盛夏副高东西位置异常变化对我国气候的影响及预测研究

黄志萍，任广成，夏军

（1.湖南省气象局气象服务中心，湖南长沙410007；2.中国人民解放96631部队，北京102208）

HUANG Zhi-ping1,REN Guang-cheng2,XIAJun2

(1.Hunan Metorological Service Center，changsha 410007China;2.96631 Troops of PLA,Beijing 102208,China)

盛夏副高东西位置异常变化对我国气候的影响及预测研究

黄志萍1，任广成2，夏军2

（1.湖南省气象局气象服务中心，湖南长沙410007；2.中国人民解放96631部队，北京102208）

利用1951—2008年全国160站盛夏（7—8月）气温和降水资料、北半球500 hPa高度场和北太平洋海温场资料及相关环流特征指数资料，分析了盛夏（7—8月）西太平洋副高东西位置异常变化对我国气候的影响及其与北半球500 hPa大气环流和北太平洋海温的关系。发现：盛夏副高东西位置异常偏西年主要集中出现在上世纪90年代和60年代，异常偏东年则集中出现在80年代、70年代和90年代。盛夏副高东西位置与长江流域及其以南地区气温存在着很好的负相关关系，与长江流域及其以北地区降水表现为负相关，与江南和华南地区降水表现为正相关。盛夏副高东西位置异常变化与北半球大范围环流形势调整相联系；前期春季（4—5月）北半球各副高单体强度变化，对盛夏副高东西位置变化具有很好的预测指示性。前期9—3月NINO4区和NINO3区海温，尤其是前期3月NINO4区海温，前期1月NINO3区海温对盛夏副高东西位置异常变化也具有很好的指示意义。

盛夏副高；东西位置；异常变化；预测研究

1 引言

西太平洋副高是影响我国天气气候的主要大气环流系统。众多的工作表明[1-6]，无论是我国大范围的干旱或洪涝，还是区域性的以至局地天气，都与这个大气活动中心有密切的关系，尤其是西太平洋副高位置的异常变化，往往能酿成我国大范围天气气候的异常。因此，对西太平洋副高的研究一直被广大气象科技工作者所重视。关于对副高的研究，大致可以包括三个方面：一是西太平洋副高自身变化规律的研究，主要研究副高的形状、结构、性质及其时空变化特征[7-10]；二是对影响副高活动的因子进行广泛的探讨[11-15]；三是研究副高季内、年内、年际及年代际变化与天气、气候的关系[16-19]。关于对副高位置的异常变化研究，更多的是侧重于副高脊线位置，也即南北位置异常变化的研究。对于副高东西位置异常变化的研究相对较少。黄士松[20]早在上世纪60年代，研究过副高东西向移动及其预报问题。俞永强等人[21]曾用涡度场定义副高东西位置，并加以研究。本文试图利用国家气候中心根据500 hPa高度场定义的副高西伸脊点指数，作为表征副高东西位置变化的基本资料，从短期气候预测的角度就其异常变化对我国气候的影响及预测问题加以探讨。

2 资料和方法

采用1951—2008年全国160站盛夏（7—8月）气温、降水资料；历年逐月北半球500 hPa高度（网格：5°×10°）资料和相关环流特征指数资料；历年逐月北太平洋海温（网格：5°×5°）资料。历年逐月副高西伸脊点指数资料，该指数是指在500 hPa月平均环流图上，取90º—180ºE范围内588 dagpm等值线最西位置所在的经度值。盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和为7、8两月份西伸脊点指数距平之和。资料均由中国气象局气候中心提供。

对历年盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和与全国160站气温、降水分别进行相关计算，分析对我国气候的影响；制作其历史演变和9年滑动平均曲线，分析其年代际变化；并依据其大小，确定盛夏副高东西位置异常变化年份，分别计算其同期和前期逐月北半球500 hPa高度累积距平场、前期北太平洋海温累积距平场及相应的相关场。通过合成分析、对比分析和相关分析等统计学方法，找出盛夏副高东西位置异常变化与同期和前期北半球500 hPa高度及前期北太平洋海温的显著关系。

