20年代70年代后期以来西太平洋副热带高压 是否真的发生西伸？外文翻译资料

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20年代70年代后期以来西太平洋副热带高压

是否真的发生西伸？

吴立广 王超

摘要：前人的研究表明夏季西太副高从20世纪70年代末期开始西伸，而且这种变化对中国的夏季降水和热带气旋的移动路径有重要影响。作者认为，温度升高会使北半球中纬度500hPa等压面上的位势高度增加，因此，西太平洋副热带高压在500hPa位势高度场的西伸主要是这种全球性的等压面抬升在该地区的表现，也就是说，当不考虑全球位势高度增加趋势时，夏季500hPa西太副高在20世纪70年代末期并没有发生明显的西移。这表明500hPa夏季西太平洋副热带高压的东西偏移的指数应该被重新定义，因此，需要进一步研究以认识西太平洋副热带高压对我国夏季降水与西北太平洋热带气旋活动的影响。

1、引言

全球三分之一的地区受到东亚夏季风的影响，给中国、日本、韩国半岛及其周边的东亚地区带来来自印度洋和太平洋的暖湿空气。西太平洋副热带高压是东亚夏季风系统的一个重要组成部分，可在温度升高时加强，西太平洋副热带高压（后称西太副高）与东亚夏季降水的时空分布以及西北太平洋热带气旋的活动密切相关。因此，西太副高的形状、结构和性质在研究东亚夏季风、东亚夏季降水和西北太平洋热带气旋活动中的气候变化方面具有重要意义。

何学兆和龚道溢最先开始研究西太副高的年代际变化及其相关的气候影响。龚道溢在2002年发现，自1980年以来，西太副高发生的范围扩大、增强和西移，这些变化与20世纪70年代后期中国夏季雨带的变化以及西北太平洋热带气旋的活动有关。周天军等人认为自20世纪70年代后期以来，西太副热高的西伸是热带太平洋中东部的增温及印度洋低纬地区对流加热增强的结果。

由吴国雄等人在2005年开展的一项研究表明在1965-2003年期间热带气旋对东亚亚热带地区的影响呈增加趋势，而南海热带气旋对其影响显著减少。在西北太平洋地区，热带气旋的主要移动路径与大尺度的平均环流密切相关，如果西太副高发生西伸和南压，则热带气旋的主要移动路径应向南移，而观测到的路径变化却表明发生了北移，这与西太平洋副热带高压的西伸和南压相冲突。而基于气候模式下未来热带气旋的移动路径变化也表明，这种转变将在增暖时继续。

许多研究表明在过去几十年里对流层顶高度增加，数值模拟表明对流层增暖是对流层顶高度上升的主要因素之一。 随着对流层高度的增加，500hPa上位势高度也应该随着对流层变暖而上升。 在这项研究中我们得出，西太平洋副热带高压在500hPa位势高度场上的西伸和南压主要是北半球中纬度地区位势高度在全球尺度上升的表现。

2、资料

在以前的研究中，西太平洋副热带高压的西伸和南压常用用500hPa上的位势高度来诊断。由于西太副高是反气旋环流，除了位势高度，在本研究中也使用了500hPa上的相对涡度。在本研究中使用了两组数据集，其中三个相对较长的再分析资料是NCEP/NCAR再分析资料（2.5°* 2.5°，17层，1948-2012年），ERA-40再分析资料（;2.5°* 2.5°，23层）和20CRv2再分析资料（;2°* 2°，24层）；而四个现代再分析数据集是ERA中期再分析资料（1.5°* 1.5°，37层，1979-2012层），JRA-25再分析资料（ 1.25°* 1.25°），MERRA再分析资料（ 1/2°* 2/3°，42层）和CFSR再分析资料（0.5°* 0.5°，64层）。

20CR再分析资料是最新的一套综合性全球大气环流的数据集，时间覆盖范围是从1871年到现在，时间分辨率有6小时、日平均、月平均可选,它仅同化地面和海平面的气压数据，并用观测的月平均海表面温度和海冰作为下边界驱动条件。虽然三个再分析资料的时间范围是不同的，但它们均涵盖了自20世纪70年代末以来西太平洋副热带高压的西伸和南压。 在下面的分析中，ERA-40数据集已经使用ERA-Interim数据集进行扩展，因为ERA-40数据集仅在2001年后可用。

