一次El Niño背景下副高异常事件的基本特征

李文辉

（肇庆市气象局，广东肇庆 526060）

西太平洋副热带高压作为行星尺度的天气系统，其脊线位置变化与华南降水和气温异常均有着紧密的联系［1-4］。同时，西太平洋副热带高压受热带太平洋气候因子的调控，而这些气候因子的调控，可能使副热带高压出现异常，副热带高压的异常也将间接影响到地区气候异常。近年来，在关于大气环流、海-气相互作用以及ENSO背景下副热带高压表现的研究中，不少学者发现了造成副高异常的因子。李耀先等［5］指出厄尔尼诺（El Niño）背景下，Hadley环流的异常增强将使得副热带下沉气流的增强，从而造成副高的增强；黄荣辉等［6］在对西太平洋暖池海温异常作用的研究中指出，菲律宾附近区域对流活动强的夏季，副热带高压位置偏北，反之偏南，热带西太平洋暖池的海温异常影响了该地区的对流活动，进而对副高的位置造成影响，同时，印度洋海温异常也是造成副高异常的因子之一；钱代丽等［7］对比分析了ENSO背景下的夏季印度洋海温对西太副高的影响机理，认为在前期厄尔尼诺的影响下，印度洋与海洋性大陆地区的海温正距平会在对流层低层制造出异常负涡度进而影响西太副高，使其明显偏强、偏西、偏南。可见，副热带高压的异常受到多种因子的共同影响。

而在2018年10月份前后，一次El Niño事件开始发展，自2019年3月起定义为一次El Niño事件发生。同时，中国气象局国家气候中心的西太平洋副高监测发现，2019年5月起，副热带高压脊线较往年同期异常偏南。该次El Niño事件的表现如何？西太平洋副高的响应如何？本研究将以El Niño为背景，尝试从海-气相互作用方面，对造成该次副热带高压异常的原因进行探讨，以期加深对El Niño事件以及副高变化原因的认识。

1 数据资料

本研究采用的数据以及资料有：（1）中国气象局国家气候中心提供的西太平洋副高脊线位置监测资料、副高强度指数、副高面积指数、全球海温与距平、赤道太平洋海温与距平、射出长波辐射量（OLR）与距平、MJO监测；（2）美国气候预测中心（CPC）提供的赤道太平洋海表面纬向流和海表面高度；（3）美国国家环境预报中心（NCEP）提供的再分析资料（2.5°×2.5°）。

2 副热带高压异常特征

2019年4月第6侯至5月第6侯，副高脊线位置在8°N—15°N之间波动，其中，5月第4侯副高脊线位置较气候平均值异常偏南达10个纬度。6月开始，副高脊线位置开始北抬，但脊线位置也基本上在15°N—21°N之间波动，与气候平均值相比，副高脊线位置仍明显偏南。从副高强度指数和面积指数来看，2019年5月副高强度与面积均达到一个峰值。因此，该次副高异常事件的表现为副高脊线位置异常偏南、强度偏强。

3 厄尔尼诺事件特征

3.1 El Niño事件概况

从国家气候中心的Niño3、Niño4海温监测来看，该次El Niño事件增暖区域为太平洋中部和东部地区，兼有中部型和东部型El Niño的特征。2019年3月，Niño3区海温达到峰值，随后呈现一个下降趋势。直至2019年6月，Niño3区海温正距平已下降到0.5℃以下，并在之后转为海温负距平的状态，而Niño4区海温正距平维持0.5℃以上。根据李晓燕等［8］对于ENSO事件的分类，该次El Niño事件表现出向中部型转变的趋势。

3.2 相关海气因子分析

本研究从相关海气要素出发，对该次El Niño事件的海表面温度（SST）、海表面纬向流和海表面纬向风异常的分布和演变进行分析，探讨事件期间的正反馈过程。

1）海表面温度与海表面纬向流。

在El Niño事件发展阶段，海温先表现出东传特征，SST正异常快速东传，随后表现出西传特征，东部海域海温降低，中部海域SST正异常维持。这与中部型El Niño事件的海温发展形态相似［9］，这可能是该次El Niño事件有趋向中部型表现的原因之一。