3 盛夏副高东西位置异常变化对我国气候的影响

依据历年盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平资料，把7、8两个月副高西伸脊点指数距平和≤-30的年份定义为盛夏副高异常偏西年。按此标准，在1951—2008年的58年中，副高异常偏西年共出现10年。分别是1953年、1962年、1964年、1966年、1983年、1995年、1996年、1997年、1998年和2003年。把7、8两个月副高西伸脊点指数距平和≥25的年份定义为盛夏副高异常偏东年。在1951—2008年的58年中，共出现8个副高异常偏东年。分别是1968年、1972年、1974年、1982年、1984年、1986年、1999年和2000年。从异常年份的分布不难发现，副高异常偏西年主要集中出现在上世纪90年代，10年中竟出现4年,且是连续出现；60年代也出现较多，为3年；50年代、80年代和进入本世纪的8年中，均各出现1年；70年代竟没有出现。副高异常偏东年，以上世纪80年代出现最多，为3年；其次是70年代和90年代，各年代均为2年；60年代仅出现1年；50年代和进入本世纪后的8年中，竟没有出现副高异常偏东年。图1给出历年盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和演变曲线，可较清楚地看出其年际和年代际变化。我们这里所关心的是副高东西位置的这种年际和年代际变化对我国或者说对我国哪些地区的气候变化具有显著影响。对此，分别计算了盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和与我国160站气温和降水的相关分布（见图2、图3）。可以看出，副高西伸脊点与我国气温的相关分布，除东北地区表现为弱的正相关外，全国其余地区均为负相关，高负相关区主要位于我国南方，长江流域及其以南地区绝大多数代表站的相关系数，通过0.05显著性水平检验。不少代表站的相关系数，还达到0.001显著性水平检验。表1给出盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与我国南方20个代表站相关统计。其中通过0.001显著性水平检验的有4个代表站；通过0.01显著性水平检验的有10个代表站；其余代表站也均通过0.05显著性水平检验。表明盛夏副高异常偏东年，我国大部地区气温，尤其是南方地区气温以偏低为主。反之，盛夏副高异常偏西年，我国大部地区气温，则以偏高为主。在副高西伸脊点与我国降水的相关分布上，除江南和华南地区为正相关外，长江流域及其以北广大地区，则以负相关为主。就相关程度而言，负相关好于正相关。但又远不及与温度的相关好。对于江南和华南地区，正相关系数通过0.05显著性水平检验的仅有3个代表站。负相关相对较好的地区，主要出现在东北南部和内蒙东部部分地区，如沈阳、通辽、丹东、大连和赤峰代表站的相关系数，均通过0.01显著性水平检验。对于北方其他地区也有个别代表站负相关较好，如济南代表站的相关系数为-0.41,接近0.001显著性水平检验。这就是说，盛夏副高异常偏东年，我国江南和华南地区降水易偏多，长江流域及其以北地区，尤其是东北南部和内蒙东部部分地区降水易偏少。反之亦然。

图1 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和（实线）及9年滑动平均（虚线）演变曲线

图2 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和与我国160站气温的相关分布（相关系数扩大100倍）

图3 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数距平和与我国160站降水的相关分布（相关系数扩大100倍）

