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南亚高压东西振荡的特征分析
分类号：
P448UDC：
D10621-407-（2011）0085
密级：
公开编号：
84
成都信息工程学院
学位论文
南亚高压东西振荡的特征分析
论文作者姓名：
***
申请学位专业：
大气科学
申请学位类别：
理学学士
指导教师姓名（职称）：
***
论文提交日期：
2010年06月7日
南亚高压东西振荡的特征分析
摘要
本文利用63年NCEP再分析月平均高度场资料，定义了东伸指数以确定100hPa高度上南亚高压的东西位置，运用功率谱分析找出南亚高压东西振荡的周期。
并选出东西位置异常年份进行合成分析，讨论了夏季南亚高压东西位置异常时对应的高低空以及未来一年内的环流形势的特征。
最后利用全国160个测站60年的降水资料对偏东年和偏西年的降水特征进行分析。
结果表明：
（1）南亚高压东西振荡具有3—4年的短周期和20年左右的长周期。
而最近20年，东西振荡具有明显的5年周期。
（2）南亚高压偏西年夏季亚欧大陆对流层高层整体位势高度偏低。
偏东年，整体位势高度较高，南亚高压更强。
且在对流层高层夏季南亚高压东西位置异常对秋冬季节的环流形势都有一定影响。
（3）夏季南亚高压与对流层中低层副热带高压具有相向而行向背而去的趋势，且在中高纬，偏西年槽位置偏西，偏东年槽位置偏东。
对于对流层中低层，南亚高压东西位置异常对其秋冬季节环流形势影响不大。
（4）南亚高压东西位置与我国东部降水关系密切，对于我国东部，偏西年长江流域少雨，华南沿海多雨；偏东年，长江流域多雨，华南沿海少雨。
对于云贵川西南地区而言，偏东年北部降水多，偏西年南部降水多。
关键词：
南亚高压，东西振荡，环流形势，我国降水
CharacteristicAnalysisoftheSouth
AsiaHighEastandWestOscillation
Abstract
ByutilizingNCEPmonthlymeanreanalysisheightdataof63years,thisarticledefineaeaststretchingindexsothatidentifythelocationofSouthAsiaHigh（SAH）on100hPa.SecondlyfindoutthecyclesofSAHeastandwestoscillationsthroughpowerspectralanalysisoftheseriesofeaststretchingindexes.Andselecttheabnormalpartialeastyearsandwestyearstodocompositeanalysis.Thenprobeintothecirculationcharacteroftroposphereintheyearofbothpartialeastyearsandwestyears.Finally,usetheprecipitationdataofnational160stationsof60yearstoanalyzetheprecipitationcharacteristicsofthetwosituations.Theresultsshowthat:
（1）theSouthAsiahigheastandwestoscillationhasashortcycleofthreeorfouryearsandalongcycleof20years.Butinrecent20years,themostobviouseastandwestoscillationcycleis5-year.
（2）Inthepartialwestyears,theoverallpotentialheightintheuppertroposphereofEurasiaisrelativelylowwhileineastyears,itisrelativelyhighandSAHisstronger.Moreover,theabnormallocationofSAHhasacertaineffectonthecirculationcharacterinuppertroposphereinthecomingautumnandwinter.（3）Insummer,theSAHandthesubtropicalhighinthelowertropospheremarchintheoppositedirection.AndinmiddleandhighlatitudeareasofEurasia,thelocationoftroughismorewestward（eastward）inthewest（east）yearsofSAH.（4）ThelocationofSAHiscloselyrelatedwithprecipitationoftheeasternpartofourcountry.Inthewest（east）years,theYangtzeriverbasinrainless（more）andsouthChinacoastrainmore（less）.AstothesouthwesternpartofChina,inthewestyears,therainbeltisonthenorthoftheoneofeastyears.