3. 500hPa等压面抬升

在全球变暖的背景下，大量的理论和数值模拟认为随着高度增加，热带对流层增暖幅度会加大，并且在200hPa高度附近达到其最大值，而逐渐增加的观测数据也证实了该变暖趋势。根据大尺度环流的静力学平衡，对流层变暖时500hPa等压面抬升。

图1a为NCEP/NCAR再分析资料在1948 - 2012年500hPa上位势高度及其线性趋势的空间分布。我们可以看到夏季（6-8月）热带和亚热带地区位势高度呈明显的增加趋势。在副高控制区，与亚洲北部趋势最大处相比增加趋势相对不明显，而在西太副高北部的增加趋势明显。这种全球性的增长趋势表明，夏季500hPa上位势高度的上升不是区域性特征。图1b来自NCEP/NCAR再分析资料、ERA-40再分析资料和20CR再分析资料进一步显示了500hPa夏季在0-40N全纬圈的平均位势高度的时间序列，表明位势高度

呈显著的增加趋势。进一步研究发现该上升趋势在很大程度上归因于20世纪70年代后期的突然增温，这与20世纪70年代后期东亚气候年代际尺度的转变一致。

图1b为平均位势高度的时间序列，其是从静力平衡方程得到在纬度带（0-40N）的平均NCEP/NCAR再分析数据集的温度剖面。计算的平均高度与再分析数据集中的平均高度完全匹配，清楚表明再分析中500hPa气压的上升主要是由于对流层增温，这与对流层高度的上升一致。

4. 西太平洋副热带高压的变化

在以前的研究中，西太平洋副热带高压的变化用500hPa上的5870线的变化表示。基于这些研究，图2a通过比较1979年前后的5870线的变化表明西太平洋副热带高压的西伸和南压。1979年后的平均高度是在1980 - 2012年，1980 - 2012年和1980 - 2010年分别用NCEP/NCAR，ERA-40和20CR再分析资料进行分析。如先前研究中所记录的，虽然5870线所围的面积在个别再分析数据集中略有不同，但该图清楚地表明了自70年代后期以来西太副高发生了西伸和南压。

将（15-30N，120-140E）作为研究西太副高的关键区。如图2a所示，所选关键区主要是自1970年代后期以来的5870线的西伸区域。图2b显示了三个再分析数据集的时间序列，均表现出显著增加趋势。在NCEP/NCAR，ERA-40和20CR再分析资料中的位势高度的线性增加趋势实际上小于在0-40N纬度带的全球平均。也就是说，所选关键区的位势高度的增加主要因为北半球热带和亚热带上的位势高度在全球尺度的上升。进一步的研究表明，在副高中心没有明显的西移可以被识别为西太平洋副热带高压（图中未示出）。此外，图2b中1979年以来的西太平洋副热带高压的强度较弱。

图3a可以清楚地表明500hPa等压面抬升对于在0-40N纬度带上平均位势高度的影响。为了清楚起见，我们使用8gpm轮廓表示西太平洋副热带高压，因为它接近5870线的位置。我们通过位势高度在500hPa上识别西太平洋副热带高压，图2a所示的西太平洋副热带高压的西伸，尽管在各个数据集中西太平洋副热带高压的空间分布是不同的。我们还使用15-30N纬带之外的平均位势高度，发现西太平洋副热带高压的西伸几乎没有变化。图3b类似于图2b，但是从时间序列中排除位势高度在全球尺度的上升的影响，在减去区域平均值之后，在三个再分析数据集中没有增加趋势，这在统计学上显著。

我们进一步计算了所选关键区的平均相对涡度（图3c）。在该图中虽然没有去除在0-40N纬带上等压面抬升的影响，因为等压面的全球性抬升对西太平洋副热带高压的相对涡度几乎没有影响。 由于反气旋环流的性质，所选择的关键区（15-30N，120-140E）通常由负相对涡度控制（图3c）。在20CR数据集中发现相对涡度的唯一重要趋势，表明在所选关键区中西太平洋副热带高压的减弱。 因此，我们可以得出结论，西太平洋副热带高压自20世纪70年代后期以来没有发生西伸，因为先前研究中的位势高度轮廓的西伸认为5870线所围面积增大是500hPa等压面上升的表现。

我们还检查了在1979-2012年期间现代再分析数据集在15-30N，120-140E区域的500hPa平均位势高度的变化（图4）。我们知道，自1979年以来陆地和海洋温度有显著增加趋势，图4a显示了这些时期这些数据集有不明显增加的趋势。在除去区域平均值之后，可以看到微弱的减少趋势（图4b），表明在1979-2012年期间没有发生显著增加。