（气象学专业论文）2005年6月华南洪水期西太副高变异的诊断分析.pdf

2 0 0 5 年6 月华南洪水期西太副高变异的诊断分析 专业：气象学 申请者：陈志芳 指导老师：简茂球教授 摘要 本论文用1 9 5 1 - - 2 0 0 5 年n c e p n c a r 再分析资料及中国测站降水量资料分析 华南6 月降水的变化特征，及其与华南6 月降水异常相关的西太副高变异特征、 水汽输送特征、海表温度异常特征；同时利用位势高度诊断方程对影响2 0 0 5 年 6 月华南洪水过程的大气中低层位势高度场的因子诊断分析。得出以下结果。 华南6 月降水的异常与南海区域的西太副高脊线的位置、副高中心强度的异 常都有着非常紧密的联系。气候平均而言，西太副高在南海区域的脊线位置约在 1 9 0 n ；在华南降水偏多( 少) 年，位于南海区域的西太副高的脊线位置比常年 位置要偏南( 北) ，菲律宾东面的副高中心强度较常年稍偏强( 弱) 。但在华南降 水偏多，偏少个别年份，西太副高也可以具有不同于上述特征的分布。 华南降水偏多年，在南海北部歪我国东南部地区以及_ = i 本南部洋面上空的水 汽通量较常年要偏强，但在阿拉伯海南部经印度半岛南部至孟加拉湾一带，华南 降水偏多年的水汽通量要比常年的弱；华南降水偏少年，水汽通量的分布特征与 偏多年相反。 就同期关系而言，南海及菲律宾以东的副热带西太平洋区域的海温偏高 ( 低) ，其上空的高度场有正( 负) 距平，与华南降水偏多( 少) 相对应；在上 述正相关带的北侧则是负相关区，该区域海温偏低( 高) 与华南降水偏多( 少) 相对应。 在对流层低层，对华南2 0 0 5 年6 月中下旬第一阶段降水过程的后期( 1 4 一1 7 曰) 、第二阶段强降水过程的发展期( 1 7 2 l 目) 和衰减期( 2 1 2 4r ) 我国南 方、南海区域及菲律宾附近热带西太平洋区域的位势高度场变化有较大贡献的因 子有涡度项和边界作用，而b 项、经向风动量的经向输送项、纬向风动量的经向 输送项、经向风动量的纬向输送项、摩擦力散度项和散度垂直平流的贡献次之。 边界作用、涡度项、经向风动量的经向输送项、摩擦散度项对华南及附近地区的 变高总是正贡献。纬向风动量的纬向输送项、经向风动量的经向输送项、涡度项、 b 项及摩擦散度项强迫的2 0 0 5 年6 月华南一南海及附近区域的位势高度演变与 实测的位势高度的演变有较好的对应关系，其中以涡度项的相关系数最显著，摩 擦散度项次之。 在华南2 0 0 5 年6 月中下旬降水过程中，对我国南方、南海区域及菲律宾附 近热带西太平洋区域对流层中层的位势高度场变化有较大贡献的因子有边界作 用、涡度项、b 项、切变项。边界作用、经向风动量的纬向输送项、纬向风动量 的经向输送项、切变项、涡度项和b 项强迫的2 0 0 5 年6 月华南一南海及附近区 域的位势高度演变与实测的位势高度的演变有较好的对应关系，其中以涡度项和 口项的相关系数是最显著，其次为边界作用。 关键词：华南，6 月降水，西太副高，诊断分析 l i d i a g n o s t i cs t u d yo n t h ev a r i a t i o no fw e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c h i 曲d u r i n gt h ef l o o dp e r i o d i nj u n e2 0 0 5i nt h es o u t h e r n c h i n a m 叠j o r n l i m e i s u p e r v i s o r ： m e t e o r o l o g y e l l e n z h i f a n g p r o f m a nm a o q i u a b s t r a e t t h e 西o b a lh e a ts o u r c e sa r ec a l c u l a t e du s i n gt h en c e p n c a rd a i l y r e a n a l y s i sd a t af r o m19 5 8t o2 0 0 0 n 聆v a r i a t i o no fp r e c i p i t a t i o no v e rt h e s o u t h e mc h i n ai nj u n e ，a n dt h ev a r i a t i o n so fw e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c h i g h ( w p s h ) ，s e as u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) a n dt h e w a t e rv a p o u r t r a n s p o r t w h i c ha r er e l a t e dt ot h ea b n o r m a lp r e c i p i t a t i o ni nj u n ei nt h e s o u t h e r nc