夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

夏季西太平洋副热带高压的客观定量化预测及其对汛期降水的指示

基于动力统计相似预报原理,将模式误差动力统计预报方案应用于西太平洋副热带高压的客观定量化预测,通过交叉检验距平相关系数,筛选出对副热带高压区域的500 hPa高度场模式预报结果订正较好的因子作为前期关键因子集.对2003-2010年的副热带高压区域的500 hPa高度场进行了回报检验,结果显示该方案在数值模式预报结果基础上有了进一步提高,显示出较高的预测水平.在此基础上,从高度场预测结果中提取出与中国降水关系最为密切的两个典型副热带高压特征指数(脊线指数与西伸脊点指数),将其投影在二维平面上,并根据不同类型的副热带高压特征下对应的雨型分类特征得到预报年副热带高压所属类型下中国夏季降水的分布类型,多年检验结果表明,预测的投影类型所对应的降水合成分布与实况的降水具有较好的一致性,进一步验证此种副热带高压与雨型分类的合理性,达到通过副热带高压的定量化预测对夏季的旱涝分布形式进行预测的目的,为进一步提高汛期降水预测水平提供一种可能的思路.     

西太平洋副热带高压位置对华北盛夏降水的影响

应用1958～2002年NCEP/NCAR 500 hPa冉分析资料,分析夏季逐日西太平洋副热带高压在110°～130°E、20°～50°N区域脊线活动情况.发现盛夏(7～8月)副高在588 dagpm以上、脊线在30°N以北的日数与华北降水有大范围正相关区,中心相关系数0.561(显著性水平为0.001).分析发现西太平副热带高压越过30°N的初日(连续3天副高脊线越过30°N的首口)早晚与华北盛夏降水量显著相关,初口与华北盛夏的平均降水量相关系数为-0.385,即副高北上早华北盛夏降水多,反之副高北上晚华北盛夏降水少.110°～130°E区域副高脊线越过30°N的日数和初日能更好地描述西太平洋副高与华北乃至我国东部盛夏降水的关系,对实际业务工作具有重要意义.     

近百年四季西太平洋副热带高压的变化

文中设计了一种根据网格点高度值拟合副热带高压强度、西界、北界 3种指数的方法。根据这个方法 ,利用重建的 1880～ 195 0年 5 0 0hPa月平均高度序列 ,计算了 195 1年之前 70a的副热带高压指数 ,与 195 1～ 1999年的实测指数合成一个 12 0a的序列 ,研究了西太平洋副热带高压的年际与年代际变率。     

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200,500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料,探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后,西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）;赤道西风向北扩展,赤道强对流向北推移,热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强）,西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北）,夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。     

1962年西太平洋副热带高压双脊线演变过程的特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,提出确定副高双脊线过程的定量指标,之后重点诊断研究1962年"二度梅"期间的双脊线过程.结果表明:1962年"二度梅"期间,由于季风槽的加强东伸,副高外围变形,在其南侧新生一条脊线,呈现双脊线结构.由此,提出亚洲季风槽的发展东移是副高双脊线形成的重要影响因子.分析表明,1962年的双脊线过程与1998年的双脊线过程相比,有同亦有异:两次双脊线过程与长江流域"二度梅"均有关联,但1998年双脊线过程结束后,北侧脊线消失,南侧脊线发展维持,使副高脊线异常偏南,造成"二度梅"的突然出现,而1962年双脊线过程结束后却是南侧脊线消失,北侧脊线维持并异常偏北,从而导致"二度梅"结束;在涡度场上,两次双脊线过程均有一高层对低层的"诱导"效应,同时500 hPa诱导生成的正涡度与低纬度北移而来的正涡度带打通合并、东伸,进而其两侧的负涡度带增强,形成双脊线.这些结果为西太平洋副热带高压双脊线的演变规律和机制的进一步研究提供了新的线索.     

DERF2.0模式对月尺度西太平洋副热带高压预测能力评估

基于国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统(DERF2.0)1983—2015年回报数据,利用时间相关系数、标准化均方根误差、距平符号一致率和泰勒图分析等方法综合评估了DERF2.0模式对月尺度西太平洋副热带高压的预测性能。结果表明:模式能够预测出气候平均态上588 dagpm等值线的空间分布及强度和纬向风切变位置,但有偏大偏强的系统偏差。模式对高度场年际变率的预测性能好于纬向风场。模式较为准确地预测了副高气候态的年循环信息,但存在系统偏差,副高面积相对观测偏大,强度偏强,脊线偏北,西伸脊点偏西。模式对副高年际变率的预测性能较好,其中强度最佳,面积其次,脊线相对较差。副高预测性能依赖于超前起报时间,随着起报时间的临近,预测性能整体呈上升趋势,业务中及时更新预测。模式对副高面积超前0~20 d、强度超前0~2 d、西伸脊点超前0~5 d、脊线超前0~7 d起报对未来一个月的预测性能优于持续性预测,业务中可以重点参考。     

