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近50年副高对华南至江淮气候异常的影响研究
毛连海，唐传师，郭达烽
(江西省环境预报中心， 江西 南昌 330046)
摘 要：初步提出了副高总能量强度和涡度强度指数，它们对江淮异常气候有更强指示作用；用小波函数等方法分析了近50
a副高和华南、江淮旱涝、台风、高温演变的特征及关系，并通过模拟副高演变，认为西移台风加强副高强度并促使副高西伸，强副高有利稳定副高及促使周边低涡加强，暴雨和洪涝区域有对应正涡度则易产生暴雨和洪涝，华南正涡度在500
hPa、江淮在850 hPa、上一年异常台风是江淮强涝年的强信号，副高和高温干旱也有很好关系；结合实际诊断了解暴雨过程和副高北跳的总能量变化情况，得到暴雨过程和副高北跳时总能量变化方式等，这些为短期气候预测提供了依据。
关键词：副高 气候异常 演变特征 关系
中图分类号：Ｐ461+.2 文献标识码：A 文章编号：1007－9033（2004）01－0012－04
副高对华南至江淮的旱涝、台风和高温有十分重要的影响。华南至江淮的旱涝、台风和高温对副高有反作用，华南、江淮的旱涝、台风和高温也是相互作用的，江淮和华南的天气气候也存在一定的关系。江西天气气候基本和江淮天气气候一致，但有时也和华南的天气气候一致，尤其是江西南部。因此，对它们三者的关系进行深入研究十分必要。
1 总能量、涡度强度、副高指数演变与江淮、华南旱涝的关系分析
因同样面积和位势强度的副高，如其总涡度和温度、内能不一样，则其强度是不一样的。另外，较小面积或高度不大的副高，如其负平均涡度很大，则反气旋偏强，容易维持。因此，传统强度指数是有缺陷的。为很好地表征副高强度，我们再定义2个副高指数：总能量强度指数（北半球整个副高带500
hPa 588 dagpm网格点上单位密度总能量之和，用GN表示。GN除以网格点数即为平均能量强度指数）和总涡度强度指数（北半球整个副高带500
hPa 586 dagpm（夏季也可用588 dagpm）网格点上涡度之和，用GV表示。GV除以网格点数即为平均涡度强度指数）。文中这２个指数均用NCEP资料计算。
对副高总能量强度指数GN的时间演变进行小波和距平分析可以发现，副高能量强度指数有2.5、3.5和13.5
a等周期的年际变化（图1），比面积和高度强度的周期与降水趋势周期更加一致。副高强弱趋势在50 a内发生了15次转折，也就是平均每3.5 a
1次。1976年前副高总能量指数以负距平为主，1976～1998年以正距平为主，1998年后转向负距平趋势。这和强度指数趋势一致。涡度指数和能量指数演变的小波分析结果和演变趋势基本一致。50
a来，副高经历了从持续减弱到持续增强的年际变化周期。19766年以前为减弱阶段，副高主体小；１９77～１９98年一直增强，处于增强阶段，副高主体大；此后趋于转换阶段。这说明副高能量强度指数不仅和副高强度有关，而且和北边界有关。副高越强越稳定，增加越大，北边界越偏北。
分析总能量和总涡度强度指数的时间演变可以发现，1958、1964、1973、1983、1987、1988、1991、1992、1995、1998年前期冬季副高负总涡度偏强；除1995年外，其它年份江淮和长江中下游或华南都有强旱涝,华南及江淮和长江中下游的极端高温干旱年也在其中，影响江淮和长江中下游的台风也少。一般1～8月负总涡度逐渐増大，９～12月负总涡度逐渐减少,春季和夏季的负总涡度强度指数的时间演变和冬季一样。在1954、1975、1999年，前期副高网格平均涡度指数偏大，这正好是前面江淮涝年反映的补充。在1958、1973、1980、1983、1987、1991、1992、1995、1998年，前期冬春季总能量偏强，除1995年外，其它年份江淮和长江中下游都有强旱涝。一般1～7月总能量逐渐増大，８～12月总能量逐渐减少。夏季副高总能量强度指数53
a演变同冬春季基本相同；副高异常前期动能、位能、內能均较大，总能量也大。在1954、1983、1996、1998、1999年，前期网格平均能量较其它年份大。这几年除１９９６年仅华南为涝年外，其余均为特涝年。在1978、1988年，夏季副高总位能偏大，500
hPa温度偏高。这2 a江淮是重干旱和重高温年。
江淮和长江中下游春夏季和同期副高总能量强度指数正相关系数较大，一般超过0.3，信度超过0.05；华北负相关系数则相对较弱。春季华南降水同前期冬季副高有较好正相关，相关系数也超过0.3，信度超过0.05。副高总涡度指数与中国降水关系比副高总能量强度指数反映好，但相关性相反，尤其是5月江淮和长江中下游信度超过0.０5，6月华南正相关也好，且2５°Ｎ界线分明。
