.

收稿日期：2015-01-30；改回日期：2015-03-16

基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB430202);公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201306020)；江蘇省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(BK20131431);重慶市氣象局開放式研究基金項(xiàng)目(kfjj-201302);江蘇省高校“青藍(lán)工程”項(xiàng)目

通信作者：曾剛,博士,研究員,研究方向?yàn)闁|亞季風(fēng)及海氣相互作用,zenggang@nuist.edu.cn.

Relationship between South Asian high activity and thermal

forcing over Tibetan Plateau and surrounding regions during late

spring and early summer

GE Jing1,2,WANG Li-juan1,2,ZHANG Liang-yu1,2

(1.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters,NUIST,Nanjing 210044,China;

2.Key Laboratory of Meteorological Disaster(NUIST),Ministry of Education,Nanjing 210044,China)

Key words:South Asian high;visible heat source;complete vertical vorticity equation;vertical change of diabatic heating

0引言

南亞高壓,亦被稱作“青藏高壓”,是北半球夏季出現(xiàn)在青藏高原及鄰近地區(qū)對(duì)流層高層、除極地渦旋外最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)(Mason and Anderson,1958)。作為一個(gè)行星尺度的控制系統(tǒng),南亞高壓明顯的季節(jié)變化和盛夏季節(jié)的東西振蕩運(yùn)動(dòng)勢(shì)必會(huì)影響到北半球的環(huán)流形勢(shì),對(duì)亞洲區(qū)域天氣、氣候有著重要的影響(陶詩(shī)言和朱?？?1964;羅四維等,1982;譚晶等,2005)。

由冬至夏,南亞高壓的位置和強(qiáng)度存在著明顯的季節(jié)變化特征,其南北位移有著顯著的階段性(孫國(guó)武,1984)。冬季,南亞高壓位于菲律賓群島以東洋面上;4月后南亞高壓開始向西移動(dòng),通過中心分裂的方式于第23候分裂出中南半島上空的反氣旋和菲律賓群島以東洋面上的反氣旋環(huán)流中心,此后西環(huán)流中心生成加強(qiáng)而東環(huán)流中心減弱消亡,標(biāo)志著中南半島上空南亞高壓的完全建立(He et al.,2006;劉伯奇等,2009;王黎娟和郭帥宏,2012);6月初,南亞高壓向北移動(dòng),從中南半島北端登上青藏高原且強(qiáng)度增強(qiáng);7—8月,南亞高壓繼續(xù)向西運(yùn)動(dòng),通常呈現(xiàn)出兩個(gè)中心,分別位于青藏高原以西和以東地區(qū),此時(shí),南亞高壓強(qiáng)度達(dá)最強(qiáng),位置達(dá)最北(孫國(guó)武,1984)。南亞高壓冬、夏流型的轉(zhuǎn)換不是高壓主體的逐漸推移,而是重建新的流型的過程(劉四臣和李維亮,1987)。

劉宣飛等(1999)研究發(fā)現(xiàn)南亞高壓在其季節(jié)變化中,正、斜壓性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)換,表現(xiàn)出一種“趨熱性”特征。張瓊(1999)指出南亞高壓在季節(jié)循環(huán)上的兩個(gè)平衡態(tài),即夏半年的南亞高壓和冬半年的南亞高壓,與海陸熱力的季節(jié)加熱變化有關(guān)。Qian et al.(2002)也進(jìn)一步指出加熱場(chǎng)對(duì)南亞高壓的季節(jié)變化有重要的作用,其中心變化具有“趨熱性”,而大氣環(huán)流季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)期,孟加拉灣熱源是對(duì)南亞高壓季節(jié)變化起主要作用的熱源(章基嘉等,1984)。吳國(guó)雄等(1999)、劉屹岷等(1999)通過對(duì)全型垂直渦度方程分析后發(fā)現(xiàn),非絕熱加熱的空間非均勻分布是決定副熱帶高壓位置和強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。Wu and Liu (2003)和Liu et al.(2004)提出了夏季副熱帶“四葉型加熱”理論,吳國(guó)雄等(2008)深入研究了海陸分布對(duì)副熱帶高壓形成的影響機(jī)制。