表1 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与我国南方20个代表站气温相关统计

4 盛夏副高东西位置异常时500 hPa环流特征

4.1 盛夏副高东西位置异常时同期500 hPa环流特征

为分析盛夏副高东西位置异常时的500 hPa环流特征，分别制作了10个盛夏副高异常偏西年和8个盛夏副高异常偏东年北半球500 hPa高度累积距平合成图（见图4—5），对比图4和图5，可以看出，盛夏副高异常偏西年，整个北半球低纬地区全部为正距平控制，尤其西太平洋地区强度偏强，最大正距平中心位于120ºE附近，强度达13 dagpm，这正是西太平洋副高活动的西部区域。而盛夏副高异常偏东年，北半球低纬地区则全部为负距平分布，也是西太平洋西部地区负距平强度较强，最强负距平中心位于130ºE，强度为-14 dagpm。说明盛夏副高异常偏西年，整个北半球低纬地区高度场偏高，北半球各副高单体强度偏强，尤其是西太平洋副高本身强度明显偏强。相反，盛夏副高异常偏东年，北半球低纬地区高度场偏低，北半球各副高单体强度偏弱，西太平洋副高本身强度则明显偏弱。也就是说，盛夏副高东西位置异常变化与北半球各副高单体强度变化相联系，尤其是与其自身强度变化密切相关。当盛夏副高位置偏西时，多伴随着强度偏强；盛夏副高位置偏东时，则多伴随着强度偏弱。为较客观的说明问题，表2给出盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与北半球各副高单体强度指数的相关统计结果。可以看出，盛夏副高西伸脊点与北半球各副高单体强度均表现出很好的负相关关系，除与北非副高强度和大西洋副高强度的相关系数，通过0.01显著性水平检验外，其余相关系数均通过0.001显著性水平检验。尤其是西太平洋副高西伸脊点与其自身强度之间的负相关系数竟达-0.62,远超过0.001显著性水平检验。不仅如此，在盛夏副高异常偏西和偏东年，其北半球中高纬度地区高度距平场的分布上也存在着显著的差异。如盛夏副高异常偏西年，在乌拉尔、北美和中太平洋地区均为较强的正距平区，中心强度分别为18、23和18 dagpm，说明这些地区多长波脊活动。而在盛夏副高异常偏东年，上述3个地区基本都是较强的负距平区，尤其是乌拉尔和北美地区，负距平中心强度均达到-13 dagpm,表明盛夏副高异常偏东年这些地区多长波槽活动。总之，盛夏西太平洋副高异常偏西或偏东，都联系着大范围环流形势的改变，或者说是大范围环流形势调整的一种结果。

图4 10个盛夏副高异常偏西年北半球500 hPa高度累积距平合成图

图5 8个盛夏副高异常偏东年北半球500 hPa高度累积距平合成图

表2 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与北半球各副高单体强度指数的相关统计

4.2 盛夏副高东西位置异常时前期500 hPa环流特征

对盛夏副高10个异常偏西年和8个异常偏东年，分别制作其前期秋、冬、春季北半球500 hPa高度累积距平合成，并进行相应的差值和相关计算分析。发现以前期春季北半球500 hPa高度差异最为显著且相关最好，前期冬季次之，秋季最差。故重点分析前期春季的情况。图6给出盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与前期春季（4—5月）北半球500 hPa高度相关分布。从图6可看出，整个北半球低纬地区，均为较好的负相关，高负相关区主要集中在我国长江以南、中南半岛、南海和西太平洋地区。负相关中心相关系数为-0.57,远超过0.001显著性水平检验。北半球高纬度地区也基本全为负相关，但相关程度不及低纬度地区。相对而言，相关程度西半球好于东半球，高负相关区出现在格陵兰岛，负相关中心相关系数仅为-0.36。鄂霍次克海地区为一正相关区，相关程度也不够好，最大相关系数为0.36。说明对盛夏副高东西位置异常变化具有较好指示意义的前期春季大气环流因子，主要还是在低纬度地区。表3给出盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与前期春季（4—5月）北半球各副高单体强度指数的相关统计结果。可以看出，北半球副高、北非大西洋北美副高、印度副高、西太平洋副高、北美副高、南海副高和太平洋副高强度均具有很好的负相关关系，相关系数均通过0.001显著水平性检验。表明前期春季这些副高单体的强弱变化对盛夏副高东西位置的异常变化具有很好的预测指示性。当它们前期春季强度偏强时，盛夏副高位置多偏西。反之，春季强度偏弱时，盛夏副高位置多偏东。

图6 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与前期春季（4—5月）北半球500 hPa高度相关分布（相关系数扩大100倍）

表3 盛夏(7—8月)副高西伸脊点指数与前期春季（4—5月）北半球各副高单体强度指数的相关统计

统计分析还发现，前期春季（3—4月）南方涛动强弱变化，对盛夏副高东西位置异常变化也具有一定的指示意义，其间的相关系数为0.37，通过0.01显著性水平检验。说明前期春季南方涛动越强，盛夏副高位置越易偏东。反之，春季南方涛动越弱，盛夏副高位置越易偏西。