Keywords:
SouthAsiaHigh,eastandwestoscillation,circulationcharacter,precipitationinChina
论文总页数：
15页
1引言
1.1课题背景
南亚高压是夏季出现在青藏高原及其邻近地区上空的对流层上部的大型高压系统，又称青藏高压或亚洲季风高压。
它是北半球夏季对流层上层最强大、最稳定的控制性环流系统。
其形成原因主要是青藏高原的强大热力作用。
南亚高压控制区具有潮湿不稳定特征，对流活动非常活跃，且处于不同地理位置时环流结构具有不同特征。
作为一个行星尺度的环流背景，它与夏季北半球大气环流和亚洲的区域天气气候关系密切。
南亚高压具有明显的年际及年代际变化特征，它的面积和强度存在3．8年的振荡周期，其位置和强度存在明显的年代际变化。
1978年大气环流背景调整以后，冬半年南亚高压脊线南移，中心东移，面积增大，强度增强；夏半年南亚高压的位置变化不明显，但面积和强度增大增强。
南亚高压全年皆存在。
冬季其中心位于菲律宾东南沿海附近，4月以后开始向西北方向转移，5月移到中南半岛，6月跳上高原，7，8月在高原上空最为强盛，9月以后又逐渐转移到海上。
夏季随着南亚高压的北跳，南海季风将爆发，南海季风建立期间亚洲及邻近地区上空大气环流都会发生明显变化，青藏高原东部和中国东部平原地区的对流层出现了爆发性增暖现象。
盛夏期间，由于高原的强大加热作用，南亚高压稳定位于高原上空，但其中心还是具有明显的经度变化，可分为东部型西部型和带状型三种变化过程，具有准双周振荡周期，当南亚高压为东部型时，长江流域少雨而西北东北一带多雨，当南亚高压为西部型时，雨带多在长江流域。
1.2研究现状
陶诗言等[1]分析了夏季亚洲南部100hPa流型的变化及其与西太平洋副热带高压的变动，得到南亚高压围绕青藏高原东西振荡及其与长波调整的关系；罗四维等[3]统计归纳的南亚高压东部型和西部型的概念及其活动特征被广泛应用于天气学分析和实际业务中；吴国雄等[4]利用40年月平均气候资料，指出由于受大地形的动力和热力作用影响，夏季南亚高压有两个平衡态，即中心不仅可在90°E左右的青藏高原上，还可在60°E左右的伊朗高原上，呈青藏高压型和伊朗高压型的双模态分布，并指出两种不同的分布型对北半球大气环流和亚洲的区域天气气候会造成不同的影响，南亚高压的活动受各种因素的影响；张琼[5]等作了南亚高压强度与全球海温异常的同期相关，得出了正负相关系数的分布类似于发生E1Nino事件时的海温距平分布，并得出青藏高压模态时全球SSTA分布类似于发生E1Nino时的SSTA分布，伊朗高压模态时SSTA分布类似于LaNina模态的结论；谭晶[8]等利用合成分析方法讨论夏季南亚高压东西位置异常时东亚地区高低层环流特征和垂直环流特征，结合大气环流的这些特征讨论了南亚高压东西位置异常对我国东部降水的影响，最后对南亚高压位置异常与海温异常的关系进行了研究，指出南亚高压与500hPa西太平洋副热带高压存在“相向而行”和“相背而去”的关系。
南亚高压偏东年长江流域降水偏多；偏西年西太平洋副高减弱东撤，使得长江流域降水较少。
南亚高压偏东（西）年高原西部和我国长江流域上升运动较强（弱）。
前期冬季赤道中东太平洋海温偏高（低），则夏季南亚高压的位置易偏东（西）。
前期冬季到同期夏季印度洋海温偏高（低），夏季南亚高压偏东（西）；胡景高等[9]的研究指出夏季南亚高压东脊点位置与长江流域中游、江淮流域的夏季降水有显著的正相关，与华南夏季降水有着显著的负相关，较其他各指数而言，南亚高压东脊点位置指数与全国夏季降水相关性更好。
他所做的滑动相关分析显示，南亚高压东脊点位置与我国江淮流域夏季降水的相关性存在明显的转折，由20世纪70年代以前的负相关转变为70年代以后的正相关；朱玲等[10]的研究指出南亚高压的面积指数和东伸指数的气候变化特征几乎相同，对中国降水的影响作用也几乎一致。
并根据奇异值分解和相关分析发现，当南亚高压面积指数偏大，位置偏南时长江中下游降水量偏多，当南亚高压面积指数偏小，位置偏北时长江中下游降水量偏少。
