夏季西太平洋副高脊线位置年 (代)际变化研究

王 林,蒋志鹏

(1.湖南省张家界市气象局,湖南 张家界 427000;2.湖南省桑植县气象局,湖南 桑植 410100)

夏季西太平洋副高脊线位置年 (代)际变化研究

王 林,蒋志鹏

(1.湖南省张家界市气象局,湖南 张家界 427000;2.湖南省桑植县气象局,湖南 桑植 410100)

西太平洋副热带高压对中国天气的影响尤为国内外气象工作者所关注,特别是在夏季,西太平洋副高脊线南北移动的变化与中国东部雨带的南北移动、热带西太平洋台风的移动路径有非常重要的关系。该文利用国家气候中心提供的1951年 1月至 2006年 12月期间的西太平洋副高脊线位置资料,初步研究西太平洋副高的年际和年代际变化特征,计算逐年6—8月的平均副高脊线位置并用小波变换方法研究其年际和年代际变化特征。研究发现,中国降水带的南北移动与西太平洋副高的季节活动相一致,西太平洋副高脊线位置变化存在多时间尺度特征。除季节性变化外,脊线的位置存在 2～4a和 8～12a左右的准周期振荡以及更长时间的年代际变化趋势。

西太平洋副高;脊线位置;小波变换

1 引言

西太平洋副高的变化受到大气环流、海气相互作用等诸多因素的影响[2]。黄荣辉等认为西太平洋副高作为东亚季风的主要成员,其形成及活动与非绝热加热也会有密切关系,它的南北移动和强度在很大程度上取决于非绝热加热的空间分布。吴国雄等也指出东亚季风降雨所致的凝结潜热加热是影响东半球夏季副高位置和强度的关键因素[3]。喻世华等提出过一种季风系统的自我调节机制,也认为中国大陆东部夏季降水的凝结潜热释放是西太平洋副高南北移动和强度变化的主要动力因子[4]。

西太平洋副高的季节性活动,具有明显的规律性[5]。冬季时,西太平洋副高脊线一般位于 15°N附近,随着季节的转暖,脊线缓慢北移,到 6月中、下旬,脊线迅速北跳,稳定于 20～25°N间。至 7月上、中旬,脊线再次北跳,跃到 25°N以北地区,以后就摆动在 25～30°N之间,7月底到 8月初,脊线跨越30°N,到达最北的位置。从 9月起,脊线开始自北向南退缩,9月上旬脊线第一次回跳到 25°N附近,10月上旬再次跳到 20°N以南地区,从此结束了一年为周期的季节性南北移动。

西太平洋副热带高压是我国,尤其是我国东部地区夏半年天气气候变化的主要控制系统,其活动始终是气象工作者所关注的大气环流成员之一,国内学者已做了不懈努力,研究的成果也相当多。但是,对于副高南北活动的特定位置的探索仍比较少见,而副高南北活动的特定位置又往往是天气气候变化的重要环流特征,如副高脊线北抬至 25°N时华南 (福建)雨季结束,雨带推进至江淮流域。可见,研究副高脊线位置是一项很有实际意义的工作[6]。

2 资料和方法

选取由国家气候中心提供的 1951年 1月—2006年 12月期间的西太平洋副热带高压脊线位置资料,初步研究西太平副热带高压的年际和年代际变化特征。为反映变化的总趋势,分别对 6-8月进行直线拟合,代表西太平洋副热带高压脊线位置的变化值。为消除各月变化,分别对各月变化进行距平,对各时间序列的距平值进行连续的小波变换。此外,本文还对各时间序列进行了 10a平均距平计算,以便和小波分析结果进行比较。

3 副高脊线位置变化的小波分析

3.1 6月份变化特征

表 1为 1951-2006年共 56a各年 6月西太平洋副高脊线位置年代距平。由表 1可见,20世纪 50-60年代、80-90年代距平为负,说明脊线位置偏南;20世纪 70年代和 21世纪 00年代距平都为正,说明脊线位置偏北。

表 1 6月份西太平洋副高脊线位置年代距平

图 1 6月份西太平洋副高脊线位置年际变化 (a)及其小波变换图 (b)

由图 1(a)可见,6月副高脊线总体上呈现偏北倾向趋势。由图 1(b)可见,在 8～12a时间尺度上,西太平洋副高脊线经历了南—北—南—北 4个循环交替。在 1951—1956年、1961—1997年期间脊线位置偏南;在 1957—1960年、1998—2006年期间脊线位置逐渐偏北,而此期间等值线并未闭合,说明2006年以后在此时间尺度上,脊线位置将继续偏北。在 2～4a时间尺度,脊线位置经历了北—南—北—南—北—南—北—南—北—南 10个循环交替。1951—1956、1960—1965、1972—1980、1986—1992、1996—2002年脊线位置均偏北。1957—1959、1966—1971、1981—1985、1993—1995、2003—2006年脊线位置均偏南。从图 1可以推测,2007年副高脊线也将处于偏南位置,通过当年实况及华南地区的洪涝灾害便验证了这一点。

