分段副熱帶高壓位置指數(shù)的建立及應(yīng)用*

那 瑩 王 冀 張英娟 張培群 陸日宇

1 北京市氣候中心，北京 100089

2 國(guó)家氣候中心，北京 100081

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，北京 100029

提 要： 由于西太平洋副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱副高)東西部分的經(jīng)向位置對(duì)我國(guó)氣候有著不同影響，定義了西段、東段副高位置指數(shù)：分別為10°～60°N、110°～130°E和10°～60°N、130°～150°E范圍內(nèi)子午線上500 hPa位勢(shì)高度最大值所在的平均緯度，并將兩者平均值定義為副高中心位置指數(shù)。這些指數(shù)與我國(guó)東部夏季降水的相關(guān)性較業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)有所提高，尤其是西段副高位置指數(shù)與華北平原夏季降水的正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)副高位置指數(shù)基本維持了業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)與長(zhǎng)江流域降水的負(fù)相關(guān)關(guān)系和與華南降水的正相關(guān)關(guān)系。西段副高位置指數(shù)偏北時(shí)，對(duì)應(yīng)西北太平洋上500 hPa出現(xiàn)反氣旋環(huán)流，反氣旋中心位于38°N、130°E附近；而東段副高位置指數(shù)偏北對(duì)應(yīng)的反氣旋中心位置偏東偏北，位于40°N、145°E附近。此外，西段、東段副高位置指數(shù)偏南、偏北的不同配置對(duì)應(yīng)我國(guó)雨帶分布的四種類型。分段副高位置指數(shù)與我國(guó)夏季降水年際變化較好的相關(guān)性將為降水季節(jié)預(yù)測(cè)和季節(jié)內(nèi)雨帶移動(dòng)的研究提供更多的指示意義。

引 言

西太平洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)作為東亞季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的主要成員，其邊緣輸送水汽對(duì)我國(guó)夏季雨帶的形成有重要的作用。前人研究表明，副高位置與我國(guó)東部降水的分布有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。我國(guó)東部降水異常通常出現(xiàn)在西北太平洋反氣旋(氣旋)異常的北邊緣(Li and Lu，2019；趙思雄等，2018)，大約在副高脊線以北5～10個(gè)緯度(趙俊虎等，2012)。副高位置偏西偏南，我國(guó)降水呈南多北少型；副高位置偏北偏東時(shí)，我國(guó)降水呈北多南少型(劉蕓蕓等，2012；趙俊虎等，2012)。夏季副高脊線指數(shù)與我國(guó)夏季降水在長(zhǎng)江流域呈顯著負(fù)相關(guān)(劉蕓蕓等，2012)，與華北區(qū)域相關(guān)性并不顯著，華北夏季降水和副高西伸脊點(diǎn)呈負(fù)相關(guān)(譚桂容和孫照勃，2004)。此外，一些外強(qiáng)迫因子，如太平洋海溫和印度洋海溫，都通過(guò)影響副高從而影響我國(guó)降水(He et al，2001；黃露等，2012)。例如，多數(shù)ENSO爆發(fā)年副高強(qiáng)度偏弱，位置偏東，次年夏季則有明顯的副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏西，從而導(dǎo)致我國(guó)不同的旱澇分布(劉屹岷和吳國(guó)雄，2000；Wang et al，2000；Lin and Lu，2009；Li et al，2014；Chen et al，2016)；印度洋出現(xiàn)暖海溫異常時(shí)，會(huì)激發(fā)副高異常發(fā)展，從而導(dǎo)致我國(guó)南方降水偏多、華北降水偏少(吳國(guó)雄等，2000；陳文等，2006)。因此，副高作為連接外強(qiáng)迫因子與我國(guó)降水的橋梁，在降水季節(jié)預(yù)測(cè)中起到重要作用(Wang et al，2013)。