h i n a a r ea n a l y z e ds t a t i s t i c a l l yw i t ht h en c e p ，7 n c a rm o n t h l y m e a nr e a n a l y s i sd a t aa n dt h eo b s e r v e dr a i n f a i lo v e rc h i n af r o m19 51t o 2 0 0 5 t h ev a r i a t i o no fw e s t e r np a c i f cs u b t r o p i ch i g hd u r i n gt h ef l o o d p e r i o di nj u n e2 0 0 5i nt h es o u t h e l t lc h i n ai sa l s os t u d i e db a s e do l la d i a g n o s t i ce q u a t i o na n dt h ed a i l yd a t a t h em a i nr e s u l t sa r es u m m a r i z e d a sf o i l o w s ： t h er i d g e so fw p s ha tt h el e v e lo f5 0 0h p aa l el o c a t e da t19 ni n j u n ei nt h es o u t hc h i n as e “s c s ) c l i m a t o l o g i c a l l y t h er i d g e so f 聃个s h a r el o c a t e df a rs o u t h w a r d ( n o r t h w a r d ) a n dt h es t r e n g t ho ft h e 甲s h c e n t e ra r ei n t e n s i f i e d ( w e a k e n e d ) i nt h ec a s e so fa b u n d a n t ( s c a r c e ) r a i n f a l l i nj u n ei nt h es o u t h e r nc h i n at h a nt h en o r i 竹a ly e a r s t h ew a t e rv a d o rf l u xi si n t e n s i f i e d ( w e a k e n e d ) o v e rt h ea r e af r o mt h e n o r t h e r ns c sn o r t h w a r dt ot l l es o u t h e a s t e r nc h i n aa n dn o r t h e a t s e m w a r d t ot h es o u t ho fj a p a ni nt h ec a s e so fa b u n d a n t ( s c a r c e ) r a i n f a l li nj u n ei n t h es o u t h e r nc h i n at h a nt h en o r m a ly e a r s h o w e v e r , t h e r ee x i s to p p o s i t e r e s u l t sf o rt h ew a t e rv a p o rf l u xo v e rt h ea r e af r o mt h ea r a b i a ns e a e a s t w a r dt ot h eb a yo f b e n g a l i nj u n e t h ep o s i t i v e ( n e g a t i v e ) s s ta n o m a l i e si nt h es c sa n dt h e s u b t r o p i c a lw e s t e r np a c i t i ca n dt h en e g a t i v e ( p o s i t i v e ) s s ta n o m a l i e si n t h en o r t h w e s t e r np a c i f i ca r ea c c o m p a n i e dw i t hp o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l i e so fg e o - p o t e n t i a lh i g h to v e rt h er e g i o n ，w h i c hr e l a t e dt ot h e a b u n d a n t ( s c a r c e ) r a i n f a l li nj u n ei nt h es o u t h e r nc h i n a i i i a tt h el o w1 e v e lo ft h et r o p o s p h e r e t