关于南亚高压异常与天气气候的关系也有许多研究。
朱福康[2]研究了南亚高压在天气预报中的作用。
张琼[6]等研究了长江流域大范围旱涝和南亚高压的关系，认为长江流域涝年南亚高压呈青藏高压型，脊线偏南、强度偏强，对应低层副热带高压也偏南、偏强并西伸，位于其西北边缘的西南暖湿气流和北方来的西北气流正好在长江流域一带汇合，导致较大降水；旱年时南亚高压呈伊朗高压型，高压偏北、偏弱，对应低层副高也偏北、偏弱并东撤，使得长江流域在副高控制下，干旱少雨。
1.3研究意义
关于南亚高压已有不少研究，特别是其南北、东西方向的位移都会极大地影响邻近地区的天气气候变化。
本文着重研究夏季南亚高压位置年际东西方向的振荡周期，以及偏东年和偏西年出现之后的秋季，冬季和次年春季分别对应的高度场特征和环流形势，最后分析偏东年和偏西年我国夏季降水的分布特征，对利用南亚高压的东西位置进行短期气候预测具有一定的实践意义。
2资料和方法
2.1资料概况
1948—2010年NCEP再分析月平均高度场，风场资料，分辨率为°×°经纬网格，以6—8月的平均值代表夏季平均状况；1951—2011年全国160个站各月降水资料，用6，7，8月降水之和代表夏季总降水。
2.2研究方法
运用功率谱分析南亚高压东西振荡的周期，采用合成分析南亚高压偏东年和偏西年四季的的高度场，风场特征以及偏东年偏西年的降水状况。
3夏季南亚高压东西振荡的周期
3.1夏季南亚高压东西位置异常的确定
定义100hPa高度上16760位势米等高线最东端的经度为南亚高压的东伸指数，计算1948—2010年共63年的夏季平均的南亚高压的东伸指数，建立它的位置序列，并将此序列进行标准化，以超过一倍标准差的标准来确定南亚高压的偏东年和偏西年（如图1）。
选取1956，1965，1971，1974，1976，1992，1997，2000，2001，2002，2004，2008年共12年代表偏西年，选取1953，1961，1979，1980，1981，1983，1987，1988，1990，1991年共10年代表偏东年。
用这些年份来进行合成分析。
图1南亚高压东西位置的年际变化（东伸指数经过标准化处理）
3.2夏季南亚高压东西振荡的周期
图2是1948—2010年共63年夏季南亚高压东伸指数的功率谱分析图，可以看出夏季南亚高压的东西振荡周期存在两个峰值：
一个是3至4年周期，一个是20年左右的周期，但同时看到红白噪声的谱密度较高，周期谱密度无法通过95%的信度检验。
这可能与上世纪70年代末的大气环流背景调整有关，在此前后南亚高压东西振荡周期可能有所变化，从而使得以近63年的数据作为整体来进行功率谱分析所得出的周期并没有令人满意的可信度。
若把可信度降低，将能得出这两个周期。
图21948—2010夏季南亚高压东伸指数的功率谱分析（黑实线为东伸指数的谱密度，红虚线为红白噪音，绿点线为95%的信度检验，横轴单位为年）
考虑近20年南亚高压的东西振荡变化。
利用1991—2010年共20年的东伸指数进行功率谱分析，结果如图3，可以看出近20年中南亚高压东西振荡存在5年左右的周期峰值，并可通过95%的信度检验，可信度较高，从而具有了一定指导预报意义。
单位：
年
图31991—2010年夏季南高压东伸指数的功率谱分析（黑实线为东伸指数的谱密度，红虚线为红白噪音，绿点线为95%的信度检验）
4南亚高压东西位置异常时的特征分析
4.1高度场特征
（1）200hPa高度场
用63年的数据做气候态平均，将选出的偏东年和偏西年各月资料分别减去对应月的平均气候态，再将两种情况的距平资料分别做其夏秋冬和次年春的合成图，图4分别为夏季200hPa偏西年和偏东年北半球亚欧大陆的高度场与气候态的差值图。
图4夏季200hPa偏西年（a）和偏东年（b）北半球亚欧大陆的高度场与气候态的差值图
整体来看，偏西年亚欧大陆以负值为主，说明200hPa的位势高度整体偏低，偏东年多为正值，说明偏东年200hPa位势高度整体较高，且南亚高压更强。
