一次El Ni?o背景下副高異常事件的基本特征

李文輝

（肇慶市氣象局，廣東肇慶 526060）

西太平洋副熱帶高壓作為行星尺度的天氣系統，其脊線位置變化與華南降水和氣溫異常均有著緊密的聯系［1-4］。同時，西太平洋副熱帶高壓受熱帶太平洋氣候因子的調控，而這些氣候因子的調控，可能使副熱帶高壓出現異常，副熱帶高壓的異常也將間接影響到地區(qū)氣候異常。近年來，在關于大氣環(huán)流、海-氣相互作用以及ENSO背景下副熱帶高壓表現的研究中，不少學者發(fā)現了造成副高異常的因子。李耀先等［5］指出厄爾尼諾（El Ni?o）背景下，Hadley環(huán)流的異常增強將使得副熱帶下沉氣流的增強，從而造成副高的增強；黃榮輝等［6］在對西太平洋暖池海溫異常作用的研究中指出，菲律賓附近區(qū)域對流活動強的夏季，副熱帶高壓位置偏北，反之偏南，熱帶西太平洋暖池的海溫異常影響了該地區(qū)的對流活動，進而對副高的位置造成影響，同時，印度洋海溫異常也是造成副高異常的因子之一；錢代麗等［7］對比分析了ENSO背景下的夏季印度洋海溫對西太副高的影響機理，認為在前期厄爾尼諾的影響下，印度洋與海洋性大陸地區(qū)的海溫正距平會在對流層低層制造出異常負渦度進而影響西太副高，使其明顯偏強、偏西、偏南。可見，副熱帶高壓的異常受到多種因子的共同影響。

而在2018年10月份前后，一次El Ni?o事件開始發(fā)展，自2019年3月起定義為一次El Ni?o事件發(fā)生。同時，中國氣象局國家氣候中心的西太平洋副高監(jiān)測發(fā)現，2019年5月起，副熱帶高壓脊線較往年同期異常偏南。該次El Ni?o事件的表現如何？西太平洋副高的響應如何？本研究將以El Ni?o為背景，嘗試從海-氣相互作用方面，對造成該次副熱帶高壓異常的原因進行探討，以期加深對El Ni?o事件以及副高變化原因的認識。

1 數據資料

本研究采用的數據以及資料有：（1）中國氣象局國家氣候中心提供的西太平洋副高脊線位置監(jiān)測資料、副高強度指數、副高面積指數、全球海溫與距平、赤道太平洋海溫與距平、射出長波輻射量（OLR）與距平、MJO監(jiān)測；（2）美國氣候預測中心（CPC）提供的赤道太平洋海表面緯向流和海表面高度；（3）美國國家環(huán)境預報中心（NCEP）提供的再分析資料（2.5°×2.5°）。

2 副熱帶高壓異常特征

2019年4月第6侯至5月第6侯，副高脊線位置在8°N—15°N之間波動，其中，5月第4侯副高脊線位置較氣候平均值異常偏南達10個緯度。6月開始，副高脊線位置開始北抬，但脊線位置也基本上在15°N—21°N之間波動，與氣候平均值相比，副高脊線位置仍明顯偏南。從副高強度指數和面積指數來看，2019年5月副高強度與面積均達到一個峰值。因此，該次副高異常事件的表現為副高脊線位置異常偏南、強度偏強。

3 厄爾尼諾事件特征

3.1 El Ni?o事件概況

從國家氣候中心的Ni?o3、Ni?o4海溫監(jiān)測來看，該次El Ni?o事件增暖區(qū)域為太平洋中部和東部地區(qū)，兼有中部型和東部型El Ni?o的特征。2019年3月，Ni?o3區(qū)海溫達到峰值，隨后呈現一個下降趨勢。直至2019年6月，Ni?o3區(qū)海溫正距平已下降到0.5℃以下，并在之后轉為海溫負距平的狀態(tài)，而Ni?o4區(qū)海溫正距平維持0.5℃以上。根據李曉燕等［8］對于ENSO事件的分類，該次El Ni?o事件表現出向中部型轉變的趨勢。

3.2 相關海氣因子分析

本研究從相關海氣要素出發(fā)，對該次El Ni?o事件的海表面溫度（SST）、海表面緯向流和海表面緯向風異常的分布和演變進行分析，探討事件期間的正反饋過程。

1）海表面溫度與海表面緯向流。

在El Ni?o事件發(fā)展階段，海溫先表現出東傳特征，SST正異?？焖贃|傳，隨后表現出西傳特征，東部海域海溫降低，中部海域SST正異常維持。這與中部型El Ni?o事件的海溫發(fā)展形態(tài)相似［9］，這可能是該次El Ni?o事件有趨向中部型表現的原因之一。