h eb o u n d a r ye f f e c ta n dt h e v o r t i c i t yt e r m ( z e t at e r m ) p l a yam a i nr o l ef o rt h ev a r i a t i o no ft h e g e o - p o t e n t i a lh i g h to v e rt h es o u t h e r nc h i n a t h es c sa n dt h ev i c i n i t y d u r i n gt h ef l o o dp e r i o do f1 4 - 2 4i nj u n e 2 0 0 5 t h eb e t at e r m t u r b u l e n t f r i c t i o nt e r m ，v e r t i c a la d v e c f i o no fd i v e r g e n c eo t h e rt e r m sr e l a t e dt o h o r i z o n t a la d v e c t i o no fm o m e n t u m p l a yas e c o n d a r yr o l e t h eb o u n d a r y e f f e e lz e t at e r m ，t h et u r b u l e n tf r i c t i o nt e r ma n dt h et e r mo fm e r i d i o n a l t r a n s p o f to fv - m o m e n t u mh a v ep o s i t i v ec o n t r i b u t i o n st ot h ev a r i a t i o no f g e o - p o t e n t i a lh i | g h t o v e rt h es o u t h e r nc h i n aa n di t s v i c i n i t y 孙e v a r i a t i o n so f t h eg e o - p o t e n t i a th i g h tf i e l d sf o r c e db yt h ez e t at e r ma n dt h e t u r b u l e n tf r i c t i o nt e r ma r ec o n c i s ev e r yw e l lw i t ht h eo b s e r v e dh i g i lf i e l d o v e rt h es o u t h e r nc h i n aa n di t sv i c i n i t ya r e ai nj u n e 2 0 0 5 a tt h em i d d l e1 e v e lo ft h et r o p o s p h e r e t h ep r i m a r yf a c t o r sf o rt h e v a r i a t i o no fg e o - p o t e n t i a lh i g h to v e rt h es o u t h e r nc h i n aa n di t sv i c i n i t v a r e aa r et h eb o u n d a r ye f f e c t , v o r t i c i t yt e r m ( z e t at e r m ) ，b e t at e r ma n dt h e w i n d - s h e a rt e r m t h ev a r i a t i o n so ft h eg e o - p o t e n t i a lh i g h tf i e l d sf o r c e d b yt h ez e t at e r ma n dt h eb e t at e r mo r ec o n c i s ev e r yw e l lw i t ht h eo b s e r v e d h i g hf i e l do v e rt h es o u t h e r nc h i n aa n di t sv i c i n i t ya r e ai 1 1j u n e 2 0 0 5 k e y w o r d s ：s o u t h e r nc h i n a ， r a i n f a l l i n j u n e ， w e s t e r np a c i f i c s u b t r o p i ch i 曲，d i a g n o s t i ca n a l y s i s i v 第1 章前音 第1 章前言 华南是中国雨量最充沛的区域之一，年雨量大，雨季长，降水主要集中在 4 - 9 月，其中6 月是华南气候平均月降水量最多的月份，平均月降水量达2 6 4 m i t t ， 是华南暴雨发生的主要月份，因此也是洪涝频发的时期。