西太平洋副热带高压活动指数的动力相关因子诊断判别

基于NCAR/NCEP的逐日再分析资料,利用相空间重构方法计算了副高脊线指数的点条件概率密度,并将得到的点条件概率密度及其功率谱与各季风影响因子指标及其对应的功率谱求相关,诊断出了影响副高脊线指数活动的最重要的6个指标因子.诊断分析结果表明,基于点条件概率密度的诊断识别方法能够较好识别具有动力关联的指标因子,该方法可以为判断和选择动力模型因子提供参考依据.     

副热带高压与桂平地区的天气

在分析副热带高压中的西太平洋高压对桂平地区天气的影响的基础上，对副高进行预报。     

2003 年陕西暴雨与西太平洋副热带高压的关系

利用实时资料和中央气象台提供的副热带高压资料,对2003年汛期陕西暴雨和500hPa副热带高压的活动特征关系统计分析,并对ECMWF、T213数值预报产品对副高的预报能力作了客观分析。结果表明,汛期7、8、9月副高偏强,副高脊线在25～28°N、西脊点在104～112°E进退,是陕西关中陕南多阴雨、暴雨频繁的主要原因;陕西连续暴雨产生于副高脊线沿25～28°N持续西伸、持续东移经过105°E时段。ECMWF对副高的进退、热带气旋路径预报准确率较高。     

夏季西太平洋副热带高压指数的统计预测模型

利用国家气候中心提供的1959-2013年74项环流指数和美国NOAA气候预测中心提供的Nino 3区海温指数等气候指数,采用相关分析和最优子集的原理选择预测因子,建立统计预测模型,并对夏季西太平洋副热带高压(西太副高)各特征指数的年际增量进行预测,进而预测实际特征指数。为检验该预测模型的预测效果,对2001-2013年西太副高指数进行了独立样本回报检验,结果表明:该预测模型能够较好地回报出2001-2013年夏季西太副高脊线、西伸脊点以及强度指数,回报指数与观测的距平相关系数分别为0.64,0.67和0.78,预测准确率分别达到84.63%,76.92%,69.23%。因此,该预测模型对汛期气候预测具有潜在的应用价值。     

90年代西太平洋副高异常的分析

西太平洋副热带高压的活动是影响我国东部降水的主要因子之一。监测和研究副高的活动对预测我国东部汛期降水有重要意义。但９０年代副高特征量出现连续异常,分析指出,特征量的这种异常并不代表副高活动真正异常,而是与计算特征量所用资料的变更有关。对１９９１年１１月到１９９６年２月使用Ｔ４２模式资料期间的５００ｈＰａ高度,利用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ重分析资料进行了订正,并重新计算了此期间的副高诸特征量。     

西太平洋副热带高压东西位置变动特征分析

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料，根据特定区域涡度值，定义描述西太平洋副高东西位置的指标，并利用该指标研究了6月副高东西位置变动特征。结果表明：该指标不仅避免了由于高度的逐年升高而引起的副高逐年西进的年代际变化，而且能很好地反映大尺度环流场的特征；副高偏西年，赤道西风减弱，越赤道气流减弱，南海夏季风偏弱，江南和华南地区南风增强，其东侧负涡度发展，引导副高西伸，长江流域被副高北侧异常西南风控制，有利于雨带在此维持，降水偏多易涝。西太平洋副高东西位置变化的周期分析表明，6月副高西伸指数最强的周期信号为2、4、8a。     

副高北进过程的个例数值研究

就一次出梅时西太平洋副热带高压北进过程,用数值试验的方法,对副高北进的原因进行了分析研究,重点分析了非绝热过程在副高北进过程中所起的作用。结果表明:1）对应出梅时的环流形势,大气内部的动力调整过程具有使副高增强北进的趋势,是副高北进的主导因子。2）在3～5天时间尺度上,非绝热过程的作用不可忽视,其总效应使副高减弱。就各非绝热因子而言,净辐射过程的总效应使副高减弱,不利副高北进;降水凝结潜热释放有利副高的维持和增强,有利副高北进。就地区而言,南亚季风区加热具有同副高南侧热带辐合带加热相同的作用,正的加热增强有利副高增强北进。     

Simulation and Projection of the Western Pacific Subtropical High in CMIP5 Models