鑒于副高對(duì)我國(guó)降水的重要影響以及降水異?？赡茉斐傻淖匀粸?zāi)害和社會(huì)影響，準(zhǔn)確刻畫(huà)副高的位置特征并研究其對(duì)降水的影響一直是我國(guó)氣象工作者所關(guān)心的問(wèn)題。我國(guó)《西太平洋副熱帶高壓監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)定》中將500 hPa上588 dagpm(或584 dagpm)等值線包圍區(qū)域內(nèi)緯向風(fēng)切變線的平均緯度定義為副高脊線指數(shù)，將588 dagpm最西點(diǎn)所在的經(jīng)度定義為西伸脊點(diǎn)。副高北界指數(shù)被定義為588 dagpm等值線最北端所在緯度的平均值。Lu(2002)將10°～30°N、110°～150°E和30°～40°N、120°～150°E范圍內(nèi)850 hPa位勢(shì)高度異常用來(lái)描述副高在東西方向和南北方向上的偏移。Yang et al(2017)將副高脊線上最大經(jīng)向風(fēng)速所在位置定義為西伸脊點(diǎn)。

《西太平洋副熱帶高壓監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)定》中的定義方法聚焦在500 hPa上位勢(shì)高度值大于588 dagpm(或584dagpm)的副高主體上，但實(shí)際上，有時(shí)副高強(qiáng)度較弱，500 hPa上不存在大于588 dagpm(或584 dagpm)的值，這時(shí)需要考慮副熱帶高壓帶中相對(duì)高值區(qū)域的南北位置對(duì)我國(guó)天氣氣候的影響。此外，夏季副高主體是否西伸至我國(guó)上空也對(duì)我國(guó)天氣氣候有不同影響(陶詩(shī)言和衛(wèi)捷，2006)，所以有必要對(duì)我國(guó)上空和西太平洋上空的副熱帶高壓帶的位置分別進(jìn)行討論。因此，本文根據(jù)副熱帶高壓帶相對(duì)高值區(qū)域所在緯度定義了副高位置指數(shù)，并分為東、西兩段，以探討副高位置對(duì)我國(guó)夏季降水的不同影響。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù) 據(jù)

本文使用1951—2020年美國(guó)NCEP/NCAR Reanalysis 1再分析資料中逐月位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)(Kalnay et al,1996)，其水平格點(diǎn)分辨率為2.5°×2.5°。降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于1951—2020年中國(guó)地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集(任芝花等，2012)，該數(shù)據(jù)集涵蓋我國(guó)2400多個(gè)地面觀測(cè)站的月平均降水量，其中1979—2020年缺測(cè)較少，因此本文使用1979—2020年作為研究夏季副高與我國(guó)降水關(guān)聯(lián)的時(shí)間范圍。氣候態(tài)平均取1981—2010年。此外，本文使用國(guó)家氣候中心提供的1951—2020年逐月副高脊線指數(shù)作為參考(劉蕓蕓等，2012)。

1.2 副高位置指數(shù)定義方法

已有的業(yè)務(wù)指數(shù)所定義的副高脊線位置是將區(qū)域設(shè)定在110°～150°E范圍內(nèi)，由于我國(guó)主要位于130°E以西，且副高西伸脊點(diǎn)位置是否越過(guò)130°E以西對(duì)我國(guó)氣候有不同影響(陶詩(shī)言和衛(wèi)捷，2006)，因此本文分為110°～130°E、130°～150°E東西兩段分別研究副高位置的南北移動(dòng)。將西太平洋副熱帶高壓帶相對(duì)高值區(qū)域的平均緯度位置定義為副高位置指數(shù)，計(jì)算方法為：在10°～60°N、110°～130°E(或130°～150°E)范圍內(nèi)，計(jì)算每條子午線上500 hPa位勢(shì)高度最大值及其所在緯度(如出現(xiàn)兩個(gè)或以上相同的值同時(shí)為最大值，則進(jìn)行二次比較，選取該點(diǎn)和其周圍共9個(gè)點(diǎn)位勢(shì)高度平均較大的)，2.5°的再分析資料在20個(gè)經(jīng)度范圍內(nèi)共有9個(gè)值，取其中最大的半數(shù)，即5個(gè)位勢(shì)高度值所在緯度的平均記為西段副高位置指數(shù)(或東段副高位置指數(shù))，簡(jiǎn)稱為Index_NEW_west(Index_NEW_east)。取西段、東段兩個(gè)指數(shù)的平均值作為副高中心位置指數(shù)，簡(jiǎn)稱為Index_NEW。本文計(jì)算方法和副高位置指數(shù)請(qǐng)見(jiàn)https:∥github.com/YingNa1993/WPSH_index.git。

