影响2021年西北太平洋副热带高压的春季环境因子的特征分析

翁锦文　甘秋莹　彭旭钢　王磊

摘要 对2021年春季影响西太副高的3种春季环境因子（热带印度洋与西北太平洋海域海表面温度异常（SSTA）的差值、赤道中太平洋5月与3月SSTA的差值、北大西洋涛动指数）的特征进行了分析。结果显示：2021年春季热带印度洋与西北太平洋海域SSTA的差值表现为负异常（-0.32℃）、赤道中太平洋5月与3月的SSTA差值表现为弱的正异常（0.02℃）、北大西洋涛动指数则出现负异常（-0.79）。利用3个春季环境因子构建的预报方程对2021年夏季西太副高指数的预报值为-0.44，这与2021年夏季西太副高指数的实测值（0.28）存在一些偏差。春季热带印度洋与西北太平洋的SSTA差值在3个环境因子中对2021年西太副高的预报结果有着最大的贡献，西北太平洋海域SSTA的暖异常可能是引起2021年夏季西太副高预报强度偏弱的重要原因。通过对比2021年夏季各月的西太副高指数观测值发现，8月与7月的西太副高指数存在较大差异，夏季各月之间差异的增大可能是导致预报结果不理想的原因。在西太副高的预报方面，需要进一步针对夏季各月之间差异较大的情况改进预报方法。

关键词 西北太平洋副热带高压;春季环境因子;海温异常;印太海温纬向梯度;北大西洋涛动

中图分类号：P461 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2021）11–0074–05

西北太平洋副热带高压（简称为西太副高）是影响我国天气和气候异常的重要大气系统[1-3]。西太副高异常伴随的降雨、高温和台风活动会影响农业生产活动，对西太副高的预报可以为农业气象灾害防灾减灾提供有益帮助。西太副高与季风和台风活动密切相关，西太副高的异常会引起季风降雨异常和台风活动异常[4-7]。2020年夏季出现的“超级暴力梅”降雨异常和7月西北太平洋没有台风生成的“空台”事件等气候异常都与西太副高的异常密切相关[8-10]。西太副高异常受厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）的显著影响，同时可能会对ENSO的演化产生反馈作用[11-15]。因此，研究西太副高变异规律和可预报性具有重要的现实意义。

Wang等[16]提出了可以利用影响夏季西太副高强度的3种春季环境因子（热带印度洋与西北太平洋海域海温的差值、赤道中太平洋5月与3月海温的差值、北大西洋涛动指数）构建预报方程，从而可以很好地预报接下来的夏季西太副高强度。由于西太副高与季风和台风活动之间关系密切，预报西太副高的同时可以为季风和台风活动的预报提供有效途径。研究结果表明，西太副高与海洋之间的相互作用可以提供气候可预测性的来源[17]。

对2021年春季影响西太副高的3种春季环境因子的异常特征进行考察和分析，并利用2021年春季的环境因子对2021年夏季西太副高的强度进行短期气候预测，并与2021年夏季西太副高的实际观测结果进行对比。

1 数据与方法

研究使用的大气环境场资料（包括位势高度、海平面气压）均来自NCEP–DOE  AMIP-II Reanalysis（R-2）数据集，海表面温度（Sea Surface Tem-perature，SST）来自ERSST v5月平均数据，数据选取的时间范围为1980—2021年[18]。

根据Wang等[16]的定义方法，西太副高强度指数和3个春季环境因子的定义方法如下。

（1）西太副高强度指数：夏季（6—8月）850 hPa位势高度在（15°N～25°N，115°E～150°E）区域的异常值。

（2）热带印度洋与西北太平洋海域SST异常（SSTA）的差值（SSTA（IO-WNP））：4—5月印度洋海域（10°S～10°N，50°E～110°E）与西北太平洋海域（0°～15°N，120°E～160°E）的SSTA的差值。

（3）赤道中太平洋5月與3月SSTA的差值（ENSOdevelop）：太平洋中部区域（0°～15°N，170°W～130°W）5月与3月

的SSTA的差值，该环境因子可以反映ENSO的演变状态。

（4）北大西洋涛动指数（NAOI）：4—5月35°N与65°N的纬向平均（80°W ～30°E范围平均）的海平面气压差。

利用以上3个春季环境因子，构建夏季西太副高强度的预报方程：

WPSHindex=1.704×SSTA（IO-WNP）×0.713×ENSOdevelop-0.283×NAOI

（1）

其中，热带印度洋与西北太平洋海域SSTA的差值（SSTA（IO-WNP））与夏季西太副高指数呈正相关，而赤道中太平洋5月与3月SSTA的差值（ENSOdevelop）和北大西洋涛动指数（NAOI）与夏季西太副高指数呈负相关。