從海表面緯向流來看，日界線以西赤道西太平洋海域從2018年9月起保持緯向流正異常，2019年3月赤道太平洋海域存在幾乎貫穿整個海盆的緯向流正異常。2019年事件期間，赤道東太平洋緯向異常流位相發(fā)生了轉換，且緯向流負異常逐漸增強，而日界線以西海域始終保持緯向流正異常（圖略）。由此可見，在該次事件中，緯向平流反饋在赤道中東太平洋海域偏弱，而在赤道西太平洋海域維持，使得中部海域海溫維持偏暖，而東部海域海溫下降，表現出向中部型事件轉變的趨勢。

2）海表面緯向風。

2018年夏季赤道太平洋海域存在著東風異常，而在該次El Ni?o事件開始和發(fā)展階段，赤道西太平洋海域均出現了西風異常（圖1）。自2019年5月起，赤道西太平洋海域出現區(qū)域性的東風異常，東風異常使得SST正異常區(qū)域偏西，阻礙了暖海溫信號的東傳，這可能是事件出現向中部型轉變趨勢的原因。對比赤道太平洋緯向流異常和緯向風異常的表現，赤道東太平洋緯向異常流先發(fā)生位相轉換，隨后出現異常東風，有利于赤道東太平洋海域冷水上翻，進而促進了西向的異常流的產生［10］。

圖1 赤道太平洋海表面緯向風距平的時間-經度圖（單位：m／s）

4 厄爾尼諾影響西太副高的可能機制

高溫異常與副熱帶高壓脊線位置密切相關，而許多相關研究表明，西太平洋副熱帶高壓的加強往往與西太平洋對流層低層的反氣旋相對應［10］。本研究從對流活動、環(huán)流和ENSO負反饋機制的因子出發(fā)，對該次El Ni?o事件背景下的西太平洋副高異常事件展開討論。

4.1 對流活動對西太平洋副高的影響

在厄爾尼諾事件發(fā)展初期，從2018年10月起，OLR負距平區(qū)向東擴展（圖略），負距平中心由赤道西太平洋海域逐漸東移到赤道中太平洋日界線附近海域。截至2019年4月，負距平區(qū)已經東擴至赤道東太平洋區(qū)域。同時，西太平洋海域維持OLR正距平，2019年5月OLR正距平達到了峰值，且正距平區(qū)域也達到了最大，覆蓋中南半島至海洋大陸一帶。OLR正距平表明盛行下沉運動，下沉運動越強，對應副高強度越強［6］。對El Ni?o事件發(fā)展期間500 hPa高度場與OLR距平場進行疊加可以發(fā)現，西太平洋海域OLR正距平區(qū)的強度與范圍變化和同期副高面積和強度變化表現較為一致。

為進一步討論El Ni?o事件期間太平洋海域下沉運動的特點，對高層200 hPa與低層850 hPa的垂直運動（ω）距平場進行分析，發(fā)現在El Ni?o事件發(fā)展初期的2018年冬季，無論在西太平洋海域的高層還是低層，ω距平場都存在著一個明顯的正距平區(qū)，主要位于西太平洋菲律賓群島至南海附近海域上。而到2019年春季，日界線以西地區(qū)有一個帶狀ω正距平區(qū)快速發(fā)展并西進，ω正距平區(qū)面積進一步擴大，表明該次西太平洋海域上層大氣存在強烈的下沉運動（圖2）該下沉運動抑制了菲律賓附近海域的對流發(fā)展，而強烈的下沉運動有助于該區(qū)域上空的大氣堆積，形成高壓，從而使得此時的副熱帶高壓強度偏強，位置偏南。

圖2 2019年4月850 hPa的ω距平（單位：Pa／s）

4.2 環(huán)流對西太副高的影響

在厄爾尼諾年，熱帶西太平洋上空的對流活動受到抑制時，會產生Rossby波效應，在熱帶西太平洋和南海地區(qū)強迫出異常的反氣旋環(huán)流［6］，該環(huán)流異常主要體現在對流層低層。對850 hPa渦度場進行分析，發(fā)現，從2018年10月起，有一個負渦度區(qū)從日界線以西海域，逐漸西伸至西太平洋海域（15°N—20°N，120°E—150°E）上空，表明該海域存在顯著的反氣旋性環(huán)流，并在2018到2019年冬季達到峰值（圖略）。

研究El Ni?o發(fā)展期間的西太平洋海域環(huán)流特征，對850 hPa西太平洋區(qū)域經向平均（15°N—25°N）的位勢高度距平場的時間-經度剖面圖（圖3）進行分析，可以看出，2018年10月至2019年3月，菲律賓群島以東至南海中北部地區(qū)維持一個正異常中心，中心強度達到15 gpm，表明低層存在著一個異常的反氣旋環(huán)流。同時日界線以東海域同樣有一異常反氣旋發(fā)展，且在2019年1至2月迅速增強，正距平中心出現西跳，中心強度達18 gpm，表明此時整個西太平洋海域低緯地區(qū)均為異常的反氣旋環(huán)流。與普通強度El Ni?o事件期間850 hPa西太平洋區(qū)域經向平均的位勢高度距平場的時間-經度剖面圖［13］進行對比，事件開始發(fā)展的冬季（12月至次年1月）整個西太平洋自日界線以西到菲律賓群島附近海域同樣表現為正距平，最大正距平中心在5到10 gpm之間?？梢娫摯蜤l Ni?o事件發(fā)展初期的低層異常環(huán)流略強于普通強度的El Ni?o事件。