按照《西太平洋副熱帶高壓監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)定》，本文重新計(jì)算了業(yè)務(wù)脊線指數(shù)及其東西分段的脊線指數(shù)。具體計(jì)算方法為：在10°N以北、110°～150°E范圍內(nèi)(或110°～130°E、130°～150°E范圍內(nèi))，取500 hPa高度場(chǎng)上588 dagpm等值線(若不存在588 dagpm 等值線，則改為584 dagpm等值線)所包圍的副高體內(nèi)緯向風(fēng)切變線(即u=0，?u/?y>0)所在緯度位置的平均值，定義為業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)(或西段業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)、東段業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù))，簡(jiǎn)稱Index_NCC(或Index_NCC_west、Index_NCC_east)。若在某月計(jì)算范圍內(nèi)不存在584 dagpm等值線，則以該月歷史最小值代替。計(jì)算得到的業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)與國(guó)家氣候中心提供的參考數(shù)據(jù)是一致的。

本文副高位置指數(shù)的計(jì)算僅使用了位勢(shì)高度場(chǎng)資料，沒(méi)有使用風(fēng)場(chǎng)資料，較業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)的計(jì)算方法簡(jiǎn)化了流程?？紤]到即使副高強(qiáng)度較弱時(shí)，其南北位置移動(dòng)仍可影響我國(guó)氣候，因此本文副高位置指數(shù)的定義未局限在588 dagpm或584 dagpm等高線范圍內(nèi)，而是直接刻畫(huà)了副熱帶高壓帶中相對(duì)高值區(qū)域的平均緯度位置，避免了副高強(qiáng)度較弱時(shí)的缺測(cè)情況。以往研究中多使用脊線指數(shù)和西伸脊點(diǎn)共同刻畫(huà)副高對(duì)我國(guó)氣候的影響，這樣可以對(duì)副高強(qiáng)度較強(qiáng)但其中心位置偏東時(shí)、副高的南北位置移動(dòng)對(duì)我國(guó)氣候影響并不明顯的情況有一個(gè)東西位置指標(biāo)的補(bǔ)充描述。本文沒(méi)有引入西伸脊點(diǎn)這一指標(biāo)，而是將副高位置指數(shù)分為東西兩段，來(lái)直接探討西段和東段副高南北位置移動(dòng)對(duì)我國(guó)氣候的影響。

2 逐月副高位置指數(shù)及其與業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)的差異

圖1給出了1981—2010年氣候態(tài)平均的副高指數(shù)分布。副高位置指數(shù)逐月變化顯示，副高自5月開(kāi)始北抬，在8月位置達(dá)到最北，為28.7°N，隨后逐漸南撤。東、西段位置指數(shù)呈現(xiàn)一致的南北移動(dòng)，但西段位置指數(shù)比東段位置指數(shù)偏南2°左右。東、西段位置指數(shù)在6月差異最大，接近4°。東段副高北抬較早，在5—6月北抬最為明顯，為4.5°，西段副高北抬較晚，在6—7月北抬最為明顯，為6°，從而使得東、西段副高位置在6月差異最大，在7月差異減小，這與以588 dagpm等值線定義的副高主體在6月、7月逐漸西伸北抬是一致的。隨后，8月東、西段副高位置差異又增大，是由于東段副高北抬較多導(dǎo)致，這也體現(xiàn)了副高主體在8月雖北抬但東撤的特征。

圖1 1981—2010年1—12月平均副高指數(shù)分布

分段脊線指數(shù)與副高位置指數(shù)呈現(xiàn)一致的逐月變化和東、西段差異，位置指數(shù)較脊線指數(shù)偏北，氣候態(tài)平均值存在0.2°左右的偏差。位置指數(shù)與脊線指數(shù)在1951—2020年各月的相關(guān)系數(shù)如表1所示。兩種方法定義的指數(shù)相關(guān)性較好，各月均超過(guò)0.01顯著性水平。東段指數(shù)的相關(guān)性比西段指數(shù)的相關(guān)性更好。7月和9月副高位置指數(shù)和脊線指數(shù)相關(guān)性較弱，7月最弱，只有0.60。

表1 1951—2020年1—12月副高位置指數(shù)與業(yè)務(wù)副高脊線指數(shù)的相關(guān)系數(shù)(CC，CCW，CCE分別為整段、西段、東段的相關(guān)系數(shù))