采用类似Camargo等[19]分析热带气旋生成指数的方法，考察2021年各春季环境因子对夏季西太副高影响的相对贡献大小。在衡量2021年某一春季环境因子的贡献时，除该因子采用2021年的实际观测值外，其余因子均取气候平均值，这样计算得到的西太副高指数可以用来表示，这个春季环境因子的异常所引起的对2021年西太副高指数异常的影响。将3个春季环境因子都采用2021年真实值计算的西太副高指数称为Total，里面包含了所有3个春季环境因子异常对2021年西太副高指数异常的综合贡献。通过对比Total和仅保留其中1个环境因子在2021年的异常值的计算结果，可以评估各春季环境因子对其相对贡献的大小。同时，仅保留西北太平洋或印度洋海温异常的结果，用来评估这2个海域的海温异常在2021年印太海温梯度异常中所起的相对作用。

2 结果与分析

由于影响西太副高的春季环境因子SSTA（IO-WNP）和ENSOdevelop都与热带海洋的海温异常密切相关，首先，考察了2021年春季热带海域SSTA的空间分布（图1）。赤道中东太平洋在2021年春季呈现出冷的SSTA，这与前冬发生的La Ni?a事件相关。虽然前冬La Ni?a在之后的春季开始出现衰减，但在2021年的春季依然可以观测到在赤道中东太平洋的冷SSTA。同时，在西太平洋海域可以观测到类似K型分布的暖SSTA。接下来，将具体分析2021年影响西太副高的3个春季环境因子的异常特征。

绿色方框区域代表SSTA（IO-WNP）定义中的印度洋和西北太平洋区域，蓝色方框区域代表ENSOdevelop定义中的赤道中太平洋区域。

2021年春季热带印度洋与西北太平洋海域SSTA的差值（SSTA（IO-WNP））表现为负异常（-0.32℃）（图2a）。SSTA（IO-WNP）的负异常有利于夏季西太副高的减弱。SSTA（IO-WNP）代表了春季印太暖池SSTA的偶极子分布特征，该环境因子对夏季西太副高的影响过程包含了西太副高与局地海洋（印太暖池）之间相互作用的正反馈过程。当印度洋海域出现暖SST异常和西北太平洋海域出现冷SST异常时，SSTA（IO-WNP）呈现出正异常，这有利于西太副高异常偏强。一方面，暖（冷）的印度洋（西北太平洋）SSTA可以激发大气Kelvin波（Rossby波），从而能够促使西太副高出现异常增强。另一方面，增强的西太副高异常引起的风场变化也可以影响印太暖池海域的SST，从而通过减弱（增强）海表面蒸发，进一步加强印度洋（西北太平洋）SST的增暖（冷却）。同样的，负异常的SSTA（IO-WNP）有利于西太副高强度异常偏弱。2021年春季SSTA（IO-WNP）的负异常主要是由西太平洋的暖SSTA（0.30℃）贡献（图3b），印度洋的SSTA（-0.02℃）在2021年春季较弱（图3a）。2021年春季西北太平洋的暖SSTA通过激发大气Rossby波可能导致西太副高强度的减弱。

赤道中太平洋5月与3月SSTA的差值（ENSOdevelop）在2021年春季表现为弱的正异常（0.02℃）（图2b）。夏季西太副高的强度与春季ENSOdevelop存在负相关，故而2021年春季环境因子ENSOdevelop呈现的正异常将使西太副高强度有减弱的趋势。2021年春季ENSOdevelop的正异常与前冬La Ni?a出现衰减的过程相对应。

北大西洋涛动（NAO）指数在2021年春季出现负异常（-0.79）（图2c）。春季的NAO指数与夏季西太副高的强度也存在负相关，表明负异常的NAO指数对夏季西太副高强度的影响有使其增强的趋势。春季的NAO被认为可以影响接下来赤道中东太平洋SST的演化，进而影响夏季西太副高的强度。2021年春季NAO指数与其他2个春季环境因子对西太副高强度的影响效果相反：NAO指数使西太副高强度增强，而SSTA（IO-WNP）和ENSOdevelop的影响效果都是使其减弱的（图3）。

借助1980—2021年春季的3个环境因子对每年夏季的西太副高强度进行分析，并且根据定义计算了夏季西太副高指数观测值，并进行对比（图4）。结果表明，在1980—2021年期间，利用方程（1）预测的西太副高指数与观测值之间的相关系数可达0.68，表明该预测方程可以得到比较好的预报结果。但是，仅关注2021年的西太副高指数计算得到的预报值为-0.44，而实际观测值为0.28，表明运用春季环境因子构建的预报方程对2021年夏季西太副高指数的预报结果与实际观测值之间存在较大偏差。

利用预报方程（1），计算了西太副高指数的预报值Total和仅保留其中1个环境因子异常的计算结果（图5），评估2021年春季各个环境因子对夏季西太副高强度预报结果的相对贡献大小。计算得到的西太副高指数的预报值为-0.44。根据图5可以看出，SSTA（IO-WNP）在3个环境因子中对预报的西太副高的负异常（Total）贡献最大，ENSOdevelop也对预报结果的负异常有一定作用。然而，NAO指数对夏季西太副高异常的贡献与其他2个春季环境因子的貢献相反。即在一定程度上，NAO指数能够抵消一小部分由其他2个环境因子引起的西太副高强度的负异常。通过进一步对比西北太平洋与印度洋SSTA在SSTA（IO-WNP）的相对作用，发现西北太平洋SSTA在其中起着更大的贡献，而印度洋SSTA的贡献相对较小。

