肖若瑶 , 李英 , 樊晓婷
中国气象科学研究院
青藏高原作为世界上海拔最高、地形地势最复杂的高原,被称作地球 “第三级”,是全球大气环流变化的关键区和敏感区,深刻影响着高原和周边地区的天气气候。南亚高压是除极地涡旋外北半球100hPa等压面上最强大、最稳定的大尺度反气旋环流系统。其活动影响着高原及其周边地区乃至整个亚洲的降水分布。目前对于南亚高压上下青藏高原并无统一的定义方法,关于南亚高压上下高原时空分布特征及其变化趋势仍不甚清楚。补充南亚高压上下高原活动的异常特征及其大气环流背景,将为探索高原降水变化的原因提供参考。探索南亚高压上下青藏高原的活动异常特征及其环流形态,对认识亚洲地区降水事件的发生、发展和异常变化,以及对研究全球气候变暖背景下青藏高原对于区域及全球气候影响具有重要意义。
利用欧洲中期天气预报中心提供的1974-2023年共计50年的水平分辨率为1°×1°的第5套逐小时再分析资料(ERA5, Hersbach等, 2020),基于侯平均高度场和水平风场数据分析南亚高压的活动特征。参考Wei和张琼(张琼,1999;Wei et al.,2015)等人的定义,即取青藏高原(27°-45°N,70°-105°E)(Wu et al., 2007)范围内100hPa上位势高度值大于等于16600位势米(gpm)的格点数与高原的总格点数之比,作为南亚高压的高原指数,来判定其是否上下青藏高原。当指数大于等于0.25且持续一侯时为南亚高压上高原,当指数小于0.25且持续一侯则为下高原。将满足上高原条件这一侯称为上高原侯,同理可得下高原侯,那么上下高原侯的标准化时间序列就为上下高原时间指数。为了定量描述南亚高压上下高原的位置变化,我们定义了其东西偏移指数,是以87°E为界东侧位势高度高于16600gpm的格点数与西侧位势高度高于16600gpm的格点数之差的标准化序列。当指数大于(小于)0时,南亚高压上下高原位置偏东(西);当等于0时,不发生位置偏移。
本文利用ERA5再分析数据,首先定义南亚高压上下青藏高原的特征指数,进而分析了1974-2023年南亚高压上下高原的气候变化特征、南亚高压上下高原的时间和位置异常特征、及其环境场的差异,得到以下结论:
(1)统计发现,南亚高压上高原的气候平均时间大致为5月4侯(28侯),下高原的气候平均时间为10月2侯(56侯)。南亚高压上下高原的时间具有显著的年际变化,上高原侯具有偏早的长期线性趋势,下高原侯具有偏晚的长期线性趋势。上高原的偏早趋势、下高原的偏晚趋势和位置的偏东趋势都预示着南亚高压将在青藏高原上空持续的时间更长。
(2)1974-2023年共50年逐侯100hPa等压面上南亚高压位置的统计发现,南亚高压上下高原时均有长期偏东的线性趋势,南亚高压中心位置同样存在偏东的长期趋势,且中心位置与东西偏移指数具有一定的相关性。
(3)对比分析南亚高压上下高原的时间异常和位置异常年的环流背景。发现南亚高压上高原异常偏早/晚和异常偏西/东有类似的特征。100hPa等压面上,南亚高压上高原偏早和偏西时结构更松散,特征线的范围更大形状不规则,而偏晚和偏东时结构较为紧凑而且特征线呈类椭圆型;南亚高压下高原偏早时特征线多分为两环,偏晚时特征线纬向跨度大,覆盖面积广,偏西和偏东时均为整体带状。
(4)影响南亚高压上下高原异常活动与西风槽有密切关系,当槽位于中国东部沿海时,南亚高压上下高原均偏早发生且位置偏西;当槽强度较弱或位于高原西侧时,南亚高压上下高原均偏晚发生且位置偏东。
近50年南亚高压上高原偏早,下高原偏晚,控制高原的时间逐年增加。南亚高压上、下高原时,其位置均具有长期偏东的趋势。利用时间指数和位置指数得到南亚高压上下高原的异常年,通过合成分析方法,在时间异常年和位置异常年中南亚高压上下高原所展现的结构和特征形状各不相同。诊断分析结果可知,西风槽与南亚高压上下高原的异常活动密切相关。