由于夏季6、7、8月副高位置對(duì)我國(guó)氣候的影響最顯著，本文主要根據(jù)夏季情況對(duì)副高位置指數(shù)和脊線指數(shù)的差異進(jìn)行說(shuō)明。圖2給出了1951—2020年夏季共210個(gè)月中西段副高指數(shù)差異最大的6個(gè)月，它們也是整段副高指數(shù)差異較大的幾個(gè)月，其中有4個(gè)為7月，與表2中西段副高指數(shù)的相關(guān)性在7月較差一致。2002年7月(圖2a)，以110°～130°E范圍內(nèi)緯向風(fēng)切變線定義的西段脊線指數(shù)為27.4°N，較氣候態(tài)偏北，以位勢(shì)高度強(qiáng)度中心定義的西段副高位置指數(shù)為14.0°N，較氣候態(tài)偏南。實(shí)際上該月110°～130°E范圍內(nèi)有臺(tái)風(fēng)生成，副熱帶高壓帶被臺(tái)風(fēng)阻斷，使得位勢(shì)高度相對(duì)高值區(qū)域更為偏南，因此與緯向風(fēng)切變線定義的西段脊線指數(shù)產(chǎn)生較大差異。1997年8月、1963年6月、2015年7月(圖2b,2d,2e)兩種方法定義的副高指數(shù)產(chǎn)生較大差異的原因與2002年7月類似，當(dāng)出現(xiàn)南北兩條緯向風(fēng)切變線時(shí)，位置指數(shù)定義在了位勢(shì)高度較強(qiáng)的區(qū)域。1972年7月(圖2c)，由于110°～130°E范圍內(nèi)584 dagpm等值線包含區(qū)域不存在緯向風(fēng)切變線，因此西段脊線指數(shù)為缺測(cè)，以歷史最小值21.3°N 代替，此時(shí)，以位勢(shì)高度最大值所在緯度定義西段副高位置為10°N。2008年7月(圖2f)，由于115°～120°E范圍內(nèi)緯向風(fēng)切變線位置偏南，使得西段脊線指數(shù)(24.0°N)也偏南，西段副高位置指數(shù)(29.5°N)則刻畫(huà)了位勢(shì)高度值較大區(qū)域所在的緯度位置。

圖2 (a)2002年7月,(b)1997年8月,(c)1972年7月,(d)1963年6月,(e)2015年7月,(f)2008年7月降水距平百分率(填色)、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色等值線，單位：dagpm)和風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢,單位：m·s-1)，[紅色線為584、586和588 dagpm等值線,黑色和紅色短劃線分別為西段脊線指數(shù)和西段位置指數(shù)所在位置,右上角標(biāo)注數(shù)字分別為西段脊線指數(shù)(左)、西段位置指數(shù)(右)值，例如27.4°N;14.0°N即西段脊線指數(shù)為27.4°N、西段位置指數(shù)為14.0°N]

綜上所述，本文定義的副高位置指數(shù)與前人定義的副高脊線指數(shù)的差異主要體現(xiàn)在：首先，副高脊線指數(shù)以風(fēng)場(chǎng)切變的位置定義，副高位置指數(shù)以位勢(shì)高度相對(duì)高值區(qū)定義，逐月副高指數(shù)都以月平均的風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)計(jì)算，通常情況下它們差異較小。但當(dāng)有臺(tái)風(fēng)生成時(shí)，例如臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的7月，由于副高被臺(tái)風(fēng)阻斷，可能出現(xiàn)南北兩個(gè)位勢(shì)高度強(qiáng)度中心或南北兩條緯向風(fēng)切變線，因此導(dǎo)致副高脊線指數(shù)和副高位置指數(shù)的差異。其次，前人定義方法使用脊線指數(shù)和西伸脊點(diǎn)指數(shù)共同刻畫(huà)副高體的位置；而本文則分為東、西兩段，直接以位勢(shì)高度相對(duì)高值區(qū)域刻畫(huà)副高位置。

3 夏季副高位置指數(shù)的年際變化及其與我國(guó)降水的關(guān)聯(lián)