从海表面纬向流来看，日界线以西赤道西太平洋海域从2018年9月起保持纬向流正异常，2019年3月赤道太平洋海域存在几乎贯穿整个海盆的纬向流正异常。2019年事件期间，赤道东太平洋纬向异常流位相发生了转换，且纬向流负异常逐渐增强，而日界线以西海域始终保持纬向流正异常（图略）。由此可见，在该次事件中，纬向平流反馈在赤道中东太平洋海域偏弱，而在赤道西太平洋海域维持，使得中部海域海温维持偏暖，而东部海域海温下降，表现出向中部型事件转变的趋势。

2）海表面纬向风。

2018年夏季赤道太平洋海域存在着东风异常，而在该次El Niño事件开始和发展阶段，赤道西太平洋海域均出现了西风异常（图1）。自2019年5月起，赤道西太平洋海域出现区域性的东风异常，东风异常使得SST正异常区域偏西，阻碍了暖海温信号的东传，这可能是事件出现向中部型转变趋势的原因。对比赤道太平洋纬向流异常和纬向风异常的表现，赤道东太平洋纬向异常流先发生位相转换，随后出现异常东风，有利于赤道东太平洋海域冷水上翻，进而促进了西向的异常流的产生［10］。

图1 赤道太平洋海表面纬向风距平的时间-经度图（单位：m／s）

4 厄尔尼诺影响西太副高的可能机制

高温异常与副热带高压脊线位置密切相关，而许多相关研究表明，西太平洋副热带高压的加强往往与西太平洋对流层低层的反气旋相对应［10］。本研究从对流活动、环流和ENSO负反馈机制的因子出发，对该次El Niño事件背景下的西太平洋副高异常事件展开讨论。

4.1 对流活动对西太平洋副高的影响

在厄尔尼诺事件发展初期，从2018年10月起，OLR负距平区向东扩展（图略），负距平中心由赤道西太平洋海域逐渐东移到赤道中太平洋日界线附近海域。截至2019年4月，负距平区已经东扩至赤道东太平洋区域。同时，西太平洋海域维持OLR正距平，2019年5月OLR正距平达到了峰值，且正距平区域也达到了最大，覆盖中南半岛至海洋大陆一带。OLR正距平表明盛行下沉运动，下沉运动越强，对应副高强度越强［6］。对El Niño事件发展期间500 hPa高度场与OLR距平场进行叠加可以发现，西太平洋海域OLR正距平区的强度与范围变化和同期副高面积和强度变化表现较为一致。

为进一步讨论El Niño事件期间太平洋海域下沉运动的特点，对高层200 hPa与低层850 hPa的垂直运动（ω）距平场进行分析，发现在El Niño事件发展初期的2018年冬季，无论在西太平洋海域的高层还是低层，ω距平场都存在着一个明显的正距平区，主要位于西太平洋菲律宾群岛至南海附近海域上。而到2019年春季，日界线以西地区有一个带状ω正距平区快速发展并西进，ω正距平区面积进一步扩大，表明该次西太平洋海域上层大气存在强烈的下沉运动（图2）该下沉运动抑制了菲律宾附近海域的对流发展，而强烈的下沉运动有助于该区域上空的大气堆积，形成高压，从而使得此时的副热带高压强度偏强，位置偏南。

图2 2019年4月850 hPa的ω距平（单位：Pa／s）

4.2 环流对西太副高的影响

在厄尔尼诺年，热带西太平洋上空的对流活动受到抑制时，会产生Rossby波效应，在热带西太平洋和南海地区强迫出异常的反气旋环流［6］，该环流异常主要体现在对流层低层。对850 hPa涡度场进行分析，发现，从2018年10月起，有一个负涡度区从日界线以西海域，逐渐西伸至西太平洋海域（15°N—20°N，120°E—150°E）上空，表明该海域存在显著的反气旋性环流，并在2018到2019年冬季达到峰值（图略）。

研究El Niño发展期间的西太平洋海域环流特征，对850 hPa西太平洋区域经向平均（15°N—25°N）的位势高度距平场的时间-经度剖面图（图3）进行分析，可以看出，2018年10月至2019年3月，菲律宾群岛以东至南海中北部地区维持一个正异常中心，中心强度达到15 gpm，表明低层存在着一个异常的反气旋环流。同时日界线以东海域同样有一异常反气旋发展，且在2019年1至2月迅速增强，正距平中心出现西跳，中心强度达18 gpm，表明此时整个西太平洋海域低纬地区均为异常的反气旋环流。与普通强度El Niño事件期间850 hPa西太平洋区域经向平均的位势高度距平场的时间-经度剖面图［13］进行对比，事件开始发展的冬季（12月至次年1月）整个西太平洋自日界线以西到菲律宾群岛附近海域同样表现为正距平，最大正距平中心在5到10 gpm之间。可见该次El Niño事件发展初期的低层异常环流略强于普通强度的El Niño事件。