局部分析，对于偏西年，在我过中部和鄂霍茨克海有两个低值中心，在西伯利亚西部也有一低值中心。
对于偏东年，我国南部为正值区，中心位于我国黄海，与偏西年相比可见我国南部受南亚高压的东西振荡影响最大。
亚欧洲大陆上只有贝加尔湖一带有一个负值中心，其他地方皆为正值。
而且可以看出西西伯利亚—欧洲一带的位势高度与南亚高压的位势高度呈正向变化，贝加尔湖一带与南亚高压呈反向变化，这可能与地形关系密切。
图5夏季南亚高压东西位置出现异常情况后的秋季与气候态的差值图。
（a为偏西年，b为偏东年）
通过图5与夏季南亚高压东西位置异常后冬季以及次年春季的高度场与气候态的差值图（图略），可以看出，对于偏西年，夏季位于我国中部的负值中心秋季东移至山东半岛一带，强度并没减弱，位于鄂霍茨克海的负值中心消失，西西伯利亚的负值中心西移到欧洲中部。
亚欧大陆整体仍为负值，但数值减小，即逐渐接近气候平均态；至冬季，亚洲接近平均态，在乌拉尔山一带和西太平洋分别出现较强的正值中心；次年春，整体仍与平均气候态接近，亚欧大陆中部位势高度略低，而东部和西部位势高度略高。
对于偏东年，亚欧洲大陆的未来一年内平均位势高度都较高，秋季贝加尔湖的负距平消失，我过南部扔维持正距平，正距平最大值出现在阿拉伯半岛和欧洲中部；冬季正差值中心北移到西西伯利亚，整个亚欧大陆都为高度正距平；次年春西西伯利亚的正差值中心减弱，在我国东北出现负距平。
通过对比发现，在200hpa高度上两种情况的秋季距平图差异很大，且距平值都较高，冬季虽都不同于平均态且距平值都较高但两种情况的形势却相类似，至次年春季都接近与平均气候态，这说明夏季南亚高压东西位置异常对秋季对流层高层的环流形式影响较大，对冬季仍有一定影响，而至次年春影响很小或几乎没有影响。
（2）500hPa高度场
亚欧大陆夏季南亚高压偏西年和偏东年500hPa高度场与气候态的差值如图6，可以看出，我过华南—菲律宾群岛—西太平洋一带在偏西年为负距平，说明此时500hPa副热带高压位置偏东，且强度较弱；相反在偏东年这一带为正距平，说明副高位置偏西，且强度较强，由此证实了夏季南亚高压与500hPa西太平洋副热带高压“相向而行，相背而去”的结论。
b
图6亚欧大陆夏季南亚高压偏西年（a）和偏东年（b）500hPa高度场与气候态的差值场
亚欧大陆中高纬度的常态为西风带长波槽脊，在图6中表现为正负值中心，说明偏东年和偏西年的长波槽脊位置与平均态有很大差异。
对于夏季平均而言，北半球夏季500hPa环流形势中有四个槽，亚欧大陆上体现的是从贝加尔湖至青藏高压北部的槽和位于勘察加半岛附近的东亚大槽。
在偏西年，中西伯利亚和鄂霍茨克海分别为负值中心，贝加尔湖一带为正值中心，说明贝加尔湖的槽和东亚大槽都较平均位置偏西；对于偏东年，亚欧大陆大部分为正值，只在贝加尔湖以东有一小片区域为负值，说明贝加尔湖的槽较平均位置偏东。
从南亚高压在夏季出现东西位置异常年份之后的500hPa高度上的秋冬和次年春的高度场与气候态的差值图（图略）可以看出，秋季对于两种情况而言整个亚欧大陆与平均气候态的差异都不大；在冬季两种情况也有很大相似之处，在乌拉尔山一带都都较常态偏高，西太平洋位势高度也高于平均状况，由此推定夏季南亚高压的东西振荡并不是影响未来一年500hPa高度环流形势的主要因子。
4.2环流场特征
图7分别为夏季南亚高压偏西年和偏东年我国850hPa高度上的风场与平均气候态风场做差的差值风场图。
在偏西年，在西太平洋海上有气旋性风场距平涡度，说明在850hPa高度上的副热带高压强度较弱，位置偏东偏南；在我国西南地区，有偏离常态的西北风。
在偏东年，台湾岛以东处有一反气旋性风场距平中心，说明南亚高压强，影响范围向北伸展；在我国中部和华北平原，有西北风距平分量，说明在偏东年时夏季东南季风较弱；在西南地区，有偏离常态的西南风；还可以注意到在长江流域存在距平风的气旋性涡度，且在广西贵州一带有一反气旋性风场距平环流，这些都与我国的夏季降水关系密切。