圖3給出了1951—2020年夏季平均的副高指數(shù)隨時(shí)間的變化。副高位置指數(shù)夏季平均值為26.0°N，在22.5°～29.9°N范圍內(nèi)移動(dòng)，西段(東段)副高位置指數(shù)夏季平均值為24.9°N(27.1°N)，移動(dòng)范圍為18.6°～29.4°N(22.1°～30.9°N)，西段副高位置指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差(2.35)大于東段副高位置指數(shù)(1.50)，它們可達(dá)到的最北緯度相差較小、都在30.0°N 左右，西段副高位置指數(shù)的最小值比東段副高指數(shù)最小值偏南。東、西段副高指數(shù)差異較大的年份為副高主體位置偏東偏北的年份。副高脊線指數(shù)的平均值較副高位置指數(shù)略為偏南，西段副高脊線指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差(1.95)小于西段副高位置指數(shù)，說(shuō)明西段副高位置指數(shù)的南北移動(dòng)幅度較大。

圖3 1951—2020年夏季6—8月平均的副高指數(shù)時(shí)間序列

圖4給出了1979—2020年夏季平均副高指數(shù)與我國(guó)夏季降水的相關(guān)系數(shù)分布。整段副高指數(shù)與我國(guó)夏季降水在華北、東北南部和華南地區(qū)呈正相關(guān)，在西南、長(zhǎng)江流域和東北北部呈負(fù)相關(guān)(圖4a,4d)；西段指數(shù)與我國(guó)降水的相關(guān)性分布與整段指數(shù)類似，在華北地區(qū)的正相關(guān)更為顯著(圖4b,4e)，尤其是太行山以東、淮河以北的區(qū)域；東段指數(shù)與夏季降水的相關(guān)性在我國(guó)大部分地區(qū)呈負(fù)相關(guān)，只在東北南部和華北、華南部分地區(qū)呈弱的正相關(guān)(圖4c,4f)。以上相關(guān)系數(shù)的空間分布說(shuō)明夏季副高位置越偏北，華北地區(qū)夏季降水越多、長(zhǎng)江流域降水越少。從副高位置指數(shù)與脊線指數(shù)比較來(lái)看，位置指數(shù)與華北夏季降水的正相關(guān)較脊線指數(shù)有了明顯提高，尤其是西段指數(shù)與降水的相關(guān)性提高更顯著。

本文定義圖4a中上方黑色虛線方框包含區(qū)域35°～41°N、114°～120°E為華北平原，該區(qū)域內(nèi)共有278個(gè)站點(diǎn)。副高位置指數(shù)(副高脊線指數(shù))與夏季降水的相關(guān)系數(shù)在華北平原平均為0.26(0.15)，最大可達(dá)0.52(0.45)，有40%(12%)的站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)(即相關(guān)系數(shù)大于0.30)；西段副高位置指數(shù)(西段副高脊線指數(shù))與華北平原降水相關(guān)系數(shù)平均為0.40(0.27)，最大可達(dá)0.63(0.56)，有84%(37%)的站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)；東段副高指數(shù)與華北平原降水的相關(guān)性非常小，幾乎為0。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的公式，即副高指數(shù)和降水的協(xié)方差除以它們各自的方差，盡管西段位置指數(shù)年際變化的方差大于西段脊線指數(shù)，不利于對(duì)相關(guān)系數(shù)的貢獻(xiàn)，但西段位置指數(shù)和華北平均降水的協(xié)方差也更大，這有利于對(duì)相關(guān)系數(shù)的貢獻(xiàn)。通過(guò)比較華北區(qū)域平均降水與西段指數(shù)的年際變化(圖略)，在華北降水異常偏少年，如1997年、2002年，西段位置指數(shù)較西段脊線指數(shù)更為偏南；在華北降水異常偏多年，如1996、1998、2008年，西段位置指數(shù)較西段脊線指數(shù)也更為偏北，因此西段位置指數(shù)與華北夏季降水的相關(guān)性明顯優(yōu)于西段脊線指數(shù)。