孫國(guó)武和宋正山(1987)統(tǒng)計(jì)了南亞高壓中心北上青藏高原的日期和路徑。郭準(zhǔn)等(2009)統(tǒng)計(jì)了南亞高壓的移動(dòng)路徑,發(fā)現(xiàn)高原附近熱源強(qiáng)弱配置的差異是造成路徑差異的可能原因。楊云蕓等(2010)從候資料入手定義了南亞高壓主體移上高原的時(shí)間。初夏,南亞高壓北上高原作為其季節(jié)變化的重要組成部分,對(duì)東亞大氣環(huán)流異常和我國(guó)東部旱澇都會(huì)產(chǎn)生重大影響(王黎娟等,2007;郭銳和智協(xié)飛,2008;董麗娜等,2009;盧楚翰等,2012),而南亞高壓又是熱力性質(zhì)的高壓系統(tǒng),春夏之交青藏高原及周邊熱力強(qiáng)迫的非均勻分布必然會(huì)對(duì)南亞高壓從中南半島移上高原有一定的影響,那么從氣候平均角度出發(fā),春末夏初南亞高壓移上高原與青藏高原及周邊熱力強(qiáng)迫之間的關(guān)系是什么?大氣加熱場(chǎng)變化最敏感的的區(qū)域在哪里?其影響機(jī)制是什么?本文試圖對(duì)以上問題做進(jìn)一步的分析。

1資料與方法

使用NCEP/NCAR逐日再分析資料,包括三維風(fēng)場(chǎng)、溫度和地面氣壓,水平分辨率為2.5°×2.5°,垂直共12層,降水率為高斯格點(diǎn)。時(shí)間長(zhǎng)度為1983—2012年。

大氣視熱源可以反映大氣的熱力狀況,其計(jì)算方法主要有兩種,分別為“正算法”和“倒算法”(Yanai et al.,1973),擬采用“倒算法”,公式如下:

(1)

為了考察環(huán)流場(chǎng)和非絕熱加熱場(chǎng)之間的關(guān)系,使用吳國(guó)雄等(1999)得到的僅考慮外熱源強(qiáng)迫作用,而忽略摩擦耗散和傾斜渦度發(fā)展項(xiàng)(Slantwise Vorticity Development,SVD)的全型垂直渦度方程,

(2)

等式右邊后三項(xiàng)為非絕熱加熱項(xiàng),經(jīng)過尺度分析后方程簡(jiǎn)化為:

(3)

左邊為渦度局地變化項(xiàng),由等式右端三項(xiàng)組成:第一項(xiàng)為相對(duì)渦度平流項(xiàng)、第二項(xiàng)為地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)、第三項(xiàng)為非絕熱加熱的垂直變化項(xiàng)。

2南亞高壓移上高原前后的大氣環(huán)流場(chǎng)特征

2.1　100 hPa環(huán)流場(chǎng)特征

圖1給出了氣候平均100 hPa環(huán)流場(chǎng)逐候演變情況。29候(圖1a),整個(gè)亞洲地區(qū)都被位于中南半島西北部的強(qiáng)大反氣旋性環(huán)流控制,該高壓中心位于97.5°E、23°N附近,南亞高壓主體尚未登上青藏高原。此后,南亞高壓強(qiáng)度發(fā)展加強(qiáng),中心不斷向西向北移動(dòng),第33候(圖1e),高壓中心位于88°E、28°N附近,高壓主體已完全移上高原,標(biāo)志著南亞高壓在青藏高原上的建立。34候(圖1f),南亞高壓強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng),高壓中心繼續(xù)向西向北移動(dòng),且環(huán)流主體有向西伸展趨勢(shì)。

圖1　100 hPa氣候平均流場(chǎng)的逐候演變(a—f:第29—34候;粗實(shí)線:海拔≥2 000 m的大地形)Fig.1　Evolution of climatological mean of pentad flow field at 100 hPa(a—f:the 29th—34th pentad;heavy solid line:large terrain with elevation≥2 000 m)

對(duì)100 hPa氣候平均環(huán)流場(chǎng)逐候分析后發(fā)現(xiàn),春末夏初南亞高壓從中南半島北部向西北方向移動(dòng),29—31候,南亞高壓主要向西運(yùn)動(dòng),32—34候,南亞高壓主要向北移動(dòng),并于第33候完全移上高原,完成在青藏高原上的建立,這究竟是什么原因造成的呢?許多研究工作表明南亞高壓是熱力性質(zhì)的高壓系統(tǒng),其本身具有“趨熱性”(Liu et al.,2000;Qian et al.,2002),下面將從熱力角度對(duì)以上問題做一初步討論。