进一步利用观测资料计算了2021年夏季各月份实际观测的西太副高指数，以期了解利用春季环境因子的预报效果在2021年不够理想的原因。计算结果表明，6—7月西太副高指数的观测值分别为-0.16和-1.07，呈现负异常;而8月西太副高指数的观测值则为1.37，呈现正异常。相对于6—7月西太副高的强度而言，8月西太副高的强度对西太副高在2021年整个夏季季节平均的观测值的影响更大。2021夏季，西太副高强度指数在夏季各月之间存在较大差异，这种月际间的较大差异可能会增加对西太副高预报的难度，这可能是导致西太副高预报模型2021年的预报结果不够理想的一个重要原因。

3 结论

对2021年春季影响西太副高的3种春季环境因子（热带印度洋与西北太平洋海域SSTA的差值、赤道中太平洋5月与3月SSTA的差值、北大西洋涛动指数）的异常特征进行考察和分析，并利用2021年春季的环境因子对2021年夏季西太副高的强度进行短期气候预测。结果表明，2021年春季热带印度洋与西北太平洋海域SSTA的差值表现为负异常（-0.32℃），与ENSO演变相关的赤道中太平洋5月与3月SSTA的差值表现为弱的正异常（0.02℃），北大西洋涛动指数则出现负异常（-0.79）。

利用3个春季环境因子对2021年夏季西太副高指数的预报值为-0.44，这与2021年西太副高指数的实际观测值（0.28）存在一些偏差。通过分析2021年各个春季环境因子对夏季西太副高异常的相对贡献大小，结果表明：热带印度洋与西北太平洋海域SSTA的差值在3个春季环境因子中对2021年西太副高的预报结果有着最大的贡献，其中，西北太平洋海域SST的暖异常可能是引起2021年夏季西太副高强度预报偏弱的重要原因。通过对比2021年夏季各月的西太副高指数观测值发现，8月与7月的西太副高指数存在较大的差异，夏季各月之间差异的增大可能是导致预报模型预报结果不太理想的原因。在西太副高的预报方面，需要进一步针对夏季各月之间差异较大的情况改进预报方法。为提高西太副高预报的准确性，仍需对其强度的季节内变化展开进一步研究。

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责任编辑：黄艳飞

The Characteristic Analysis of the Springtime Envi-ronmental Factors for the Western North Pacific Subtropical High in 2021

WENG Jin-wen et al（Laboratory for Coastal Ocean Variation and Disaster Prediction，College of Ocean and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Gaungdong 524088）

Abstract In this study， analyzed the characteristics of three springtime environmental factors which affect the summertime WNPSH in 2021， including the difference of sea surface temperature anomaly （SSTA） between the Indian Ocean （IO） and western north Pacific （WNP）， May-minus-March SSTA in the equatorial central Pacific and the North Atlantic Oscillation （NAO） index. In the spring of 2021， the difference of the SSTA between IO and WNP showed a negative anomaly （-0.32℃）， May-minus-March SSTA in the equatorial central Pacific had a weak positive anomaly （0.02℃）， and the NAO Index presented a negative anomaly （-0.79）. Based on the prediction equation constructed by using these three springtime environmental factors， the forecast value of the WNPSH index in the summer of 2021 was -0.44， which deviated from the observed value （0.28） of the WNPSH index in the summer of 2021. The difference of SSTA between IO and WNP in the spring of 2021 had the greatest contribution to the prediction result of the WNPSH in 2021 among the three spring environmental factors. In addition， the warm SSTA in the WNP may be an important reason for the weaker intensity of the predicted WNPSH in the summer of 2021. By comparing observed values of the WNPSH index in each month， we find that there exist obvious differences between the WNPSH index in July and August. The unsatisfactory prediction results of the prediction model may be ascribed to the increase of the difference between months in summer. In terms of the WNPSH prediction， it is necessary to further improve the prediction method especially for the situation with great differences among summer months.

Key words Western North Pacific sub-tropical high; Spring environmental factors; SST anomalies; Indo-Pacific SST zonal gradient; North Atlantic Oscillation

基金項目 国家自然科学基金项目（41776031）;国家重点研发计划项目（2018YFC1506903）;广东省普通高校创新团队项目（2019KCXTF021）;广东海洋大学博士启动科研基金项目（R17051）。

作者简介 翁锦文（1999—），男，广东潮州人，主要从事海气相互作用与气候变化研究工作。#通信作者：王磊（1979—），男，山东菏泽人，教授，主要从事海气相互作用与气候变化研究工作，E-mail：wanglei@gdou.edu.cn。

收稿日期 2021-08-25