1 9 9 4 年华南特大洪涝 灾害发生在6 7 月，2 0 0 1 年6 月和2 0 0 5 年6 月发生在华南的洪涝灾害便是最近 的两个个例，它给华南地区带来了严重的经济损失。当然，华南也是旱灾易发地 区，6 月也不例外，1 9 6 7 、1 9 8 9 和2 0 0 4 年的6 月便是华南近5 5 年来6 月最早的 三个个例。因此，对华南6 月降水异常及其成因进行分析研究不仅有重要的科学 意义，也有重要的社会意义。 目前，国内气象工作者对华南地区的降水和旱涝特征，及其影响因子已进行 了相当多的研究和探讨。贺海晏的研究“3 表明广东的西江与东江流域旱多涝少， 鉴江流域则涝多早少，北江和韩江流域有涝无早。梁巧倩等。1 表明广东冬半年的 干旱在7 0 年代以来有加剧的趋势。还有相当多的工作对华南前汛期的降水或旱 涝的时空分布特征、大气环流对其的影响以及旱涝预测方面做了较深入分析o 。 如吴尚森等“3 对华南前汛期旱涝时空分布特征进行了分析；林爱兰等”1 对华南汛 期旱涝变化及其预测做了研究：李英梅等“1 对广西降水变化进行了诊断分析；最 近，温珍治“对近4 2 年福建降水的时空变化特征也进行了研究。 降水的多寡与大气中的水汽输送异常有密切关系。有关夏季风期间周边地区 对华南地区的大尺度水汽输送的方面，国内学者也曾做过许多研究工作。陈世训 等“1 的分析指出，5 、6 月华南地区的水汽主要源于南边界。中国大陆夏季降 水的外界水汽输送主要来自南海，其次来自孟加拉湾的西南季风，再次是副热带 高压的东南季风“。最近，陈长胜等“”利用较长时段的资料进一步证实了南海( 主 要是其北部) 是华南降水异常的水汽输送的关键区。国外学者针对与华南旱涝有 关的大尺度水汽输送研究较少，而主要对与东亚季风区降水异常有关的水汽输送 做过一些研究“”1 。陈艺敏等“”还对西太平洋暖池海温对华南前汛期降水影响进 行了数值试验研究。 正如前面提到的，华南6 月是前汛期中暴雨多发月份，但是，到目前为止， 专门针对华南6 月降水异常变化及其成因的研究工作还较少见。粱建茵“”曾对6 第1 章前高 嚣露太挈洋裂裹资线熬年甄交织菠冀对华嘉簿农懿影鼹遴褥醭究，发褒6 嚣藓褰 脊线偏南( 北) ，则华南降水偏多( 少) ，而南海及西北太平洋的海温对剐商脊线 位置谢显著影响。必晓彤等“还对初夏南海海温对华南降水的影响进行了数值模 毅，缝粱表瑰毒海海表漫疫璜溪，育嚣予华悫簿拳灌多。懿羚，冬舂袁藏莲器获 雪异常也可以影响厝期华南降水异常。陈烈庭等“嘲研究表明，青藏商原冬春季 多雪荫利于后期华南6 月降水偏雾，冬春季少臀则有剥于尉期华南6 月降水偏少。 毽楚，与华南6 羁簿拳舅零鞠关懿太气臻滚特征爱选袋洚农巽鬻戆携疆遘程 还有特深入的研究，尤其是与华粥6 月降永舜常相关的西太副高异常的帆理还尚 未完全弄清楚，还肖许多值得进步研究的内容，如各动力、热力因子影响副高 凌毫发缓变异魏褪黠舞献丈枣簿。舅一方囊，气象蹉测资辩黪瑷曩窝壤多毽为疆 究工作的开展提供了更好的基石街。为此，本论文的目的是对瞪太平洋副离爻异及 其对华南6 月降水的影响进一步的探讨。论文的研究内容包括以下两方面前内 容：跫献努援冬鬻6 篾箨东憝变纯特薤密发，薅与华南6 月洚零雾繁掇关终瑟 太副黼变异特征、水汽输送特征、海表温度异常特征做统计分析；二是利用位势 高度诊断方程对2 0 0 5 年6 月华南洪水期西太副高异常的动力因子影响j 攮程进行 渗凝磷究，鏊箍示簿致鼙嘉异露瓣主要影穗戮子，为华裔6 冀浆事涝谈溺箍谣务 学依据。 2 第2 章资科和分析方法 2 1 资料 第2 章资料和分析方法 本文使用的资料主要有： 1 ) 1 9 5 1 2 0 0 5 年共5 5 年n c a r n c e p 再分析资料逐f j 资料的高空1 2 层纬 向风u 、经向风v 、p 坐标垂直速度国、温度r 和比湿口等资料，具体来讲，高 空1 2 层分别为1 0 0 0h p a ，9 2 5h p a ，8 5 0 h p a ，7 0 0h p a ，6 0 0h p a ，5 0 0 h p a ，4 0 0h p a ， 3 0 0h p a ，2 5 0l f f a ，2 0 0h p a ，1 5 0h p a ，l 0 0l a p a 。上述资料格式为经纬度网格点， 分辨率为2 5 0 2 5 0 。 2 ) 中国气象局气候中心整理的1 9 5 1 - 2 0 0 5 年6 月中国1 6 0 站的月降水量资 料，及2 0 0 5 年6 月华南地区逐日降水量资料。 2 2 计算和分析方法 2 2 1 水汽通量的垂直积分 水汽通量的垂直积分可表示为： ( v 。) = 吉e ( 蝴，w ) a p 其中胁为地面气压，p t 为大气层顶气压，t - n c e p 高空比湿g 资料只到3 0 0h p a 故所值取3 0 0h p a ，g 为重力加速度。 2 2 2 位势高度的诊断方程 本论文采用袁卓建( 2 0 0 6 ) 推导的位势高度诊断方程，它是由球坐标系和 p 坐标下的散度方程整理而得到的诊断方程。其具体推导过程如下： 个人交流 第2 章资料和分析方 击 采用的基本方程组如下，其中在垂直方向采用了静力平衡近似。 丝+竺鱼+ 兰丝+ 珊丝：一l 丝+ 加+ 尹堡m + u v t a n _ _ 业+ 丝堡+ e a f a c o $ 妒a 丑口a 声固p口c o s 声a z 。 