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中國天氣的影響尤為國內外氣象工作者所關注,特別是在夏季,西太平洋副高脊線南北移動的變化與中國東部雨帶的南北移動、熱帶西太平洋臺風的移動路徑有非常重要的關系。該文利用國家氣候中心提供的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。研究發現,中國降水帶的南北移動與西太平洋副高的季節活動相一致,西太平洋副高脊線位置變化存在多時間尺度特征。除季節性變化外,脊線的位置存在 2～4a和 8～12a左右的準周期振蕩以及更長時間的年代際變化趨勢。

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流、海氣相互作用等諸多因素的影響[2]。黃榮輝等認為西太平洋副高作為東亞季風的主要成員,其形成及活動與非絕熱加熱也會有密切關系,它的南北移動和強度在很大程度上取決于非絕熱加熱的空間分布。吳國雄等也指出東亞季風降雨所致的凝結潛熱加熱是影響東半球夏季副高位置和強度的關鍵因素[3]。喻世華等提出過一種季風系統的自我調節機制,也認為中國大陸東部夏季降水的凝結潛熱釋放是西太平洋副高南北移動和強度變化的主要動力因子[4]。

西太平洋副高的季節性活動,具有明顯的規律性[5]。冬季時,西太平洋副高脊線一般位于 15°N附近,隨著季節的轉暖,脊線緩慢北移,到 6月中、下旬,脊線迅速北跳,穩定于 20～25°N間。至 7月上、中旬,脊線再次北跳,躍到 25°N以北地區,以后就擺動在 25～30°N之間,7月底到 8月初,脊線跨越30°N,到達最北的位置。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,從此結束了一年為周期的季節性南北移動。

西太平洋副熱帶高壓是我國,尤其是我國東部地區夏半年天氣氣候變化的主要控制系統,其活動始終是氣象工作者所關注的大氣環流成員之一,國內學者已做了不懈努力,研究的成果也相當多。但是,對于副高南北活動的特定位置的探索仍比較少見,而副高南北活動的特定位置又往往是天氣氣候變化的重要環流特征,如副高脊線北抬至 25°N時華南 (福建)雨季結束,雨帶推進至江淮流域。可見,研究副高脊線位置是一項很有實際意義的工作[6]。

2 資料和方法

選取由國家氣候中心提供的 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,分別對 6-8月進行直線擬合,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,分別對各月變化進行距平,對各時間序列的距平值進行連續的小波變換。此外,本文還對各時間序列進行了 10a平均距平計算,以便和小波分析結果進行比較。

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 50-60年代、80-90年代距平為負,說明脊線位置偏南;20世紀 70年代和 21世紀 00年代距平都為正,說明脊線位置偏北。

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偏北傾向趨勢。由圖 1(b)可見,在 8～12a時間尺度上,西太平洋副高脊線經歷了南—北—南—北 4個循環交替。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,說明2006年以后在此時間尺度上,脊線位置將繼續偏北。在 2～4a時間尺度,脊線位置經歷了北—南—北—南—北—南—北—南—北—南 10個循環交替。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,2007年副高脊線也將處于偏南位置,通過當年實況及華南地區的洪澇災害便驗證了這一點。

3.2 7月份變化特征

同法可以說明,除了 20世紀 70年代距平為負外,其它年代均為正值。再從距平百分比來看,除了 20世紀 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偏北傾向趨勢。在8～12a時間尺度上的周期震蕩較為明顯,期間西太平洋副高脊線經歷了北—南—北 3個循環交替。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的時間尺度上,脊線位置經歷了南—北—南—北—南—北—南—北—南—北—南—北 12個循環交替。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

同法可以說明,20世紀 50年代—21世紀 00年代距平都為正,說明脊線位置都偏北;

8月份副高脊線總體上呈現偏南傾向趨勢。在較大尺度 8～12a上,西太平洋副高脊線經歷了北—南—北 3個循環交替。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時間尺度,脊線位置經歷了北—南—北—南—北—南—北—南—北—南—北—南 12個循環交替。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。對于 2a以下時間尺度來說,則有更多的脊線位置南北循環交替、南北移動突變點增多。

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周期范圍。為了判斷各序列變化的主要周期,下面進行小波方差檢驗,其計算公式為：

式中W p(a)為小波方差,|Wf(a,b)|為小波系數。小波的方差圖反映了能量隨尺度a的分布,可以確定一個時間序列中各種尺度擾動的相對強度,對應峰值處的尺度稱為該序列的主要時間尺度,用以反映時間序列的主要周期。

根據公式(1),本文計算了各序列的小波方差,據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個峰值,對應著其變化的 2個主要周期 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個峰值,對應著其變化的 2個主要周期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個峰值,對應著其變化的 2個主要周期 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 結論

①我國降水帶的南北移動與西太平洋副高的季節活動有很大關系,通常降雨帶位于副高脊線以北約 5～8個緯度。到 6月中、下旬,脊線第 1次北跳,穩定于 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變化直接關系到東亞旱、澇災害程度,如臺風、暴雨均與西太平洋副高有關。西太平洋副高是我國,尤其是我國東、南部地區夏半年天氣氣候變化的主要控制系統。

③當 6月份西太平洋副高脊線位置偏南時,將很有可能給華南地區帶來一定強度的大降水,甚至造成洪澇災害。

④西太平洋副高脊線位置變化存在多時間尺度特征。主要表現出 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。

[1] 陳聯壽,丁一匯 .西太平洋臺風概論 [M].北京：科學出版社,1979,9.

[2] 李德萍,王新功,匡霞,等 .7月西太平洋副高相關分析及預報[J].山東氣象,2005,(2)：8-11.

[3] 王黎娟,溫敏,羅玲,等 .西太平洋副高位置變動與大氣熱源的關系[J].熱帶氣象學報,2005,21(5)：488-496.

[4] 溫敏,何金海 .夏季季風降水凝結潛熱釋放效應對西太平洋副高形成和變異的影響[J].南京氣象學院學報,2000,23(4)：536-541.

[5] 溫敏,何金海 .夏季西太平洋副高脊線的活動特征及其可能的機制[J].南京氣象學院學報,2002,25(3)：289-297.

[6] 許金鏡,楊林,溫珍治,等 .西太平洋副高脊線北抬至 25°N的 OLR特征及診斷分析[J].氣象,29(9)：42-46.

[7] 彭玉華 .小波變換與工程應用[M].北京：科技出版社,2002：13-16.

[8] 胡增臻,石偉 .子波變換在大氣科學中的應用研究[J].大氣科學,1997,21(1)：58-72.

[9] 鄧自旺,尤衛紅,林振山 .小波變換在全球氣候多時間尺度變換分析中的應用[J].南京氣象學院報,1997,20(4)：505-510.

[10] 林振山,鄧自旺 .子波氣候診斷技術的研究[M].北京：氣象出版社,1999.10.

[11] 許月卿,李雙成,蔡運龍 .基于小波分析的河北平原降水變化規律研究[J].中國科學 D輯,地球科學,2004,34(12)：1176-1183.

P443

B

1003-6598(2010)增刊-0056-03

2010-09-10

王林 (1984-),男,助工,主要從事雷電防護工作。