2.2　大氣加熱場(chǎng)特征

圖2是5月中旬到6月下旬在80～100°E、20～32.5°N范圍內(nèi)整層積分的大氣視熱源和100 hPa相對(duì)渦度的時(shí)間序列曲線，可以看出,南亞高壓移上高原前后,孟加拉灣北部到青藏高原南部,整層積分的大氣視熱源呈顯著增加趨勢(shì),而100 hPa相對(duì)渦度呈明顯下降趨勢(shì),表明高層反氣旋性渦度是增強(qiáng)的,且兩者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.94,通過99.9%的顯著性檢驗(yàn),說明青藏高原及鄰近地區(qū)非絕熱加熱與高層的南亞高壓之間關(guān)系密切,南亞高壓移上高原與青藏高原及鄰近地區(qū)熱力狀況有關(guān)。

圖2　(80～100°E,20～32.5°N)區(qū)域內(nèi)整層積分的大氣視熱源和100 hPa相對(duì)渦度的時(shí)間序列Fig.2　Time series of the vertically integrated visible heat source and 100 hPa relative vorticity averaged over (20—32.5°N,80—100°E) area

分析了氣候平均整層積分的大氣視熱源的逐候演變特征(圖略),5—6月亞洲南部主要存在兩個(gè)強(qiáng)熱源中心,分別位于孟加拉灣東部和青藏高原南坡。33候以前孟加拉灣東部的熱源中心強(qiáng)度最強(qiáng),第33候,高原南坡的熱源超過孟加拉灣以東的熱源,成為最主要的熱源中心,此時(shí)該熱源中心強(qiáng)度超過500 W·m-2。此后,高原南坡的熱源強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng),而孟加拉灣以東的熱源強(qiáng)度減弱,直至第48候孟加拉灣以東的熱源又開始超過高原南坡的熱源。

對(duì)南亞高壓移上高原前后(6月第2候和第4候)的整層積分的大氣視熱源差值場(chǎng)進(jìn)行分析(圖3)發(fā)現(xiàn),南亞地區(qū)主要有兩個(gè)正的大值中心,分別位于印度半島西北部和孟加拉灣以北青藏高原以南,強(qiáng)度分別大于150和250 W·m-2,且后者強(qiáng)度明顯大于前者。而在15°N以南孟加拉灣洋面至中南半島大部卻為負(fù)值,負(fù)值中心位于孟加拉灣中部,強(qiáng)度小于-100 W·m-2。表明南亞高壓移上高原前后,孟加拉灣以北至青藏高原以南的熱源是增強(qiáng)的,而孟加拉灣以南至中南半島的卻是減弱的。在相同的時(shí)間段內(nèi),由于前者增加速度遠(yuǎn)快于后者,所以高原南坡于第33候超過孟加拉灣以東的加熱中心而成為最主要的熱源。

圖3　南亞高壓移上高原前后整層積分的大氣視熱源的差值分布(單位:W·m-2;第34候減第32候)Fig.3　Difference distribution of the vertically integrated visible heat source before and after South Asian high moves on the Tibetan Plateau(units:W·m-2;the 34th pentad minus the 32nd pentad)

對(duì)青藏高原南坡(85～95°E,22.5～27.5°N)和孟加拉灣東部(90～100°E,10～20°N)整層積分的大氣視熱源時(shí)間序列(圖4)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)兩者變化趨勢(shì)基本一致。33候以前,兩者都呈上升趨勢(shì),且孟加拉灣東部的始終強(qiáng)于高原南坡。第33候,高原南坡的開始強(qiáng)于孟加拉灣東部的,且一直持續(xù)到第48候。48候以后,孟加拉灣東部的又開始強(qiáng)于高原南坡。并且,高原南坡大值中心的持續(xù)也有利于南亞高壓在高原上的維持,一旦孟加拉灣東部的強(qiáng)于高原南坡,南亞高壓開始南撤。值得注意的是,高原南坡開始強(qiáng)于孟加拉灣東部的時(shí)間,與南亞高壓移上高原的時(shí)間一致,都為第33候,這可能是南亞高壓移上高原的原因之一。

圖4　青藏高原南部(85～95°E,22.5～27.5°N)和孟加拉灣東部(90～100°E,10～20°N)整層積分的氣候平均大氣視熱源的時(shí)間序列Fig.4　Time series of climatological mean of the vertically integrated visible heat source averaged over southern Tibetan Plateau (22.5—27.5°N,85—95°E) and eastern Bay of Bengal (10—20°N,90—100°E)