图3 850 hPa西太平洋区域经向平均（15°N—25°N）的位势高度距平场的时间-经度剖面图（单位：gpm）

该异常的反气旋环流在冬、春季节转换期间发展并维持，有助于更多的暖空气从热带输送到东亚沿岸地区，在El Niño发展期间，使得春、夏副热带高压偏强、偏南。

进一步分析El Niño发展期间的Hadley环流距平场（120°E—180°E）可见，2019年春季（3—5月）在10°N—15°N之间存在垂直环流的正距平（图4），异常下沉气流将有利于西太平洋副高发展加强，使副高脊线位置南压至15°N以南，副高整体偏南、偏强（图略）。

图4 2019年春季Hadley环流距平场

4.3 ENSO负反馈机制对西太平洋副高的影响

在厄尔尼诺的发展阶段，赤道西太平洋海域的异常西风可引起海表面流场的变化，会激发出东传的暖性Kelvin波，加深温跃层，海平面高度异常（SSHA）能够体现温跃层深度的这种变化，同时还会激发西传的冷性Rossby波［6］。

该次El Niño事件开始和发展阶段，赤道西太平洋海域均出现了西风异常，2018年下半年，赤道海域出现了新一次明显的暖性Kelvin波东传（图5a），与该阶段发生的西风爆发有较好的对应关系。同时，该阶段的Kelvin波可能是使得该次El Niño事件中海温异常在太平洋海域发展的原因之一。暖性Kelvin波抵达大洋东边界后反射形成暖性Rossby波（图5b和图5c），其中10°N附近海域的暖性Rossby波较为显著。

另一方面，2018年期间，从东太平洋赤道以北10°N附近海域开始（图5c），有一次明显的负SSHA的冷性Rossby波西传，横穿整个太平洋海盆，并于2018年下半年抵达西太平洋且维持。当赤道太平洋存在冷源时，大气会在冷源的西北侧和西南侧产生异常Rossby波响应，出现一对反气旋性环流异常，导致处于冷源西北侧的南海-西北太平洋地区为反气旋性环流异常［7］。同时2019年5月第2侯MJO来到印度洋海域第8位相，南海-西北太平洋地区的对流活动将得到了抑制，同样为反气旋性环流异常。因此，在热带西太平洋上空对流活动受到抵制以及该异常Rossby波响应的共同影响，将有利于热带西太平洋及我国南海地区出现异常的反气旋环流，反气旋性环流异常则有利于西太平洋副热带高压的加强西伸，导致副高偏强、位置偏南。

图5 热带太平洋附近海域SSHA的时间-经度图［11］（单位：cm）

5 结论

本研究分析了2019年一次El Niño事件发展的基本特征，并探讨了该次事件背景下副高偏强偏南的原因。主要得出以下结论：

1）2019年El Niño事件表现出向中部型转变的趋势。其原因可能是：纬向平流反馈在赤道中东太平洋海域偏弱，同时2019年5月起，赤道西太平洋海域出现了区域性的东风异常，使得SST正异常区域偏西，阻碍了暖海温信号的东传。

2）该次El Niño事件发展初期，在西太平洋菲律宾群岛至南海附近海域上的高层和低层，都存在着一个明显的ω正距平区，西太平洋海域上层大气强烈的下沉运动抑制了对流发展，有助于该区域上空的大气堆积，形成高压，使得副高强度偏强、位置偏南。

3）该次El Niño事件发展期间，西太平洋海域低纬地区存在着一个略强于普通强度的El Niño事件的异常反气旋环流，有助于更多的暖空气从热带输送到东亚沿岸地区；同时，Hadley环流中异常下沉气流也有利于西太副高发展加强，使副高脊线位置南压，副高整体偏南、偏强。

4）2018年期间，从东太平洋海域西传的冷性Rossby波到达西太平洋海域且维持，产生异常Rossby波响应，导致南海-西北太平洋地区为反气旋性环流异常；同时2019年5月，MJO来到印度洋海域第8位相，西太海域为反气旋性环流异常，二者共同影响，有利于热带西太平洋及我国南海地区出现异常的反气旋环流，进一步促进西太副高加强西伸，强度偏强、位置偏南。