许多研究[22-23]表明，西太平洋副高在强度变化上具有较好的持续性，秋季为副高强度的转换季节。由于副高强度变化与东西位置变化关系密切。那么，在副高东西位置变化上是否也应具有持续性和转折性特征？对此，计算了西太平洋副高西伸脊点指数各相邻月份之间的相关系数（见图7）。从图7可以看出，除7—8月、8—9月、9—10月相关关系略差外，其余各相邻月份之间的相关系数均很高，尤其是冬、春季节各相邻月份的相关系数，均超过0.001显著性水平检验。可见西太平洋副高在东西位置变化上也具有较好的持续性特征，但转换季节不是发生在秋季，而是从夏季的7月份开始，10月份结束。因此，在实际对盛夏副高东西位置进行预测时，其自身的持续性和转折性特征，也可谓是一种较好的预测依据。

图7 西太平洋副高西伸脊点指数各相邻月份之间的相关系数分布

5 盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应

为分析盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应。首先对盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与前期9月至同期8月热带海区（5ºN—10ºS、180º—80ºW范围共82个格点）海温进行相关计算，并统计每一张相关图上相关系数分别达到0.05、0.01显著性水平检验的格点数以及这些格点数占总格点的百分比，然后作这些达到相关信度格点数百分比的时间变化曲线（见图8），以反映盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应，主要出现在哪些季节或月份。由图8可看出，从前期秋季9月至翌年春季3月，盛夏副高西伸脊点指数与热带海温的关系均比较好。各月相关系数达到0.05显著性水平检验度的百分比均在50%以上，百分比最高的出现在1月，达88%；12月次之，为80%。相关系数达到0.01显著性水平检验的百分比，最高的也出现在1月，达67%，也是12月份次之，为56%。说明盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应，主要发生在前期秋、冬季节，尤其是对前期12月和1月热带海温的响应最为明显。需要说明的是，在计算的盛夏副高西伸脊点指数与前期和同期热带海区海温的每张相关分布图上，均表现为不同程度的负相关。显然，这与副高西伸脊点与其自身强度存在着很好的负相关关系有关，而副高强度在与前期热带海温的关系中，均表现为不同程度的正相关[24-25]。

图8 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与前期9月至同期8月热带海温相关系数达到0.05（实线）和0.01（虚线）显著性水平检验格点数占总格点数的百分比变化曲线

为进一步说明盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应，主要出现在具体的哪一热带海区。分别统计前期9月至同期8月各NINO海区的相关指数（见表4）。各NINO海区的相关指数实际上是各NINO海区的平均相关系数，即对各NINO海区的格点相关系数求和，再计算格点平均值所得。从表4可看出，在盛夏副高西伸脊点与各NINO海区海温的关系中，负相关相对最好的海区为NINO4，其次是NINO3区，NINO1、2区较差。负相关相对较好的月份，NINO4区和NINO3区均为前期9月至翌年3月。其中，NINO4区相关最好的月份，出现在3月，相关指数为-0.40,其次是12月，相关指数为-0.38。NINO3区相关最好的月份，出现在1月，相关指数为-0.38,其次是11月和12月，相关指数均为-0.33。表明盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应,主要出现在前期9—3月NINO4区和NINO3区。尤其是对前期3月NINO4区海温，前期1月NINO3区海温响应最为明显。鉴于前期3月NINO4区海温与盛夏副高西伸脊点负相关关系最为密切，为直观起见，图9给出盛夏副高西伸脊点指数与前期3月NINO4区海温指数演变曲线。可以看出，其演变趋势明显相反，其间的相关系数为-0.52,超过0.001显著性水平检验。说明前期3月NINO4区海温高低变化，对盛夏副高东西位置变化具有很好的预测指示意义。即前期3月NINO4区海温高时，盛夏副高东西位置多偏西。反之，盛夏副高位置多偏东。