图7为夏季南亚高压偏西年（a）和偏东年（b）我国850hPa高度上的风场与平均气候态风场做差的差值风场图
4.3降水特征
图8为夏季南亚高压偏西年和偏东年我国降水的分布与平均气候态降水的差值图。
b
图8夏季南亚高压偏西年（a）和偏东年（b）我国降水的分布与平均气候态降水的差值图
整体来看，在偏西年我国南部降水较常态多，北部降水较常态少，偏东年，我国北方降水比平均态多，南方降水多少于平均态。
各个局部分析，可以看出在山东半岛一带，长江中下游流域和华南沿海在两种情况下的降水差别最为明显，在偏西年，淮河流域山东半岛和我国华南降水多，长江流域和北京天津一带，辽宁省东南部降水少；偏东年，淮河流域和华南沿海降水少，长江流域和北京天津一带，辽宁南部降水多。
由此可见淮河流域与华南的降水同相位变化，黄河下游以北的区域至渤海湾一带与长江流域同相位变化。
由此可见我国东部降水多少的区域大体呈带状相见分布，越向北差异越小。
图中还可以看出在偏东年四川东北部降水明显高于平均值，运用图7对该情况原因进行初步分析。
就平均情况而言，夏季在我国西南部为西南季风，将孟加拉湾的水汽输送到云贵川形成降水。
在偏东年，我国西南地区有偏离常态的西南风，说明西南风较强，从而可以将孟加拉湾的水汽输送到更远的区域。
且可以看到在蒙古有反气旋性风场距平中心，在平均气候态中亚洲大陆为一热低压控制，说明偏东年夏季亚洲热低压较弱，中高纬会有风场辐散，可在四川北部形成风场的辐合从而为该地区带来更多降水，于是四川南部云南地区降水偏少。
在偏西年，我国西南地区的距平风为西北风，说明此时的西南季风较弱，故孟加拉湾的水汽不能输送到北方区域从而多在四川南部云南一带形成降水。
再结合图7对偏西年和偏东年我国东部降水的成因进行分析，在偏西年，西太平洋副热带高压较弱，位置偏东偏南，华南处于其北缘多上升运动故降水较多；在偏东年，西太平洋高压强，位置偏西偏北，华南受其脊线控制降水少，此时长江流域处于其北缘，且这一区域具有气旋行距平涡度造成风场辐合，上升运动增强，从而使这一地区降水量增加。
结论
本文以夏季北半球100hPa等压面上16760gpm的最东端经度为标准确定南亚高压的东伸西退，确立其东西位置的年际变化。
对选出的东西位置异常年份的夏秋冬以及次年春季的高度场，环流场，降水分别进行合成分析，得出的主要结论如下：
（1）南亚高压具有3—4年的短周期和20年左右的长周期。
而最近20年，它的东西振荡的周期峰值为5年。
（2）南亚高压偏西年夏季亚欧大陆对流层高层整体位势高度偏低。
偏东年，亚欧大陆对流层高层整体的位势高度都较高，南亚高压更强。
且在对流层高层夏季南亚高压东西位置异常对秋冬季节的环流形势都有一定影响。
（3）证实了夏季南亚高压与500hPa高度上副热带高压具有相向而行向背而去的趋势，且在中高纬，偏西年槽位置偏西，偏东年槽位置偏东。
对于对流层中层，南亚高压东西位置异常对其秋冬季节环流形势影响不大。
（4）证实了南亚高压东西位置与我国东部降水的关系，且对于云贵川西南地区而言，偏东年北部降水多，偏西年南部降水多。
本文对南亚高压东西位置异常与对应的环流形势，降水只是进行特征分析，而这些特征的形成机理有待进一步研究，另外对于南亚高压夏季东西位置异常对秋冬和次年春的环流形势影响的研究只是停留在感性认识阶段，需要进一步进行相关分析等研究从而上升为理性认识。
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致谢
本文是在王伟老师的热情关心和指导下完成的，他渊博的知识和严谨的治学作风使我受益匪浅，对顺利完成本课题起到了极大的作用。
在此向他表示我最衷心的感谢！
最后向在百忙之中评审本文的各位专家、老师表示衷心的感谢！
作者基本信息
姓名:
于天雷性别:
男
出生年月:
1988—12—24民族:
汉
声明
本论文的工作是2010年3月至6月在成都信息工程学院大气科学学
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