月尺度西太平洋副热带高压指数的重建与应用

针对目前国家气候中心业务监测中使用的月时间尺度西太平洋副热带高压指数存在的问题,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,对西太平洋副热带高压面积指数、强度指数、脊线指数和西伸脊点4种指数重新进行定义和计算,重建了1951—2010年逐月历史时间序列。面积指数、强度指数采用真实的面积和体积进行定义和计算,脊线指数则同时利用500 hPa高度场和纬向风切变线进行定义,且不仅仅局限于588 dagpm等值线,充分考虑了西太平洋副热带地区高压系统对我国夏季降水的影响作用。选取其中两个相对独立的指数——脊线指数与西伸脊点,通过对这两个指数的9种组合类型的构建,最大程度上涵盖了我国东部夏季降水各种雨型的分布特征。     

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.     

气候平均场上西太平洋副热带高压双脊线过程可能成因的动力诊断分析

利用NCEP-DOE再分析数据集II,诊断分析了气候平均场上6次西太平洋副热带高压双脊线过程,借助一个两层半大气模式,从动力学上初步揭示了西太平洋热带大气准10天振荡（Quasi Ten-day Oscillation,简称QTO）向西北方向传播与季风槽东伸西撤之间的相互作用过程,探讨了气候平均场上西太副高双脊线可能的形成机制。分析表明季风槽准10天东西振荡是气候平均场上西太副高双脊线形成的主要原因,而季风槽东伸西撤与QTO传播密切相关。进一步分析发现,QTO向西北方向传播,东风切变作用于斜压辐散的经向梯度,在对流中心北侧生成正扰动涡度。QTO在季风槽东侧激发的气旋性扰动涡度,诱导季风槽东伸,侵入副高,造成副高外围变形,形成双脊线。因此,形成西太副高双脊线的主要原因之一可能是西太平洋热带大气QTO。尽管季风槽东伸直接引起副高双脊线发生,但是它只不过是受QTO影响的一种表现。本文仅为诊断结果,其结果还有待于模式敏感性试验的验证。     

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。     

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.     

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。     

西太平洋副高活动指数的吸引子维数计算

基于NCEP／NCAR再分析资料计算出的西太平洋副高活动的三种特征指数,利用相空间重构方法对副高活动的三种特征指数的混沌特性和分数维进行了计算。计算结果表明,副高的短期活动存在混沌吸引子,副高脊线指数和面积指数动力系统的独立变量数目的上、下限分别为3和6,分析结果为副高动力系统的重构研究奠定了基础。     

气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线特征及其与季风槽准10天振荡的关系

副热带高压双脊线过程几乎历年均存在,其“季节锁相”与地域性使得在气候平均场上西太平洋副热带地区也存在明显的双脊线过程。作者利用43年NCEP/NCAR再分析资料对5～10月气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线过程进行了分析。气候平均场上5～10月西太平洋副热带高压共出现6次双脊线过程,集中发生在7月下旬至9月下旬,表明每年这个时段最易发生双脊线事件。每次双脊线过程均表现为副高南侧新生一脊线,发展几天后就减弱消失,北侧脊线（原脊线）继续维持。初步的诊断分析表明,6次双脊线过程中南侧脊线的生成与季风槽8～10天周期的“间歇性增强东伸”密切相关,这一准10天振荡在7月下旬至9月下旬的突然增强造就了双脊线的“季节锁相”。进一步分析发现,季风槽8～10天的“间歇性增强东伸”与两支分别来自西太平洋的西传准10天振荡和来自赤道的北传准10天振荡有关,这两支振荡同位相,其有利于位相同时传入南海季风区（10°N～15°N,110°E～120°E）,共同作用,引起季风槽的“间歇性增强东伸”。     

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.     