This work examined the performance of 26 coupled climate models participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） in the simulation of the present-day temporal variability and spatial pattern of the western Pacifi c subtropical high （WPSH）. The results show that most models are able to capture the spatial distribution and variability of the 500-hPa geopotential height and zonal wind fi elds in the western subtropical Pacifi c, but with underestimated mean intensity of the WPSH. The underestimation may be associated with the cold bias of sea surface temperature in the tropical Indian and western Pacifi c oceans in the models. To eliminate the impact of the climatology biases, the climatology of these models is replaced by that of the NCEP/NCAR reanalysis in the verifi cation, and the models reproduce the WPSH’s enhancement and westward extension after the late 1970s. According to assessment of the simulated WPSH indices, it is found that some models （CNRM-CM5, FGOALS-g2, FIO-ESM, MIROC-ESM, and MPI-ESM-P） are better than others in simulating WPSH. Then, the ensemble mean of these better models is used to pro ject the future changes of WPSH under three representative concentration pathway scenarios （RCP8.5, RCP4.5, and RCP2.6）. The WPSH enlarges, strengthens, and extends westward under all the scenarios, with the largest linear growth trend projected in RCP8.5, smallest in RCP2.6, and in between in RCP4.5;while the ridge line of WPSH shows no obvious long-term trend. These results may have implications for the attribution and prediction of climate variations and changes in East Asia.     

Subseasonal Zonal Oscillation of the Western Pacific Subtropical High during Early Summer

This study examines the features and dynamical processes of subseasonal zonal oscillation of the western Pacific subtropical high (WPSH) during early summer, by performing a multivariate empirical orthogonal function (MVEOF) analysis on daily winds and a diagnosis on potential vorticity (PV) at 500 hPa for the period 1979–2016. The first MV-EOF mode is characterized by an anticyclonic anomaly occupying southeastern China to subtropical western North Pacific regions. It has a period of 10–25 days and represents zonal shift of the WPSH. When the WPSH stretches more westward, the South Asian high (SAH) extends more eastward. Above-normal precipitation is observed over the Yangtze–Huaihe River (YHR) basin. Suppressed convection with anomalous descending motion is located over the subtropical western North Pacific. The relative zonal movement of the SAH and the WPSH helps to establish an anomalous local vertical circulation of ascending motion with upper-level divergence over the YHR basin and descending motion with upper-level convergence over the subtropical western Pacific. The above local vertical circulation provides a dynamic condition for persistent rainfall over the YHR basin. An enhanced southwest flow over the WPSH’s western edge transports more moisture to eastern China, providing a necessary water vapor condition for the persistent rainfall over the YHR basin. A potential vorticity diagnosis reveals that anomalous diabatic heating is a main source for PV generation. The anomalous cooling over the subtropical western Pacific produces a local negative PV center at 500 hPa. The anomalous heating over the YHR basin generates a local positive PV center. The above south–north dipolar structure of PV anomaly along with the climatological southerly flow leads to northward advection of negative PV. These two processes are conducive to the WPSH’s westward extension. The vertical advection process is unfavorable to the westward extension but contributes to the eastward retreat of the WPSH.     

夏季西太平洋副高脊线的活动特征及其可能的机制

通过对多年平均的逐日资料的分析表明 ,夏季不同区域副热带高压脊轴的垂直结构和活动特征存在明显不同 ,这与空间非均匀加热的分布密切相关。西太平洋地区副高脊轴随高度向北倾斜 ,而 1 60°E～ 1 80°地区向南倾斜 ;北太平洋中、西部副高在北进期的脊线活动均存在显著的 1 0～ 2 0 d周期低频振荡 ,东亚季风区还具有明显的准 40 d振荡周期。分析表明 :副高的季节性南北移动主要受太阳辐射的影响 ,而空间非均匀加热起着调节副高移动速率以及改变副高强度的作用 ,特别是对副高的异常活动起重要作用     

1951—2010年西太平洋副热带高压脊线季节性变化特征分析

文章通过对1951—2010年NECP/NCAR再分析逐日资料的分析,发现西太平洋副热带高压存在明显的季节性变化。夏季,副热带高压(以下简称副高)脊线出现两次显著的北跳,而且均伴随着副高强度指数的降低和西伸脊点的东退。脊线北跳过程也影响着东亚大气环流系统,南亚高压与西风急流在副高北跳后均同时减弱。但两次北跳过程仍然存在各自的特点:第一次副高脊线北跳时受到高纬地区纬向型环流调整与中低纬环流变化的共同影响,而第二次副高脊线北跳则主要受中低纬环流调整(太平洋负EAP事件)的影响。