在第33候,高原南坡成為最主要的熱源中心是什么原因造成的呢?為了進(jìn)一步對(duì)上述問題進(jìn)行討論,將南亞高壓移上高原的過程分為兩個(gè)階段:第一階段:上高原前,30—32候;第二階段:上高原后,33—35候。

對(duì)南亞高壓移上高原前后兩個(gè)階段的降水量差值場(chǎng)(圖5)分析后發(fā)現(xiàn),南亞地區(qū)主要有兩個(gè)正值中心,分別位于印度半島西北部和青藏高原南坡至孟加拉灣北部,且后者強(qiáng)度明顯大于前者。而15°N以南孟加拉灣至中南半島卻為負(fù)值,負(fù)值中心位于孟加拉灣東南部,降水量差值分布與圖3中是一致的,也進(jìn)一步證明高原南坡強(qiáng)熱源中心的形成主要是由于該區(qū)域季風(fēng)降水顯著增強(qiáng)造成的。

圖5　南亞高壓移上高原前后降水量的差值場(chǎng)(單位:mm;第二階段減第一階段)Fig.5　Difference distribution of rainfall before and after South Asian high moves on the Tibetan Plateau(units:mm;the phase 2 minus the phase 1)

綜上所述,對(duì)氣候平均南亞高壓移上高原前后的100 hPa環(huán)流場(chǎng)特征以及青藏高原及周邊大氣加熱場(chǎng)的變化特點(diǎn)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),春末夏初南亞高壓從中南半島北部向西北方向移動(dòng)并于第33候移上青藏高原,與高原南坡成為亞洲南部主要熱源中心的時(shí)間相一致,這可能是南亞高壓移上高原的原因之一。而南亞高壓移上高原前后高原南坡季風(fēng)降水的顯著增強(qiáng)是使得該區(qū)域成為強(qiáng)熱源中心的主要原因之一。

2.3　垂直環(huán)流場(chǎng)特征

南亞高壓移上高原以前,在高原南坡和孟加拉灣東部分別存在兩個(gè)強(qiáng)熱源中心。通過圖6發(fā)現(xiàn),南亞高壓移上高原過程中,高原南坡從近地面到對(duì)流層上部大氣非絕熱加熱中心是顯著增強(qiáng)的,與此大值區(qū)相對(duì)應(yīng)的高層輻散、低層輻合也是增強(qiáng)的;而孟加拉灣東部對(duì)流層上層大氣非絕熱加熱中心卻是減弱的,與之相對(duì)應(yīng)的高層輻散、低層輻合也是減弱的,大氣非絕熱加熱中心強(qiáng)度的變化與圖3結(jié)果相一致。值得注意的是,在此階段高原上空的大氣非絕熱加熱及高層輻散也有小幅度的增強(qiáng)。

圖6　南亞高壓移上高原前后大氣視熱源Q1差值(陰影;單位:K·d-1)和散度差值(等值線;單位:10-6 s-1)沿85～95°E平均的緯度—高度剖面(第34候減第32候;深色陰影:青藏高原大地形)Fig.6　Latitude-height cross section of differences of the visible heat source Q1(shaded areas;units:K·d-1) and the divergence(contours;units:10-6 s-1) averaged over 85—95°E before and after South Asian high moves on the Tibetan Plateau(the 34th pentad minus the 32nd pentad;dark shaded area:large terrain of the Tibetan Plateau)

從圖7a可以看出,在南亞高壓移上高原的過程中,與大氣非絕熱加熱差異中心相對(duì)應(yīng),高原南坡的上升運(yùn)動(dòng)是增強(qiáng)的,孟加拉灣東部的上升運(yùn)動(dòng)是減弱的,高原上空的上升運(yùn)動(dòng)也是增強(qiáng)的。此時(shí),高原上空與上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)相對(duì)應(yīng)在200～300 hPa之間出現(xiàn)了負(fù)渦度變率中心。圖7b是南亞高壓移上高原前后沿22.5～27.5°N垂直速度場(chǎng)和相對(duì)渦度場(chǎng)的差異。在高原南坡加熱中心的西側(cè)存在上升運(yùn)動(dòng)差異中心,400 hPa附近存在負(fù)渦度變率大值中心。根據(jù)劉屹岷等(1999)的研究,對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間尺度的演變,在β項(xiàng)作用下,會(huì)在最大潛熱加熱中心上方產(chǎn)生北風(fēng)變率,高層反氣旋性環(huán)流出現(xiàn)在熱源西側(cè),氣旋性環(huán)流出現(xiàn)在熱源東側(cè)。當(dāng)高原南坡的大氣非絕熱加熱中心增強(qiáng)后,其伴隨的上升運(yùn)動(dòng)也增強(qiáng),就會(huì)在高原南坡加熱中心的西北側(cè)(也即高原西南部上空)對(duì)流層高層激發(fā)出負(fù)渦度變率,低層激發(fā)出正渦度變率,同時(shí)在該地區(qū)伴隨產(chǎn)生附加的上升運(yùn)動(dòng)。此負(fù)渦度變率和附加的上升運(yùn)動(dòng)都將有利于南亞高壓向西北方向移上高原。