圖4a中間黑色虛線方框包含區(qū)域28°～32°N、105°～120°E定義為長(zhǎng)江流域，該區(qū)域內(nèi)共有326個(gè)站點(diǎn)。副高位置指數(shù)(副高脊線指數(shù))與夏季降水的相關(guān)系數(shù)在長(zhǎng)江流域平均為-0.20(-0.25)，最小可達(dá)-0.46(-0.50)，有16%(37%)的站點(diǎn)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)；西段位置指數(shù)(西段脊線指數(shù))與長(zhǎng)江流域降水相關(guān)系數(shù)平均為-0.13(-0.27)，最小可達(dá)-0.47(-0.48)，有10%(24%)的站點(diǎn)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)；東段位置指數(shù)(東段脊線指數(shù))與長(zhǎng)江流域降水相關(guān)系數(shù)平均為-0.19(-0.21)，最小可達(dá)-0.63(-0.55)，都有25%的站點(diǎn)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)。圖4a中下方黑色虛線方框包含區(qū)域18°～25°N、105°～116°E定義為華南區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)共有176個(gè)站點(diǎn)。副高位置指數(shù)(副高脊線指數(shù))與夏季降水的相關(guān)系數(shù)在華南區(qū)域平均為0.10(0.06)，最大可達(dá)0.50(0.52)，有15%(14%)的站點(diǎn)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)；西段位置指數(shù)(西段脊線指數(shù))與華南區(qū)域降水相關(guān)系數(shù)平均為0.10(0.13)，最大可達(dá)0.55(0.57)，有14%(16%)的站點(diǎn)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)；東段位置指數(shù)(東段脊線指數(shù))與華南區(qū)域降水相關(guān)較弱。

圖4 1979—2020年夏季平均(a～c)副高位置指數(shù)，(d～f)副高脊線指數(shù)與夏季降水的相關(guān)系數(shù)分布(a，d)整段指數(shù)，(b，e)西段指數(shù)，(c，f)東段指數(shù)[彩色點(diǎn)區(qū)域?yàn)橄嚓P(guān)系數(shù)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的站點(diǎn)；圖4a中黑色虛線方框分別定義為華北平原(35°～41°N、114°～120°E)、 長(zhǎng)江流域(28°～32°N、105°～120°E)和華南(18°～25°N、105°～116°E)]

綜上，副高指數(shù)與我國(guó)華北、華南區(qū)域夏季降水呈正相關(guān)，與長(zhǎng)江流域夏季降水呈負(fù)相關(guān)。西段位置指數(shù)與華北降水的正相關(guān)較西段脊線指數(shù)有了明顯提高，尤其是京津冀和山東等地；雖然西段位置指數(shù)與長(zhǎng)江流域降水的負(fù)相關(guān)性較西段脊線指數(shù)略弱，但東段位置指數(shù)基本維持了脊線指數(shù)與長(zhǎng)江流域降水的負(fù)相關(guān)；副高位置指數(shù)和脊線指數(shù)與華南降水的正相關(guān)性較為一致，西段指數(shù)優(yōu)于東段指數(shù)。

圖5給出了1979—2020年夏季副高位置指數(shù)回歸的500 hPa風(fēng)場(chǎng)和降水距平百分率。圖5a顯示整段副高位置指數(shù)回歸的500 hPa風(fēng)場(chǎng)在日本海附近為反氣旋環(huán)流，反氣旋環(huán)流中心位于39°N、135°E附近。我國(guó)華北平原位于反氣旋環(huán)流西側(cè)，東南和偏南氣流有利于水汽輸送和風(fēng)場(chǎng)幅合，副高位置越偏北，華北平原降水越偏多，偏多可達(dá)10%左右。長(zhǎng)江流域受偏東氣流影響，南北兩側(cè)氣流有助于風(fēng)場(chǎng)幅散，副高位置越偏北，長(zhǎng)江流域降水越偏少，偏少約為6%左右。副高位置指數(shù)在南海附近回歸風(fēng)場(chǎng)為氣旋式環(huán)流，氣旋式環(huán)流中心位于19°N、115°E附近，我國(guó)華南位于氣旋式環(huán)流北側(cè)，東南和偏東氣流有利于將海洋上的水汽輸送至華南區(qū)域，副高位置越偏北，華南降水越偏多，偏多為4%左右。東、西段位置指數(shù)回歸的風(fēng)場(chǎng)和降水距平場(chǎng)存在明顯差異(圖5b,5c)。西段位置指數(shù)的回歸場(chǎng)與整段指數(shù)類似，但強(qiáng)度稍弱，日本海附近的反氣旋環(huán)流中心位于38°N、130°E附近，西段位置指數(shù)回歸的降水距平在華北、華南為正，在長(zhǎng)江流域?yàn)樨?fù)。東段位置指數(shù)回歸的風(fēng)場(chǎng)在西北太平洋為反氣旋環(huán)流，反氣旋中心偏東、偏北，位于40°N、145°E。我國(guó)華北受回歸風(fēng)場(chǎng)影響較小，回歸的降水距平也較小。東段指數(shù)在長(zhǎng)江流域回歸的降水負(fù)距平較強(qiáng)，可達(dá)-8%左右。東段位置指數(shù)在南海附近回歸的氣旋式環(huán)流中心也偏東偏北，位于20°N、123°E附近，華南區(qū)域受偏東和東南氣流影響，回歸降水距平為7%左右。