。且g 口ap g 4 安+ l 安+ 兰尝+ 国妻：一三鲁一丘一生型+ 竺丝+ 氆a c o s 矿a a 8a 牵 卸 a8 牵aqp g 0 i n 8ha h a 8v o l n 88 i n 0o + 一+ 一+ 一= 2 魂 a c o s # 8 a aa 母 印c n t l 塑+ l a ( v c o s ) + 塑：o a e o s 妒觚o c o s 却印 锄l 窜p p = n 足r 在球坐标系中散度v ：矿，相对涡度f 和拉普拉斯算符定义为： v 2 0 = 高等+ 南南p 矧 用i 未i 刍作用于( 2 一1 ) 式得 ( 2 1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) f 2 - 6 ) ( 2 - 7 ) ( 2 8 ) 佗- 9 ) 旦( l 丝) + l 旦卜j l 丝) + l 一旦0 堡) + l 旦驾： 瓦葡瓦) + 磊夏万丽磊夏万丽) + 磊磊万瓦咭丽+ 磊夏万瓦 矽2 iuiii 一面石1 丽丽0 2 0 + 磊刍( 朋+ 磊刍( 竺警+ 两1丽0 ( 警 v 卯 v i iv i i i + l 堡+ 1 _ 旦( f r t 型、 a c o s a 旯a c o s # 觑p g 。 i xf 4 ( 2 。】o ) 2 9 j 妒 c 一8 们一 坚西 塑 ，t一 喳一 a 一 幻一掣堂妒带 ，一 烈一 | 軎 万 塑舰 i 一矿 ，一0 ，一删 加一撇 j 蔷 万 j i ，一 第2 章资料和分析方法 v = c o 虿a 磊面1 丽0 u ) + 磊面i 瓦o c o 面o u 玎= 磊f 而瓦0 v v i i i r 删t 珊( 口c 。1s 尹似o u ) + p g 口r ( 口c u 。s 妒& 姒o t ) 用三o ( o 。e o 。s # ) 4 惭( 2 - 2 ) 式得： a c o s 毋d 驴 针上a c o s 铡+ 面1 曩oc 务面1 丽0 _ v c o s # 矽c + 去品加一面1。删0(、co口s庐0却0，)(cocos妒葛)一南品( 乃c o s 扔一( 2 - 面面2 一面s 妒鲫、口却7 一面丽弦c 0 8 纠一 ( 2 - 1 1 ) l 旦r _ u 2t a n 妒c o s 庐) + l 旦f v e o t c o s 矿) + l o f + c o s a c o s 庐a 西、 d a c o s 庐a 、p g aa c o s 庐a 妒 其中第四项，第六项及第八项可分别展为： 引 1 f 9 ( v e o s 妒) i 。1a 国加 w 面i a c o s 妒可j + i 丽虿 w ：一上_ o ( u c o s ) 一”卢 a c o s 妒d 妒 谢=墅l上等卜上t-pgal a e o s 尹p g aa ”等) w “= l _ i ：l 十五一j o 串 l 0 串 依展式和( 2 7 卜( 2 1 9 ) 的定义，由( 2 - 1 0 ) + ( 2 - 1 1 ) 得： 掣+一1瓦0卜u驴ou一1面c3卜u刁ov+一i瓦0咭y矽ouacos a c o s 妒a c o s 妒 a a c o s 庐a 觎、觑7却、融。觑、口却 +一1面o(型争街半+上等弘1丽0a面ovacos矿a a c o s 妒a 。协，：， 鲫、鲫7印融印铆印 ，。、 一v 2 。+ 彤一妒+ 面1 瓦o ( 型) 一面1 丽0 a c o s aa c o s 芒旦堕a 型)驴叭p 印 + 等v ：再去c 志百o o t + i v 可( 9 r o t ) + v z 再品等 第2 章资料和分析方法 由球坐标和周地直角坐标闭的变换关系： 出= a c o s 西d , ! d y = 口d 母 ( 2 - t 2 ) 式两端同乘c o s 矿并利用( 2 1 3 ) 可以整理为 丢昙争= 喜胁， 其中： ( 2 1 3 ) ( 2 - 1 4 ) 善n ，5 叫一坠一志言c 志一南品c 翥 一一一一一一一一一一一( 1 ，一一一一一一一一一( 2 ) 一一一一一一一一一( 3 ) 一一一一 一l i 0 ( 一y i o u ) 一l 兰( 竺型堡) 一珊曼! 1 2 ：塑一l 丝塑 a g o s 庐觑、d a a c o s 矽a 声、aa 声7 “印a c o s 妒a 丑劬 一一一一( 4 卜一一一一一一一一一一( 5 ) 一一一一一一一( 6 ) 一一一一一一一( 7 ) 一一一 一= 1 面& o 虿。却+ 疗一妒+ 击击( 竺孚) 一i 南南e 竺字) 一一( 嚣) 一一一( 9 ) 一( 1 0 ) 一一一一- ( 1 1 ) 一一一一一一一一一一一一一( 1 2 ) 一一一一一一一 + 。r t m v 2 矿+ ( 土i & a t + ! 