全球副热带反气旋的季节、年际变化特征及其与南海季风和海温的关系

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大气半永久性活动中心是大气环流重要的组成部分。大气半永久性活动中心的季节变化显著,大气环流的季节变化与之有着密切的关系。冬、夏季半永久性大气活动中心位置及强度的转变与大气环流的冬季型和夏季型相对应。从已有的研究可以看出,大气的半永久性活动中心—南亚高压、北美高压、西太平洋副热带高压、马斯克林高压和澳大利亚高压对北半球的环流特别是季风环流具有显著的影响。因此研究这些副热带大气半永久性活动中心的活动规律,对讨论全球气候的变化,分析海气相互作用的机理,以及气候变化对我国区域气候的影响具有重要意义。 本文用流函数的梯度定义了各反气旋所在垂直层次上的特征参数。分析了各反气旋中心的非绝热加热项的季节变化,其中着重研究了北美反气旋中心的加热场,并探讨了北美反气旋季节变化的机制;用湿位势涡度对南海夏季风指数进行了重新定义,分析了南海季风强弱年气候要素场的特征,研究了各反气旋对南海夏季风的影响及其影响机理;通过相关分析,研究了各反气旋系统与海温、海温距平及海温距平变化趋势的关系,揭示了南亚反气旋与海温相互影响的最佳空间模态;通过数值试验,讨论了对应冬季马斯克林反气旋强、弱年大气环流的变化特征,以及前期海温变化造成的冬季马斯克林反气旋强弱的变化对后期南海季风的影响,并与诊断分析的结果进行了比较。本文的主要内容和结论如下: 1.全球副热带反气旋环流的垂直结构及其变化特征南北半球反气旋中心纬度的季节变化一致,夏半年(以北半球为准,下同)偏北,冬半年偏南。相比而言,南半球马斯克林反气旋中心纬度的季节变化幅度不大。从经度变化的季节演变图中可以看出,对流层中层的西太平洋副热带反气旋和澳大利亚反气旋随季节逐渐东移,而后西移,与南北半球其它反气旋中心的移动相反。另外可以看出,南半球反气旋中心5月份已接近最北的位置,比北半球到达最北的时间早。而从夏到冬的季节演变中,北半球反气旋先行南撤,南半球却要晚一个月左右的时间。说明在季节变化过程中,从春到夏南半球大气环流转变为夏季环流型的时间要早于北半球,而从夏到秋则北半球更早地转变为冬季环流型。 对南北半球反气旋中心处非绝热加热场季节变化特征的分析显示,南亚反气旋与北美反气旋中心位于大气加热区中,受大气加热的影响,是热力性反气旋。而对流层中低层的各反气旋中心主要受下沉增温的影响,是动力性反气旋。 南北半球反气旋的相关分析结果指出,在180°以西的北半球反气旋与南半球反气旋的相互作用是直接的,而在180°以东的北半球反气旋对南半球反气旋的影响是通过西太平洋地区环流的改变实现的。在北半球对流层中、上层的反气旋对南半球反气旋的影响中,40°E以西的副热带地区和西太平洋中部地区环流的变化十分明显。因此,这两个地区是北半球反气旋对南半球反气旋产生影响的关键区。 2.南北半球反气旋的变化与南海季风的关系南海季风爆发前后,南海南、北部湿位涡发生明显反相的变化。湿位涡不仅反映了季风爆发前后流场的变化,而且还包含了季风爆发前后水汽场的改变。用南海南部湿位势涡度定义的季风指数确定的南海夏季风爆发时间为5月第4候。 用湿位涡定义南海夏季风强度,较好地体现了南海季风的年际差异。对比各反气旋强度和中心位置对南海夏季风强度的影响的相关系数大小可见,反气旋位置的相关系数较大,说明反气旋的位置与南海夏季风强度的关系更为密切。但是就任一单个反气旋而言,无论是反气旋强度,还是反气旋位置,与南海夏季风强度的相关都没有持续性。因此,南海夏季风强度的异常是南、北半球的各反气旋共同作用的结果。 前冬对流层中、低层的反气旋对南海夏季风强度有超前预示性,对流层高层的反气旋系统对同期的南海夏季风强度的影响更为显著。对流层高层的反气旋主要是位置变化对南海夏季风产生影响,对流层中低层的反气旋强度和位置均对南海夏季风有影响,但后者的作用更为明显。 3.海温异常及异常变化趋势与南北半球反气旋的关系春季南亚反气旋对春、夏季海温有超前相关,秋季南亚反气旋对秋季及后期冬季至第二年春季海温有影响。而夏季海温的变化对秋季南亚反气旋又有影响。它们之间的关系可以表现为:春季南亚反气旋异常→春、夏季印度洋海温异常(东太平洋春夏季海温异常)→秋季南亚反气旋异常→秋、冬季及第二年印度洋、东太平洋海温异常。通过分析,我们认为印度洋海温的变化与南亚反气旋关系更密切。而下半年的东太平洋海温与秋季的南亚反气旋有关。印度洋海温与赤道东太平洋海温的联系的中介者是对流层高层的南亚反气旋。 春季的南亚反气旋与春季海温及后期夏季海温的年代际变化关系密切。对应年代际变化,春季南亚反气旋整体偏强(偏弱)时,全球副热带地区的海温也整体偏强或偏弱。而对应年际变化,春季南亚反气旋的整体异常,常与发生于春、夏季的ENSO事件有密切关系。 秋季南亚反气旋与东太平洋海温的年际变化关系密切。秋季南亚反气旋的年际变化造成了东太平洋海温异常,并与发生于夏季、秋季的ENSO事件有密切关系。而对应年代际变化,秋季南亚反气旋与印度洋海温的关系更密切。 4.马斯克林反气旋对南海夏季风的影响数值试验结果表明,前期马斯克林反气旋增强、减弱,引起了后期Hadly环流的变化,造成后期西太平洋副热带反气旋强度发生变化。低层大气环流系统对南海夏季风具有超前预示性。因此,考虑南海季风的爆发和强度变化时,更应该重视前期低层环流系统的演变。 作为东亚季风系统中的成员,马斯克林反气旋强度的改变对南海季风强度的变化有一定影响,特别是对5月份的南海夏季风强度的影响较为显著,但对6月份南海夏季风强度的影响不显著。因此,马斯克林反气旋并不是南海5、6月份夏季风唯一的影响因子。尤其是对6月份南海夏季风强度的影响有不确定性。
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