圖5 1979—2020年夏季副高位置指數(shù)回歸的500 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢，單位：m·s-1)和降水距平百分率(填色)(a)整段指數(shù)，(b)西段指數(shù)，(c)東段指數(shù)

為了探究我國(guó)東部夏季降水異常受副高位置南北偏移的影響，圖6給出了西段、東段位置指數(shù)不同配置年份時(shí)我國(guó)夏季降水異常的分布和850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常，西段、東段位置指數(shù)的不同配置對(duì)應(yīng)著我國(guó)不同的降水類型。首先將1979—2020年西段、東段位置指數(shù)大于/小于0.5倍標(biāo)準(zhǔn)差的年份分別定義為西段、東段副高異常偏北/偏南的年份，其中西段、東段指數(shù)都偏北的年份為1994、2001、2004、2011、2012、2018和2020年，西段、東段指數(shù)都偏南的年份為1983、1987、1988和1998年，西段指數(shù)偏北、東段指數(shù)偏南的年份為1984、1996和2016年，西段指數(shù)偏南、東段指數(shù)偏北的年份為1999、2002和2015年。當(dāng)東、西段位置指數(shù)都偏北時(shí)(圖6a)，主雨帶在華北附近，在華東有弱的降水正異常。在日本至我國(guó)華北、東北存在明顯反氣旋式環(huán)流異常，我國(guó)華北地區(qū)為東南風(fēng)異常，有利于水汽輸送產(chǎn)生降水。當(dāng)東、西段位置指數(shù)都偏南時(shí)(圖6b)，長(zhǎng)江流域降水偏多，這種配置包括了1983年和1998年典型的長(zhǎng)江流域強(qiáng)降水年份。在南海附近有明顯的反氣旋式環(huán)流異常，長(zhǎng)江流域受西南風(fēng)異常影響。當(dāng)西段指數(shù)偏北、東段指數(shù)偏南時(shí)(圖6c)，兩條主雨帶分別位于華北和長(zhǎng)江流域。我國(guó)東部上空低層風(fēng)場(chǎng)異常較弱，而中高層上我國(guó)東部位于蒙古附近的氣旋式異常下游(圖略)，有利于降水偏多。當(dāng)西段指數(shù)偏南、東段指數(shù)偏北時(shí)(圖6d)，我國(guó)呈明顯的南澇北旱型。北方大部分地區(qū)受蒙古反氣旋式異常環(huán)流影響，降水異常偏少，我國(guó)東南地區(qū)和西太平洋上為氣旋式環(huán)流異常。以上結(jié)果表明西段、東段副高位置的不同配置對(duì)應(yīng)著我國(guó)主雨帶分布的四種類型，基本符合魏鳳英等(2012),楊柳等(2018)研究中的我國(guó)雨型分布，且相對(duì)于趙俊虎等(2012)中副高脊線和西伸脊點(diǎn)的不同配置對(duì)應(yīng)的雨型特征更明顯。因此，分別刻畫(huà)西段、東段副高的南北位置并研究它們的不同配置將更有助于我國(guó)夏季降水的研究和預(yù)測(cè)。

圖6 1979—2020年中夏季副高位置指數(shù)(a)西段、東段都偏北年,(b)西段、東段都偏南年,(c)西段偏北、東段偏南年,(d)西段偏南、東段偏北年合成的降水距平百分率(彩色點(diǎn))和850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常(風(fēng)矢,單位：m·s-1)(彩色點(diǎn)區(qū)域?yàn)橥ㄟ^(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域)