丝) + 审，户+ 笪上一o c o t lp g a p g a j a c o s 庐8 亢 n8 争 2 p ga c o s 妒a a 一一( 1 3 ) 一一一一一一一一一( 1 4 ) 一一一- ( 1 5 ) 一一一( 1 6 ) 一一一一( 1 7 ) 一一一一一 各项的物理含义如下： ( 1 ) 一一散度随时间的局地变化项 ( 2 ) 一一纬向风动量的纬向输送项 ( 3 ) 一一经向风动量的纬向输送项 ( 4 )一一纬向风动量的经向输送项 ( 5 )一一经向风动量的经向输送项 ( 6 )一散度垂直平流项 ( 7 ) 、( 8 ) 一一( 风) 切变项 ( 9 ) 一涡度项( z e t a 项) ( 1 0 ) 一b 项 ( 1 1 ) 、( 1 2 ) 一一曲率项 ( 1 3 ) 散度项 ( 1 4 ) 、( 1 5 ) 一一垂直热量通量水平平流项 6 第2 章资料和分析方法 ( 1 6 ) 一一摩擦力散度项 ( 1 7 ) 一一垂直热量通量纬向梯度项 可通过超松弛迭代法求解( 2 1 4 ) 式，而且可通过分别求解每项强迫项对位 势高度场的贡献来评估各项作用的相对重要性。在模拟某强迫因子的单独作用 时，取位势高度初始迭代场为零，其它强迫项也取零值，然后迭代位势高度方程。 在模拟边界作用时，迭代初始场的取法为：侧边界取观测的位势高度值，内区取 零值，而且( 2 1 4 ) 式等号右端各强迫项也取零，然后迭代位势高度方程，这 样迭代算出的结果为边界效应。具体迭代求解时，判断每个格点相邻两次迭代的 数值的差，如果差在预设的误差范围之内( 如1 0 0 ) 或迭代次数达到某预定数( 如 3 0 0 ) ，则停止迭代。 对于( 2 。1 4 ) 式中的湍流摩擦力散度项( 第1 6 项) ，在假设边界层是充分混 合( w e l l m i x e db o u n d a r yl a y e r ) 的情况下，湍流摩擦力可表示为f 2 1 j 最兰土( 冬i + 冬了) ( 2 1 5 ) d 盘庞 其中：r 。= - - p u w 7 ，= p v ，“一”表示雷诺平均。在近地两层，动量的湍 流通量项可表示为 ( ”，w ) s = 一c d l y i 百，( v w ) s = 一c d l 矿i 铲 ( 2 1 6 ) 其中i 矿 ( - 2 + 矿2 ) ，o 为无量纲拖曳系数( n o n d i m e n s i o n a l d r a g c o e f f i c i e n t ) ，在 海洋上取1 5 1 0 。，陆地上取3 1 0 。而到达一定高度如边界层顶，可认为湍 流应力为零，即 $ - z x = 0 ，k = 0 。 ( 2 1 7 ) 假设边界层的p 为常数，则由( 2 1 5 ) 一( 2 1 7 ) 式可得 丘兰竿i + 竿7 一鲁i 矿i 尹 ( 2 - 1 8 ) n一力 其中h 为边界层厚度，取1 3 0 0 m 。因此，湍流摩擦力的散度为 v - 丘= 长( 鲁而习s + 号e 而硗 一矿v ( 鲁而) _ 鲁而v 歹 ( 2 1 9 ) 第2 章资料帮分析方法 另外，如果要在位势高度诊断方程( 2 1 4 ) 中考虑热力作用，可通过连续方 程 v 矿a t o 印 及热力学方程 有 一警= 旦c 一等+印 v t 。西 “ o l n 0 a e o s , 0 2 ( 2 2 0 ) + 兰掣+ 去警 ( 2 2 1 ) 口a 母疗劾4 v 矿：旦【型+ 上型+ 兰掣+ 三塑】 ( 2 2 2 ) c 。t 。魂a e o s 缈a 丑口a 母口劫1 其中9 为位温，t 为温度，q 为非绝热加热率。 8 第3 章西太副高的变异与华南6 月降水异常的统计分析 第3 章西太副高的变异与华南6 月降水异常 的统计分析 许多研究都已表明西太平洋副热带高压的位置和强度的异常对我国东部地 区的夏季降水有显著的影响。那么华南6 月降水的异常与西太副高的异常有什么 样的联系? 本章目的是对两者之间的关系作统计分析。 3 1 华南6 月降水变化特征及其与5 0 0 h p a 层位势高度场的相关 分析 本工作取2 5 0 n 以南，1 0 5 0 e 以东的地区代表华南( 不包括台湾) ，以华南 1 4 个站平均的6 月降水量表示华南6 月降水，其时问序列如图3 1 所示。以8 年以下代表年际分量，8 年以上代表年代际分量，则年际变化和年代际变化的方 差分别占总方差的7 4 和2 6 ( r h 谐波分析i 2 2 l 求得) ，说明华南6 月降水的变化 主要以年际变化为主。尽管如此，从图3 一l 可知，自上世纪7 0 年代末到9 0 年 代中年代际分量的振幅相对于这一段时间的年际变化振幅也是非常明显的，且在 8 0 年代处于年代际的负距平位相，9 0 年代以来基本处于正距平位相。 图3 一l1 9 5 1 2 0 0 5 年华南6 月降水量距平时问序列( 虚线为年代际变化曲线) 如果以s ( 标准差) 来划分华南降水偏多、偏少年，结果如下： 偏多年( 9 年) ：1 9 5 9 、t 9 6 2 、1 9 6 4 、1 9 6 6 、1 9 6 8 、1 9 9 3 、1 9 9 4 、2 0 0 i 、2 0 0 5 偏少年( 7 年) ：1 9 6 1 、1 9 6 7 、1 9 8 5 、1 9 8 7 、1 9 8 9 、2 0 0 0 、2 0 0 4 其中最近的2 0 0 4 和2 0 0 5 年分别是降水偏少和偏多的个例之一。 