1998年二度梅雨期西太平洋副热带高压活动的诊断分析

文章对1998年长江流域二度梅雨期西太平洋副热带高压的活动与大气经圈环流的关系进行了分析。结果指出，副高的进退与经圈环流的调整有着密切的关系。副高的北跳并不是由与其相联系的反环流下沉支直接北移所引起的。低纬度深厚上升运动的发展不利于副高维持在较低的纬度，而中纬度反环流的突然向南调整则有利于副高在更北的纬度建立，于是副高出现突然北跳的现象。它是江淮地区出梅的一种经圈环流调整形式。副高在稳定期间，随着与它相联系的反环流的南北运动而作相应的南北运动。副高在南退之前，对流层顶附近有反环流生成，然后迅速向南运动，副高也随之迅速南退。     

DIAGNOSIS AND IDENTIFICATION OF DYNAMIC CORRELATION FACTORS BETWEEN WEST-PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND EAST ASIA MONSOON SYSTEM INDEXES

Based on the daily reanalysis data of NCEP / NCAR and by using the method of phase space reconstruction, the point conditional probability density of the subtropical high ridge index are determined and then used, together with their power spectra, to seek the correlation between them and individual monsoon-affecting factors and their power spectra. Through diagnosis, six indexes are discovered that have the most important effects on the subtropical high index. The results of the diagnosis indicate that the technique can identify the factors which are dynamically correlated. It can offer the basis in determining and choosing dynamic conceptual factors.     

南亚季风区加热影响副高的数值试验

就一次出梅时西太平洋副热带高压的北进过程,从加热场角度用数值试验的方法研究了南亚季风区对副高活动的影响,并利用统计方法进行了显著性检验。结果表明：南亚季风区正的加热增强将激发出一支自最大加热中心向东北方向传播的波列,至第3天将在日本到华北建立一强正区平中心,从而有利副高增强。此外,还比较了南亚季风区加热与副高南侧热带辐会带加热对副高影响的差异。结果认为：南亚季风区正加热更有利于副高北进,而副高南侧热带辐合带正加热更有利于副高西伸;从影响副高的时间来看,南亚季风区正加热在第3天便使副高增强,而副高南侧热带辐合带正加热的作用偏晚,在第5天影响才明显起来。     

CORRELATION ANALYSIS OF THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND EASTERN ASIAN SUMMER MONSOON SYSTEM BASED ON FUZZY SYSTEMS AND DYNAMICAL MODEL INVERSION FORECAST

Based on the adaptive network fuzzy inference system (ANFIS), methods to filter out the noise of impact factors from the main signal are discussed. Focusing on the abnormal weather conditions in 2010, we use the delay-relevant method to analyze the five members of the summer monsoon system that had the largest effect on the subtropical high anomalies from the observational data. ANFIS is suitable for research and simulation of subtropical highs that are difficult to describe accurately with dynamics, allowing the effect of five factors on the subtropical high anomalies to be examined. Our results show that the Mascarene cold high, the Indian monsoon latent heat flux, and the South China Sea monsoon trough had the largest effect on the subtropical high anomalies. Diagnostic analysis, with genetic algorithms (GA) and dynamical reconstruction theory, reconstructed the nonlinear dynamical model of the subtropical high and its main factors objectively and accurately from the sequence of observations in 2010. Furthermore, a dynamically extended forecast experiment is performed. The forecasts for the subtropical high area index, the Mascarene cold high index, the Indian monsoon latent heat flux, and the South China Sea monsoon trough index all show a strong short-term effect over less than 25 days. The forecasting trend is accurate, and the error rate is no more than 7%. Our results provide new insight and methods for research on the association between the western Pacific subtropical high and the East Asian summer monsoon system, and for the prediction of the western Pacific subtropical high index.     

IMPACT OF THE HEATINC OVER SOUTH ASIA UPON THE SUBTROPICAL HIGH OVER WEST-PACIFIC

A case is reported, during which the Subtropical High over the Western Pacific(hereafter, SHWP in abbreviation)shifted northwestward and met-yu at Chaniiang River valley ended. Several numerical experiments on SHWP activity influenced by the heating over south Asia monsoon area are carried out, and the statistic significance of the results is checked. The results indicate that the enhancement of positive heating over South Asia will motivate a wave-like series of anomaly centers, which propagate northeastward from the maximum heating center.so that a strong positive potential height anomaly center will set up from North China to Japan at Day 3 result in the enhancement of SHWP. Comparison of the influence upon SHWP by the heating over south Asia monsoonarea with that over ITCZ area south to SHWP is also carried out. It is pointed out that the heating over South Asiamonsoon area tends to favor SHWP northward movement while the heating over ITCZ area tends to thvor SHWP westward stretching. As for the time to begin to influence on SHWP, the heating over south Asia monsoon areafavors the enhancement of SHWP atter Day 3 while that over ITCZ south to SHWP effects after Day 5.     