圖3 850 hPa西太平洋區(qū)域經向平均（15°N—25°N）的位勢高度距平場的時間-經度剖面圖（單位：gpm）

該異常的反氣旋環(huán)流在冬、春季節(jié)轉換期間發(fā)展并維持，有助于更多的暖空氣從熱帶輸送到東亞沿岸地區(qū)，在El Ni?o發(fā)展期間，使得春、夏副熱帶高壓偏強、偏南。

進一步分析El Ni?o發(fā)展期間的Hadley環(huán)流距平場（120°E—180°E）可見，2019年春季（3—5月）在10°N—15°N之間存在垂直環(huán)流的正距平（圖4），異常下沉氣流將有利于西太平洋副高發(fā)展加強，使副高脊線位置南壓至15°N以南，副高整體偏南、偏強（圖略）。

圖4 2019年春季Hadley環(huán)流距平場

4.3 ENSO負反饋機制對西太平洋副高的影響

在厄爾尼諾的發(fā)展階段，赤道西太平洋海域的異常西風可引起海表面流場的變化，會激發(fā)出東傳的暖性Kelvin波，加深溫躍層，海平面高度異常（SSHA）能夠體現溫躍層深度的這種變化，同時還會激發(fā)西傳的冷性Rossby波［6］。

該次El Ni?o事件開始和發(fā)展階段，赤道西太平洋海域均出現了西風異常，2018年下半年，赤道海域出現了新一次明顯的暖性Kelvin波東傳（圖5a），與該階段發(fā)生的西風爆發(fā)有較好的對應關系。同時，該階段的Kelvin波可能是使得該次El Ni?o事件中海溫異常在太平洋海域發(fā)展的原因之一。暖性Kelvin波抵達大洋東邊界后反射形成暖性Rossby波（圖5b和圖5c），其中10°N附近海域的暖性Rossby波較為顯著。

另一方面，2018年期間，從東太平洋赤道以北10°N附近海域開始（圖5c），有一次明顯的負SSHA的冷性Rossby波西傳，橫穿整個太平洋海盆，并于2018年下半年抵達西太平洋且維持。當赤道太平洋存在冷源時，大氣會在冷源的西北側和西南側產生異常Rossby波響應，出現一對反氣旋性環(huán)流異常，導致處于冷源西北側的南海-西北太平洋地區(qū)為反氣旋性環(huán)流異常［7］。同時2019年5月第2侯MJO來到印度洋海域第8位相，南海-西北太平洋地區(qū)的對流活動將得到了抑制，同樣為反氣旋性環(huán)流異常。因此，在熱帶西太平洋上空對流活動受到抵制以及該異常Rossby波響應的共同影響，將有利于熱帶西太平洋及我國南海地區(qū)出現異常的反氣旋環(huán)流，反氣旋性環(huán)流異常則有利于西太平洋副熱帶高壓的加強西伸，導致副高偏強、位置偏南。

圖5 熱帶太平洋附近海域SSHA的時間-經度圖［11］（單位：cm）

5 結論

本研究分析了2019年一次El Ni?o事件發(fā)展的基本特征，并探討了該次事件背景下副高偏強偏南的原因。主要得出以下結論：

1）2019年El Ni?o事件表現出向中部型轉變的趨勢。其原因可能是：緯向平流反饋在赤道中東太平洋海域偏弱，同時2019年5月起，赤道西太平洋海域出現了區(qū)域性的東風異常，使得SST正異常區(qū)域偏西，阻礙了暖海溫信號的東傳。

2）該次El Ni?o事件發(fā)展初期，在西太平洋菲律賓群島至南海附近海域上的高層和低層，都存在著一個明顯的ω正距平區(qū)，西太平洋海域上層大氣強烈的下沉運動抑制了對流發(fā)展，有助于該區(qū)域上空的大氣堆積，形成高壓，使得副高強度偏強、位置偏南。

3）該次El Ni?o事件發(fā)展期間，西太平洋海域低緯地區(qū)存在著一個略強于普通強度的El Ni?o事件的異常反氣旋環(huán)流，有助于更多的暖空氣從熱帶輸送到東亞沿岸地區(qū)；同時，Hadley環(huán)流中異常下沉氣流也有利于西太副高發(fā)展加強，使副高脊線位置南壓，副高整體偏南、偏強。

4）2018年期間，從東太平洋海域西傳的冷性Rossby波到達西太平洋海域且維持，產生異常Rossby波響應，導致南海-西北太平洋地區(qū)為反氣旋性環(huán)流異常；同時2019年5月，MJO來到印度洋海域第8位相，西太海域為反氣旋性環(huán)流異常，二者共同影響，有利于熱帶西太平洋及我國南海地區(qū)出現異常的反氣旋環(huán)流，進一步促進西太副高加強西伸，強度偏強、位置偏南。