下面分析华南6 月降水与高度场的相关特征。华南6 月降水时间序列与同期 9 第3 章西太耐高的变异与毕南6 月降水异常的统计分析 5 0 0 h p a 位势高度场的相关系数分布如图3 2 所示。从图中可知，在中国东部及 日本的东面北太平洋上空为负相关，而在南海中部至菲律宾以东洋面上空为正相 关，说明华南地区的高度场偏低和菲律宾东侧西太副高偏强是有利于华南降水偏 多，反之则有利华南降水偏少。 图3 2 华南6 月降水时间序列与同期5 0 0 h p a 位势高度场的相关系数分布如图 ( 阴影区通过9 5 信度的检验) 3 2 华南6 月降水偏多偏少年西太副高的分布特征 根据上一节得至o 的华南6 月降水的偏多、偏少年，对5 0 0 h p a 高度场进行合 成，如图3 3 所示。气候平均而言，西太副高在南海区域的脊线位置约在1 9 0 n ( 图3 3 a ) ；在华南降水偏多年，位于南海区域的西太副高的脊线位置约在 1 c n ( 图3 3 b ) ，比常年位置要偏南，菲律宾东面的副高中心强度较常年稍偏 强，对应的距平场如图3 4 a 所示，在菲律宾北部附近及其以东洋面上空为正距 平，而在东亚大陆及其以东洋面上空为负距平：在华南降水偏少年，位于南海区 域的西太副高的脊线位置约在2 2 。n ( 图3 3 b ) ，比常年位置要偏北，菲律宾东 面的尉高中心强度也较常年偏弱，对应的距平场如图3 - - 4 b 所示，在南海中北部 及巴士海峡以东洋面上空为负距平，而在东亚大陆及其以东洋面上空为正距平。 因此，华南6 月降水的异常与南海区域的西太副高脊线的位置、副高中心强度的 异常都有着非常紧密的联系。但是，在华南6 月降水偏多( 偏少) 年，南海区域 的西太副高脊线的位置是否较常年都一致偏南( 偏北) ? 为了弄清这个问题，我 1 0 第3 章西太副高的变异与华南6 月降水异常的统计分析 们对上一节划分的华南6 月降水所有偏多( 偏少) 年副高在南海的脊线位置都 图3 3( a ) 6 月5 0 0 h p a 位势高度气候平均场；( b ) 和( c ) 分别是华南6 月降水偏多和偏 少年5 0 0 h p a 位势高度合成图( 单位：g p m ) 第3 章西太剐高的变异与华南6 月降水异常的统计分析 进行了谱查，发现在9 个华南降水偏多年中，除1 9 9 4 年6 月外，其它年副高在 南海的脊线位置都较常年偏南的，而在7 个降水偏少年中，除1 9 6 7 年，其它年 副高在南海的脊线位置都较常年偏北。 图3 4 ( a ) 和c o ) 分别是华南6 月降水偏多和偏少年5 0 0 h p a 位势高度距平台成图 ( 单位：g p m ) 1 9 9 4 年6 月平均的5 0 0 h p a 高度场分布如图3 5 a 所示，可以看出，西太副 高在华南地区的脊线位置大约存2 4 。n ，即较常年偏北5 度左右，西太副高中心 区强度偏强，而且在华南地区等高线较密集，即梯度较大，因此风速较常年的大， 华南上空的垂直上升运动较常年的偏强( 垂直运动。有负距平，图3 - - 6 ) ，对应 降水偏多。1 9 6 7 年6 月平均的5 0 0 h p a 高度场分布如图3 5 b 所示，菲律宾附近 副高脊线的位置虽然接近正常，但副高中心区强度偏弱，在华南至南海区域等高 线较稀疏，位势高度梯度明显偏弱，华南上空的垂直上升运动较常年的偏弱( 垂 直运动有正距平，图3 - - 6 ) ，对应华南降水偏少。另外，图3 6 中华南的垂 直运动曲线与降水曲线有非常明显的反相特征，它们的相关系数高达一o 7 l ，这 种关系是必然的，也是非常容易理解的。 图3 - - 5( a ) 1 9 9 4 年6 月5 0 0 h p a 位势高度场：( b ) 1 9 6 7 年6 月5 0 0 h p a 位势高度场 ( 单位：g p m ) 第3 章两太副高的变异与华南6 月降水异常的统计分析 图3 6 华南6 月降水距平标准化时间曲线( 实线) 和区域( 1 0 7 5 。e - 1 1 7 5 。e 2 2 5 0 n - 2 5 * n ) 平均的5 0 0 h p a 垂赢运动。距平标准化时问曲线( 虚线) 以上分析表明，华南6 月降水的异常与西太副高在南海区域的脊线南北位置 有密切相联，为了描述副高脊线位置的变化，根据图3 - 3 ，我们定义一个能反映 南海区域的副高脊线位置在南北变动的副高脊线指数i s h l h = d h 1 0 5 - 1 2 0 e ，2 0 2 5 n 】一d h 1 0 5 1 2 0 e ，1 2 5 1 5 n 】 ( 3 - 1 ) 其中d h 代表6 月5 0 0 h p a 的位势高度距平( 相对多年平均的距平) ，如果l s u 0 ， 表示北高南低的高度场分布，即副高脊线位置较常年偏北，如果i s r r 0 ，粼谯该豢风区霄强v c o s 妒口枷0 力8 伊0 ，斑 整! 童型篓! 星兰壹鎏查塑登盔塑蔓遮壅墨墅煦堡堑坌蔓一 瞬4 - 1 7( a i ) 洋日( a 2 ) 分掰是2 0 0 5 年6 月1 7 、2 i 墨9 2 5 h p a 经起风场( m s h ( a 3 ) 为6 月1 7 2 1 日经向风麟她对簿变化率( 单位：m s d i ) 。