表4 盛夏（7—8月）副高西伸脊点指数与前期和同期各NINO海区海温相关指数统计

图9 盛夏副高西伸脊点指数（实线）与前期3月NINO4区海温指数（虚线）演变曲线

6 结论

（1）盛夏副高东西位置年代际变化特征主要表现为，异常偏西年集中出现在上世纪90年代和60年代。异常偏东年则集中出现在80年代、70年代和90年代。盛夏副高东西位置异常变化对我国气候的影响，主要表现为：副高位置越偏西，我国大部地区，尤其是长江流域及其以南地区气温越偏高；长江流域及其以北地区降水越易偏多，江南和华南地区降水越易偏少。反之，副高位置越偏东，我国大部地区，尤其是长江流域及其以南地区气温越偏低；长江流域及其以北地区降水越易偏少，江南和华南地区降水越易偏多；

（2）盛夏副高东西位置异常变化与北半球大范围环流形势调整相联系，尤其是与北半球各副高单体强度变化，其中最明显的是其自身强度变化相联系。同时，也与乌拉尔山、北美和中太平洋地区的高度场变化相联系；

（3）前期春季（4—5月）北半球各副高单体强度变化，尤其是北半球副高、北非大西洋北美副高、印度副高、西太平洋副高、北美副高、南海副高和太平洋副高强度变化，对盛夏副高东西位置变化具有很好的预测指示性。当前期春季这些副高单体强度偏强时，盛夏副高位置多偏西；春季强度偏弱时，盛夏副高位置多偏东；

（4）盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应，就整个热带海区而言，主要发生在前期秋、冬季节，尤其是对前期12月和1月热带海温的响应最为明显。就各NINO海区而言，盛夏副高东西位置异常变化对热带海温的滞后响应,主要出现在前期9—3月NINO4区和NINO3区。尤其是对前期3月NINO4区海温，前期1月NINO3区海温响应最为明显。当前期9—3月NINO4区和NINO3区海温，尤其是前期3月NINO4区海温，前期1月NINO3区海温高时，盛夏副高东西位置多偏西。反之，盛夏副高位置多偏东。

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Impact of anomalous latitudinal position of western pacific subtropical high on climate change in midsummer in China

Based on air temperature,precipitation,500hPa geopotential height in the Northern Hemisphere,sea surface temperature in the Northern Pacific and the related circulation characteristic index in midsummer(from July to August)collected from the 160 nationwide stations from 1951 to 2008,the influence of latitudinal position anomaly of Western Pacific subtropical high in midsummer(from July to August)on the climate in our country and its relations to 500hPa atmospheric circulation of the Northern Hemisphere as well as sea surface temperature in the Northern Pacific is analyzed.It is found that the west-extending of the position of subtropical high in midsummer mainly appeared in 1990s and 1960s,while the east-extending mostly appeared in 1980s,1970s and 1990s.There is high negative correlation between latitudinal position of subtropical high in midsummer and the air temperature of Yangtze River Basin as well as its south area.There is negative correlation between latitudinal position and precipitation of Yangtze River Basin as well as its north area.There is positive correlation between latitudinal position and precipitation of Southern Yangtze as well as South China.Also,latitudinal position anomaly of subtropical high in midsummer is relative to large-scale adjustment of atmospheric circulation in the Northern Hemisphere.The intensity variation of the Northern Hemisphere subtropical high of the preceding spring (from April to May)always indicates the variation of the latitudinal position of the subtropical high in midsummer.The sea surface temperature of NINO04 and NINO03 area during the preceding September to March,especially the preceding March of NINO04 area and the preceding January of NINO03 area,also can effectively indicate the latitudinal position anomaly of subtropical high in midsummer.

subtropical high in midsummer;latitudinal position;anomaly;forecasting study

HUANG Zhi-ping1,REN Guang-cheng2,XIAJun2

(1.Hunan Metorological Service Center，changsha 410007China;2.96631 Troops of PLA,Beijing 102208,China)

book=27,ebook=27

P466

：A

：1003-0239（2012）03-0053-09

2011-06-15

黄志萍(1967-)，女，工程师，主要从事天气气候分析。E-mail:hzp6712@sina.com