诊断分析涡度场可以发现，华南地区除夏季少数年份月平均由副高跳离处于气旋正涡度气流控制外，其余时间均为西太平洋副高控制，以及其影响下的反气旋负涡度环流控制。
２ 副高和台风、暴雨、洪涝、干旱、高温的关系分析
分析异常台风偏晚年、厄尔尼诺年与江淮涝年的关系可以发现，异常台风偏晚年次年除1963、1993、1994年外，江淮都出现洪涝，对应关系最好的是1954、1998、1991、1999年，其次是1975、1982、1983、1987年，比厄尔尼诺反映效果好。诊断也发现，有冬季异常台风时，存在比常年偏大的临界层北部西风带，且南部有东风带副高维持至次年夏季，副高强大且西伸，较稳定，夏季一般仅有１次明显北跳。
利用非线性临界层模拟副高强大且西伸时可以发现，在副高南侧有强东风时，不利夏季副高北跳，但有利副高北侧江淮涡度加强，江淮易有降水和洪涝。异常台风年和次年出现的江淮涝年有很好的对应关系,前一年异常台风是江淮强涝年的强信号。陆维松［１］用非线性临界层模式和1982年冬季～1983年春季初始基流模拟副高演变，结果是出现数目少而范围大的副高。我们用强迫耗散和非线性临界层模拟其它出现异常台风时的副高［２］，如１９97年12月的基流，发现存在比常年偏大的临界层北部西风带，且南部有东风带，基流切变大。模拟也得到相似的结果(图２)。台风对副高的影响是使副高加强西伸。而一般年份前期基流切变小，北部西风不大，南部东风不明显，副高数目多，范围小，强度弱。
从上面副高强度和网格点涡度关系看，副高强促使周围涡度强度加强；从副高总涡度和70～130°E、0～60°N涡度相关图看，0～25°N与副高总涡度正相关，25～40°N与副高总涡度负相关，40～60°N与副高总涡度正相关。以前专家模拟降水对副高的影响时，认为降水加强可通过次级环流作用而影响副高。其实副高增强也可以通过次级环流周边气旋促使涡度加强。从涡度守恒原理也说明，副高增强时，其周边气旋涡度也加强：副高加强，北侧西风加强，相应涡度也加强。
华南涝年为1959、1960、1961、1973、1985、1994年，对比江淮涝年，50～60年代以及70年代以后，江淮洪涝和华南相反。副高演变有不同类型：副高前期冬春季偏强而无异常台风时，华北有洪涝，如1958、1973、1988年。
副高和高温干旱气候也有很好关系。华南地区、长江中下游夏季干旱和7～8月高温80％～90%是由副高控制引起的。高温年副高前期和夏季动能、内能、位能偏大，总能量也偏大，特别是连续偏强第二年。8月份涡度指数与降水的关系在30°N以南表现为正相关，即负涡度越大（表示副高越强），降水越少。特别是华南受副高控制，易有干旱，相关系数达0.5～0.6，两者关系最大。其次是夏季长江流域。有异常偏晚台风时华南干旱，无异常偏晚台风且副高前期冬春季偏强时江淮干旱。特别是副高连续偏强第二年且无异常偏晚台风影响时，江淮高温干旱最重。干旱年一般对应高温年，控制副高的位能、内能越强，对应地域高温越强。
副高通过位置和强度来影响异常天气气候。当副高比常年稳定和比常年偏强时，易出现异常天气气候，主要是异常旱涝。而它们反过来影响副高，加强副高的稳定和强度。只有破坏这种副高的稳定和减弱到常年平均强度以下时，异常才能变正常。冬季异常台风是大气、特别是热带大气异常的体现，它通过基流和加热强迫副高加强并稳定西伸，产生夏季江淮洪涝。而江淮洪涝发生使其它地区同时有对应异常天气气候，西北特别是河西走廊有大旱时，通过异常环流演变也使副高加强但不一定西伸。这种时间长的演变机制模拟和诊断还有待加强。
３ 副高北跳前后能量诊断分析
诊断分析1998～2000年夏季副高北跳情况可了解副高北跳的能量变化等情况。初夏即6月上中旬，副高脊线（120°E）位置由15°N缓慢北上至17°N，比常年偏南2～3个纬距；到6月下旬，副高脊线明显北跳，由17°N跃至22°N，超过常年平均位置1个纬距；6月下旬～7月上旬，副高脊线又一次明显北跳，由22°N跃至29°N，超过常年平均位置6个纬距；7月中旬南落至22°N，幅度达7个纬距；到7月下旬南落至21°N；8月上旬又明显北抬至27°N，北抬幅度达6个纬距；8月中下旬南落到21°N，幅度达6个纬距。分析1998年夏季副高总能量演变情况可以发现：北跳前，动能一般增加，有时不变；位能一般增加，有时不变；内能一般增加，有时不变；总能量增加。北跳时，动能增加或不变，位能增加或不变，内能增加或不变，
潜能由东西向转为南北向，总能量增加或不变。北跳后有短暂迅速减少或不变。南撤则相反。副高总能量增加和减少趋势分别对应北跳和南撤。1999和2000年也一样。这再次说明副高能量强度指数不仅和副高强度有关，而且和北边界有关。副高越强越稳定，增加越大，北边界越偏北。由此看来，副高能量强度指数的气候意义是明显的。