3.2 7月份变化特征

同法可以说明,除了 20世纪 70年代距平为负外,其它年代均为正值。再从距平百分比来看,除了 20世纪 70年代基本接近正常值外,其它年代脊线位置均偏北。

7月份副高脊线总体上呈现偏北倾向趋势。在8～12a时间尺度上的周期震荡较为明显,期间西太平洋副高脊线经历了北—南—北 3个循环交替。1951—1978年、1993—2006年脊线位置偏北,1979—1992年脊线位置逐渐偏南。在 2-4a的时间尺度上,脊线位置经历了南—北—南—北—南—北—南—北—南—北—南—北 12个循环交替。1951—1953、1957—1960、1965—1972、1979—1985、1989—1993、2001—2004年 脊 线 位 置 均 偏 南。1954—1956、1961—1964、1973—1978、1986—1988、1994—2000、2005—2006年脊线位置均偏北。

3.3 8月份变化特征

同法可以说明,20世纪 50年代—21世纪 00年代距平都为正,说明脊线位置都偏北;

8月份副高脊线总体上呈现偏南倾向趋势。在较大尺度 8～12a上,西太平洋副高脊线经历了北—南—北 3个循环交替。1951—1973年、1994—2006年脊线位置偏北,1974—1993年脊线位置逐渐偏南。在 2～4a时间尺度,脊线位置经历了北—南—北—南—北—南—北—南—北—南—北—南 12个循环交替。1951—1954、1957—1962、1967—1976、1983—1986、1991—1995、1998—2004年脊线位置均 偏 北。 1955—1956、1963—1966、1977—1982、1987—1990、1996—1997、2005—2006年脊线位置均偏南。对于 2a以下时间尺度来说,则有更多的脊线位置南北循环交替、南北移动突变点增多。

4 副高脊线位置变化的小波方差分析

以上分析了 6～8月西太平洋副高脊线位置变化的几个周期范围。为了判断各序列变化的主要周期,下面进行小波方差检验,其计算公式为：

式中W p(a)为小波方差,|Wf(a,b)|为小波系数。小波的方差图反映了能量随尺度a的分布,可以确定一个时间序列中各种尺度扰动的相对强度,对应峰值处的尺度称为该序列的主要时间尺度,用以反映时间序列的主要周期。

根据公式(1),本文计算了各序列的小波方差,据此确定各序列中存在的主要周期 (见图 2)。图2a显示 6月西太平洋副高脊线位置年际变化小波方差,从图中可以看出,共有 2个峰值,对应着其变化的 2个主要周期 3a、8a;图 2b显示 7月西太平洋副高脊线位置年际变化小波方差,从图中可以看出,共有 2个峰值,对应着其变化的 2个主要周期1.5a、13a;图 2c显示 8月西太平洋副高脊线位置年际变化小波方差,从图中可以看出,共有 2个峰值,对应着其变化的 2个主要周期 2a和 12a。

图 2 6—8月份西太平洋副高脊线位置年际变化小波方差

5 结论

①我国降水带的南北移动与西太平洋副高的季节活动有很大关系,通常降雨带位于副高脊线以北约 5～8个纬度。到 6月中、下旬,脊线第 1次北跳,稳定于 20～25°N间。在 7月上、中旬,脊线第 2次北跳并活跃在 25～30°N之间。

②西太平洋副高南北移动变化直接关系到东亚旱、涝灾害程度,如台风、暴雨均与西太平洋副高有关。西太平洋副高是我国,尤其是我国东、南部地区夏半年天气气候变化的主要控制系统。

③当 6月份西太平洋副高脊线位置偏南时,将很有可能给华南地区带来一定强度的大降水,甚至造成洪涝灾害。

④西太平洋副高脊线位置变化存在多时间尺度特征。主要表现出 2～4a和 8～12a周期尺度,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。

[1] 陈联寿,丁一汇 .西太平洋台风概论 [M].北京：科学出版社,1979,9.

[2] 李德萍,王新功,匡霞,等 .7月西太平洋副高相关分析及预报[J].山东气象,2005,(2)：8-11.

[3] 王黎娟,温敏,罗玲,等 .西太平洋副高位置变动与大气热源的关系[J].热带气象学报,2005,21(5)：488-496.

[4] 温敏,何金海 .夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的影响[J].南京气象学院学报,2000,23(4)：536-541.

[5] 温敏,何金海 .夏季西太平洋副高脊线的活动特征及其可能的机制[J].南京气象学院学报,2002,25(3)：289-297.

[6] 许金镜,杨林,温珍治,等 .西太平洋副高脊线北抬至 25°N的 OLR特征及诊断分析[J].气象,29(9)：42-46.

[7] 彭玉华 .小波变换与工程应用[M].北京：科技出版社,2002：13-16.

[8] 胡增臻,石伟 .子波变换在大气科学中的应用研究[J].大气科学,1997,21(1)：58-72.

[9] 邓自旺,尤卫红,林振山 .小波变换在全球气候多时间尺度变换分析中的应用[J].南京气象学院报,1997,20(4)：505-510.

[10] 林振山,邓自旺 .子波气候诊断技术的研究[M].北京：气象出版社,1999.10.

[11] 许月卿,李双成,蔡运龙 .基于小波分析的河北平原降水变化规律研究[J].中国科学 D辑,地球科学,2004,34(12)：1176-1183.

P443

B

1003-6598(2010)增刊-0056-03

2010-09-10

王林 (1984-),男,助工,主要从事雷电防护工作。