圖7　南亞高壓移上高原前后垂直速度差值場(chǎng)(陰影;單位:10-2 Pa·s-1)和相對(duì)渦度差值場(chǎng)(等值線;單位:10-5 s-1)沿85～95°E(a)和沿22.5～27.5°N(b)平均的垂直剖面(第34候減第32候;深色陰影:青藏高原大地形)Fig.7　Vertical profiles of differences of the vertical velocity(shaded areas;units:10-2 Pa·s-1) and the relative vorticity(contours;units:10-5 s-1) averaged over (a)85—95°E and (b)22.5—27.5°N before and after South Asian high moves on the Tibetan Plateau(the 34th pentad minus the 32nd pentad;dark shaded area:large terrain of the Tibetan Plateau)

3南亞高壓移上高原的可能機(jī)制

為了分析大氣非絕熱加熱和環(huán)流場(chǎng)之間的關(guān)系,本文使用了吳國(guó)雄等(1999)得到的僅考慮外熱源強(qiáng)迫作用,而忽略摩擦耗散和傾斜渦度發(fā)展項(xiàng)的全型垂直渦度方程,經(jīng)過尺度分析后的簡(jiǎn)化方程參見式(3)，各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

由圖8可以看出,31—36候在南亞高壓的活動(dòng)范圍內(nèi),相對(duì)渦度平流項(xiàng)、地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)、非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)量級(jí)較大(10-10),且地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)和非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)趨勢(shì)相反,根據(jù)全型垂直渦度方程可知,兩者對(duì)負(fù)渦度的貢獻(xiàn)也相反。接下來,主要分析相對(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)這三項(xiàng)的作用。

圖8　南亞高壓移上高原前后100 hPa全型垂直渦度方程各項(xiàng)在(80～100°E,20～35°N)區(qū)域的時(shí)間序列(單位:10-10 s-2)Fig.8　Time series of each term of the complete vertical vorticity equation at 100 hPa averaged over (20—35°N,80—100°E) area before and after South Asian high moves on the Tibetan Plateau(units:10-10 s-2)

從西向東相對(duì)渦度平流項(xiàng)呈“負(fù)—正—負(fù)”分布(圖9a),結(jié)合氣候平均100 hPa環(huán)流場(chǎng)的逐候變化(圖1)可以看出,高壓中心始終位于正相對(duì)渦度平流區(qū),對(duì)高壓的發(fā)展起到抑制作用。在高壓中心的西側(cè)80°E附近有一負(fù)相對(duì)渦度平流區(qū),且其絕對(duì)值隨時(shí)間增加,表明對(duì)負(fù)渦度的貢獻(xiàn)增加。第35候時(shí),絕對(duì)值達(dá)最大,而高壓有朝負(fù)渦度運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以相對(duì)渦度平流項(xiàng)有利于南亞高壓往西移動(dòng)但不利于高壓發(fā)展。

地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)呈東西反位相分布(圖9b),90°E高原以東為正平流,以西為負(fù)平流,且正平流范圍逐漸向西移動(dòng)。結(jié)合圖1發(fā)現(xiàn)高壓中心始終位于正負(fù)地轉(zhuǎn)渦度平流交界處,在高壓中心的西側(cè)85°E附近有一負(fù)相對(duì)渦度平流大值區(qū),且其絕對(duì)值不斷增加,在33—34候之間絕對(duì)值最大,表明在高壓中心西側(cè)負(fù)渦度隨時(shí)間增加,有利于南亞高壓往西移動(dòng)。