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

INTERACTIONS BETWEEN SUMMER SUBTROPICAL HIGH AND SST AND PREDICTION OF SUBTROPICAL HIGH

Most of the study on correlation between the subtropical high and SST focus on the location or intensity of the former versus the latter. It is worthwhile to work on links other than what is usually addressed to identify guidelines in the prediction of the subtropical high. Based on the analysis of subtropical high in west Pacific summer and its correlation with SST in equatorial and north Pacific from previous December to subsequent November, correlation between the area index, west-extending point, location of the subtropical high ridge and SST is discussed. It is conducted by looking into the confidence level of gridpoints and their percentage in the total and examining how they vary with time. From the point of intensity and movement/expansion, feedbacks from the subtropical high to SST are also studied. The SST affects the subtropical high just as the subtropical high affects the SST. A linkage model is thus set up to assist the making of summer rainfall prediction in China's raining seasons.     

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

通过分析 1 998- 0 5～ 1 998- 0 8再分析资料 ,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流 ,逐日资料则表现出下沉气流 ,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋副高面积、西伸指数与对流降水率资料进行了滞后相关分析 ,结果表明西太平洋副高的西伸与外围雨带之间存在着显著的相互影响。     

A WAVELET PACKET ENERGY DIAGNOSIS OF SOUTH ASIAN SUMMER MONSOON INFLUENCING ON THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

1 INTRODUCTION An important constituent in the Asian summer monsoon system, the West Pacific subtropical high (simplified as the 揌igh) is closely related with the activity of summer monsoon via the changes in intraseasonal intensity and progression[1 - 8]. Zhang et al[5]. discuss the relationship between seasonal jumps and anomalous location of the Highs ridge and onset of low-latitude westerlies and tropical convection in summer, with the finding that the northward jump of the High is …     

前期太平洋海温与6～8月西太平洋副高指数的关系

使用相关分析和因子分析等方法,探讨了前期太平洋海温对主汛期副高指数的影响.相关分析发现:海温对副高各指数的影响存在季节和区域上的变化,海温变化主要影响副高的面积和强度指数,对西伸脊点的影响次之,对脊线位置的影响比对北界位置显著.从各季节海温对副高5个指数(脊线位置、北界位置、西伸脊点、面积、强度)集合整体的线性拟合能力上看,秋、冬季海温较春季效果稍好,赤道中东太平洋及北美西海岸海温对副高指数的影响较西北太平洋显著.因子分析结果发现:前期各季节海温第1公共因子主要反映了赤道中东太平洋与西太平洋海温的反相变化关系,该公共因子与主汛期副高指数相关最显著,且较好地反映海温与副高各指数的相关特点,其它公共因子与副高指数相关性均较弱.年代际变化分析表明:1970年代末以前,海温变化使La Ni?a事件易为出现、夏季副高偏弱偏东、面积偏小、位置偏北,1980年代以后则相反.     

东亚夏季风雨带和西太平洋副高季节变化的耦合特征

利用NCEP／NCAR数据集中1950～1999年4～9月500hPa位势高度和逐日降水率(PRATE)资料，通过奇异值分解，主要探讨了东亚夏季风雨带与西太平洋副高季节移动的耦合关系。分析发现，模态方差的大小只反映模态对整个分析时段和整个分析区域贡献的大小，但对某些时段、某些区域来说，方差较小模态的贡献很大；因而仅以模态方差贡献的大小来判定模态的重要性是不完全的，只有多个模态的配合才能比较全面地揭示两个场的耦合特征。结果表明：东亚夏季风雨带在不同地区的跳跃对应着西太平洋副高的三次突变，不同模态对三次突变有不同的贡献。