值得注意的是，在夏季西段、東段位置指數(shù)都偏北的2020年，長(zhǎng)江流域夏季降水異常偏多，明顯多于所有指數(shù)偏北年份的合成結(jié)果(圖6a)，這是由于副高位置的季節(jié)內(nèi)變化導(dǎo)致的。2020年6月副高北抬偏早、7月在江淮流域南北波動(dòng)(劉蕓蕓和丁一匯，2020)，使得西段位置指數(shù)6月偏北、7月偏南，導(dǎo)致6—7月長(zhǎng)江流域降水異常偏多，這有別于其他副高位置指數(shù)偏北的年份。7月底副高明顯北抬，8月西段位置指數(shù)異常偏北，對(duì)應(yīng)華北降水偏多，這與其他年份較為一致。因此，盡管2020年夏季平均的西段、東段位置指數(shù)都偏北，該年長(zhǎng)江流域夏季降水異常仍為偏多，與其他副高指數(shù)偏北年略有不同。

4 結(jié)論與討論

本文以10°～60°N、110°～150°E范圍內(nèi)500 hPa位勢(shì)高度相對(duì)高值區(qū)域的平均緯度定義為西太平洋副高位置指數(shù)，并以130°E為界同樣定義了西段和東段副高位置指數(shù)。對(duì)比了副高位置指數(shù)與目前業(yè)務(wù)上所用脊線指數(shù)的異同，并利用該指數(shù)分析了副高對(duì)我國(guó)夏季降水的影響，得到結(jié)論如下：

(1)副高位置指數(shù)較業(yè)務(wù)脊線指數(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)，在計(jì)算時(shí)，僅使用了位勢(shì)高度場(chǎng)資料，不需使用風(fēng)場(chǎng)資料，定義方法簡(jiǎn)化了計(jì)算流程；指數(shù)定義未局限在588 dagpm或584 dagpm等高線范圍內(nèi)，而是直接刻畫(huà)了副熱帶高壓帶中相對(duì)高值區(qū)域的緯度位置，避免了副高強(qiáng)度較弱時(shí)的缺測(cè)情況；利用東段、西段副高位置指數(shù)分別來(lái)研究副高對(duì)我國(guó)降水的影響，所揭示的副高位置與降水的對(duì)應(yīng)關(guān)系更好，位置指數(shù)與我國(guó)站點(diǎn)降水的相關(guān)性較業(yè)務(wù)脊線指數(shù)有了明顯提高。

(2)夏季平均的副高位置指數(shù)年際變化與我國(guó)夏季降水的年際變化存在很好的相關(guān)性，在華北、黃淮區(qū)域?yàn)檎嚓P(guān)，在西南、長(zhǎng)江流域?yàn)樨?fù)相關(guān)，在華南為正相關(guān)，這與以往的研究結(jié)論是一致的。西段位置指數(shù)與華北平原夏季降水的相關(guān)性更好，平均為0.40，最大可達(dá)0.63，在華北平原有84%的站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)，而使用業(yè)務(wù)方法定義的西段脊線指數(shù)與華北平原降水的相關(guān)系數(shù)僅為0.27。這是由于在某些華北降水異常偏多、偏少年，西段位置指數(shù)異常偏北、偏南的幅度較西段脊線指數(shù)更為明顯。此外，東段位置指數(shù)保持了脊線指數(shù)與長(zhǎng)江流域降水的負(fù)相關(guān)，平均為-0.19，最小可達(dá)-0.63；西段位置指數(shù)與華南夏季降水的相關(guān)系數(shù)平均為0.10，最大為0.55，與脊線指數(shù)基本一致。

(3)西段、東段副高位置偏南、偏北的不同配置對(duì)應(yīng)的我國(guó)主雨帶位置有明顯差異，都偏北年主雨帶位于華北；都偏南年主雨帶位于長(zhǎng)江流域；西段偏北、東段偏南年，通常出現(xiàn)兩條主雨帶，分別位于華北和長(zhǎng)江流域；西段偏南、東段偏北年，我國(guó)東部降水呈明顯的南多北少型。

以往研究中多使用西伸脊點(diǎn)判斷副高東西位置、用脊線位置判斷副高南北位置，用兩個(gè)指數(shù)共同研究副高對(duì)我國(guó)降水的影響。本文直接將副高分為東、西兩段，結(jié)果表明東段、西段副高位置對(duì)我國(guó)夏季降水的年際變化的確有不同影響，且它們偏南、偏北的不同配置對(duì)應(yīng)的我國(guó)雨帶的位置不同。由于副高位置直接受到前期海溫和大氣環(huán)流的影響，這為我國(guó)夏季降水的季節(jié)預(yù)測(cè)提供了更多指示意義，也為季節(jié)內(nèi)副高位置和雨帶移動(dòng)關(guān)系的研究提供了更好前提。