圖9　南亞高壓移上高原前后100 hPa相對(duì)渦度平流項(xiàng)(a)和地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)(b)沿25～29°N平均的時(shí)間—經(jīng)度剖面以及非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)(c)沿85～95°E平均的緯度—時(shí)間剖面(單位:10-10 s-2)Fig.9　Time-longitude cross sections of (a)the relative vorticity advection term and (b)the geostrophic vorticity advection term averaged over 25—29°N,and (c)latitude-time cross section of the diabatic heating vertical change term averaged over 85—95°E at 100 hPa before and after South Asian high moves on the Tibetan Plateau(units:10-10 s-2)

由氣候平均逐候的非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)演變圖(圖略)可知,南亞高壓移上高原期間,在20°N及37°N附近分別存在著兩個(gè)大值中心,結(jié)合圖9c發(fā)現(xiàn),該兩個(gè)大值中心隨時(shí)間強(qiáng)度增強(qiáng),且南邊的中心向北移動(dòng),北邊的中心向南移動(dòng)。在兩個(gè)大值帶之間30°N附近,也即高壓中心的北部,31候以后由正值向負(fù)值轉(zhuǎn)變,到第33候時(shí),以上兩個(gè)大值帶相互打通。南亞高壓中心的北部處于非絕熱加熱垂直變化負(fù)值區(qū),且該區(qū)域非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)絕對(duì)值隨時(shí)間增加,表明對(duì)負(fù)渦度的貢獻(xiàn)增加,導(dǎo)致該地區(qū)反氣旋性渦度增強(qiáng),有利于南亞高壓向北移上高原。

綜上,根據(jù)簡(jiǎn)化的全型垂直渦度方程各項(xiàng)分析后得出,相對(duì)渦度平流項(xiàng)和地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)有利于南亞高壓向西移動(dòng),非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)有利于南亞高壓向北移動(dòng),三項(xiàng)綜合作用使得南亞高壓向西北方向移動(dòng)移上高原。地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)與非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)之間又存在著一定的聯(lián)系:當(dāng)非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)為負(fù)值,且絕對(duì)值增大時(shí),對(duì)負(fù)渦度的貢獻(xiàn)增加,導(dǎo)致反氣旋增強(qiáng),即高層南亞高壓增強(qiáng),則其東(西)側(cè)的北(南)風(fēng)分量也相應(yīng)的增大,相應(yīng)的其東(西)側(cè)的正(負(fù))地轉(zhuǎn)渦度平流的絕對(duì)值也增大。據(jù)此可以解釋圖8兩者的相反趨勢(shì)。

4結(jié)論

對(duì)1983—2012年5—6月南亞高壓移上高原前后的100 hPa環(huán)流場(chǎng)特征與青藏高原及周邊大氣加熱場(chǎng)的變化特點(diǎn)進(jìn)行分析,并對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行了初步的討論,得到以下結(jié)論:

1)氣候平均環(huán)流場(chǎng)上,南亞高壓從中南半島北部向西北方向移動(dòng),于第33候移上高原,標(biāo)志著南亞高壓在青藏高原上空的建立。

2)高原南坡整層積分的大氣視熱源增加速度遠(yuǎn)快于孟加拉灣以南至中南半島,第33候,高原南坡成為最主要的熱源中心,與南亞高壓移上高原的時(shí)間一致,而高原南坡季風(fēng)降水的顯著增強(qiáng)是該區(qū)域成為強(qiáng)熱源中心的主要原因之一。

3)當(dāng)孟加拉灣以北至高原南坡的熱源增強(qiáng)后,其伴隨的上升運(yùn)動(dòng)也增強(qiáng),會(huì)在對(duì)流層高層高原南坡加熱中心的西北側(cè)也即高原西南部上空激發(fā)出負(fù)渦度變率,此負(fù)渦度變率有利于南亞高壓向西北移動(dòng)移上高原。

4)應(yīng)用簡(jiǎn)化后的全型垂直渦度方程對(duì)加熱場(chǎng)和環(huán)流場(chǎng)之間的關(guān)系進(jìn)行分析后得出,相對(duì)渦度平流項(xiàng)和地轉(zhuǎn)渦度平流項(xiàng)有利于南亞高壓向西移動(dòng),非絕熱加熱垂直變化項(xiàng)有利于南亞高壓向北移動(dòng),三項(xiàng)共同作用使得南亞高壓向西北方向移動(dòng)移上高原。

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(責(zé)任編輯：孫寧)

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