４ 结语
（1） 对副高总能量和涡度强度指数进行小波分析，发现存在3.5
a等周期，这与中国的降水周期和江淮至华南旱涝周期完全一致，说明副高是中国降水、洪涝的最主要因素。副高强度偏弱，华南易产生洪涝和台风灾害，江淮易旱；反之江淮易涝，华南易旱。
（2） 副高通过影响华南至江淮的涡度等影响华南至江淮的旱涝，这是一个显著的动力机制。涝期500、850 hPa相应平均涡度为较大的正涡度区。其中华南500
hＰa较明显，江淮850 hPa较明显。旱期则相反。副高涡度强度指数的天气气候意义是明显的。
（3）
能量与涡度强度总和及平均副高指数与降水有较好关系，它们通过加强周边降水系统和影响副高位置来影响降水。副高能量强度指数不仅和强度有关，而且和北边界有关。后期副高越强越稳定，增加越大，北边界越偏北，与降水趋势更加一致。副高能量强度指数的气候意义明显。
（4）
冬季异常台风是大气、特别是热带大气异常的体现，它通过基流和加热迫使副高加强稳定西伸，产生夏季江淮洪涝。前一年异常偏晚台风是江淮强涝年的强信号。
（5） 副高和高温干旱等也有较好关系，副高控制越强，高温干旱越明显。特别是副高连续偏强第二年，且无异常偏晚台风影响时，江淮高温干旱最重。
致谢：本文得到南京气象学院陆维松教授的大力指导，特此表示感谢！
参考文献
1 陶丽，陆维松.El Niao年和La
Nina年的非线性临界层与副高的形成、维持和振荡［Ｊ］.热带气象学报，1999，（１）：1～9.
2 毛连海，陆维松，陶丽,等.强迫耗散非线性临界层与副高演变数值模拟试验［J］.南京气象学报，2003,（１）：17～23.
Study Of Affect Of Subtropical
High
On Abnormal Climate Evolution From Jianghuai To Huanan
MAO Lian-hai ， TANG Chuan-shi ， GUO Da-fen
(Environmental Prediction Center Of Jiangxi Province ,Nanchang
330046,China)
Abstract: Energy and strength
index of subtropical high are suggested,it is a sign to climate
abnormality.We give analysis of relation of small wave of subtropical high
and drought and flood of Jianghua、typhoon and high temperature .Motion
westwards of typhoon strength subtropical high and let it stretch
westwards, strength vorticity near subtropical high ,it result with
precipitation,drought and flood of Jianghua in China. analysis of
vorticity show that subtropical high affect precipitation,drought and
flood by 500&850 hPa vorticity.Abnormal Typhoon of last year is strong
sign.It has much precipitation in middle and end region of yanzi river in
less typhoon year.Subtropical high has effect with other
climate.Diagnosising energy chang of subtropical high when it actually
bounce northwards,we get ways of chang of energy and provide basis of
forcasting of climate.
Key words: subtropical high climate abnormality evolution relation
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收稿日期：2003年07月04日
改回日期：2003年11月12日
第一作者简介：毛连海（1968－），男，高级工程师，硕士，主要从事短期天气预报工作。 |