( b i ) 和( 敞) 势嶷是t e l _ 5 矮强逮薮l 熬6 嚣1 7 、2 1 嚣蔫褒场( g 辨) ；趣3 ) t e r m 5 矮强遥翁1 7 - 2 1 墨9 2 5 h p a 变商场( 单位：g p m d a y ) 崮( 2 - 1 4 ) 筑有v 2 妒一烈v s 矽，口加，娴，却，蹇帮在极德中心区有 o ca ( v c o s g a o v t & p ) a 聋, ，因此，在南诫极大值区w 强遍岛负高淡殇，寄聪予 低压中心的形成，如凰4 - 1 7 b l 所示。同样在6 月2 1 日，自华南沿海向东北到问 零鬻藩洋瑟上窆邈是一条骥鼗戆毒藏大壤豢，霆孛。溅速魄1 7 秘髂要大 溪 4 一t 7 a 2 ) ，故猩上述区域上空强造船的皴黼度值也魄1 7 日盼显著( 图4 - 1 7 b 2 ) 。 第4 幸2 0 0 5 年6 月华南洪水期西太尉高演变机制的诊断分析 根据上述v 风自6 月1 7r 到2 1 日的变化，在华南沿海一巴士海峡及其以东洋面 上空有明显的增强( 图4 - 1 7 a 3 ) ，在华南及其东部邻近海域上空可强迫出负变高 ( 却钟a c o s 妒a ( v c o s 矿a 加，a 妒) ，却研) ( 图4 - 1 7 6 3 ) ，换言之，这是 经向风动量的经向输送的经向散度项( o ( v c o s 妒a 加a 妒) a 尹) 在该地区呈现 的辐合( 负值) 随时间增强的缘故。所以，t e r m 5 在1 7 2 1 开对华南及附近地区 的负变高是有正贡献的，但使得副高中心强度减弱。 4 2 2 32 0 0 5 年6 月2 卜2 4 日9 2 5h p a 位势高度场诊断 6 月2 卜2 4 日是华南强降水过程的衰减期。表4 3 给出各强迫因子对2 卜2 4 日我国南方、南海北部及附近区域平均的正变高贡献，可以发现，贡献较大( 从 大到小排列) 的项有边界作用、涡度项( t e r m 9 ) 、经向风动量的经向输送项 ( t e r m 5 ) 、纬向风动量的经向输送项( t e r m 4 ) 、切变项( t e r m 7 ) 、散度垂直平流 项( t e r m 6 ) 、散度局地变化项( t e r p a l ) 、经向风动量的纬向输送项( t e r r a 3 ) 和 b 项( t e r m l o ) ，其中t e r m 4 、t e r m 6 的贡献是负的，即使得华南及附近地区的变 高为负。值得一提的是，边界作用和t e r m 5 对华南及附近地区的变高的丁f 贡献比 重比前两个阶段有明显的上升，而摩擦散度项的贡献下降。 从以上对三个阶段各强迫因子对9 2 5h p a 层华南及附近地区位势高度的变化 的作用( 贡献) 的分析结果可知，t e r m l l t e r m l 7 ( t e r m l 6 除外) 对高度场变化 的贡献都比其他项小得多，另外，在5 0 0h p a 层湍流摩擦力也可忽略不计，故在 下面分析5 0 0h p a 的情形时不再列出t e r m l 卜t e r m i 7 的贡献( 率) ( 5 0 0h p a 的 结果也确实如此) 。 表4 - 2 各强迫因子对9 2 5 h p a 区域 1 l o e - 2 5 e ，1 7 5 n 一2 7 5 n 平均的2 0 0 5 年6 月2 卜2 4 日 变商的贡献 第4 章2 0 0 5 年6 月华南洪水期西太耐高演变机制的诊断分析 4 2 2 42 0 0 5 年6 月9 2 5h p a 华南一南海及附近地区因子强迫的位势高度 与观测的位势高度演变的相关关系 前面几小节分析了2 0 0 5 年6 月三个阶段共1i 天里影响位势高度场演变的各 因子的贡献大小。那么，本小节将进一步分析6 月共3 0 天中，华南及附近地区 9 2 5h p a 各因子强迫的位势高度的变化与观测的高度演变的( 相关) 关系。为此， 根据2 0 0 5 年6 月5 0 0h p a 位势高度距平图( 图4 - 2 b ) 选取了区域a 1 l o - 1 3 0 e ， 2 0 2 7 5 n 和区域b 11 0 1 3 0 e ，7 5 - 1 5 n ；，用a 区位势高度减b 区的位势高度定 义为高度指数( 与第3 章定义的副高脊线指数类似，只是所选区域稍有差剐) 。 其物理意义可反映西太副高脊线( 西段) 的位置，如果指数值大，表明脊线相对 偏北，不利于华南出现降水过程i 相反，指数值小，脊线相对偏南，有利于华南 出现降水。 各因子强迫出的指数序列与实测指数序列的相关系数如表4 - 4 所示。可以看 出，与实测序列有较显著相关的项有：模拟场( 说明模拟效果较好) 、t e r m 2 ( 纬 向风动量的纬向输送项) 、t e r m 5 ( 经向风动量的经向输送项) 、t e r m 9 ( 涡度项) 、 t e r m l o ( b 项) 及t e r m l 6 ( 摩擦散度项) 。这说明这些项与实测的位势高度的演 变有较好的对应关系，其中在各单项因子中，涡度项的相关系数是最大的( o 8 9 ) ， 其