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[特定分析] 2019年5月上旬--7月中旬西太平洋副热带高压异常原因初探

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发表于 2019-8-24 10:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 风扶幽夜 于 2019-8-28 20:18 编辑

     前言:西太平洋副热带高压作为行星尺度的天气系统 其脊线位置变化与我国的降水 气温异常有着紧密的联系 西太平洋副热带高压脊线位置往往随季节而移动 一般来说 往年6月以前 脊线位置往往位于20°N以南 此时华南地区处于西太平洋副热带高压脊线北侧 多降水天气 6月中下旬脊线北跳 脊线北抬并稳定维持在20°N-25°N附近波动 长江中下游进入雨季(梅雨) 7月中旬脊线位置再度北抬 黄淮地区进入雨季 而长江中下游受副高脊线控制 出现伏旱高温天气 7月下旬-8月上旬副高脊线位置再度北抬 此时黄淮地区降水天气结束 华北地区进入雨季 然而根据NCC监测显示:自2019年5月初开始 副高脊线位置较往年同期显著偏南 但同时与副高脊线位置偏南并不相符的是副高的异常偏强 同时 由于副高脊线位置的异常偏南 导致我国降水 温度分布皆出现异常 这种情况一直持续到七月中旬 因此本文针对此五月上旬起的副高异常事件 利用NCC CPC TCC的相关资料 结合对相关因子的分析 尝试对自2019年5月上旬开始的副高脊线位置异常进行探究 笔者时间仓促 水平有限 倘若各位读者dalao在阅读过程中发现错误请及时指出 以便共同交流讨论!

目录⒈背景简介
⒉相关因子分析
⒉⒈热带海气耦合因子分析
⒉⒉中高纬度海/冰气耦合因子分析
⒉⒊其他因子分析
⒊结论

    ⒈背景简介:NCC的副高脊线位置平均纬度-时间剖面显示:2019年4月下旬-5月中旬 副高脊线位置在10°-15°N之间波动 2019年6月开始副高脊线位置北抬 但脊线位置也基本上在17°-23°N之间波动 由此可以看出 无论是4月下旬-5月上旬抑或是6月 副热带高压脊线位置较气候平均值皆偏南 与副高脊线位置偏南不同的是 根据副热带高压强度监测显示:西太平洋副热带高压强度较往年同期显著偏强 而从近30天(6月3日至7月2日)全国降水距平百分率分布图可以看出:我国江南 华南和东南沿海地区降水偏多 较往年同期相比偏多50-100% 而江淮地区降水距平百分率为弱距平或与往年同期相同 部分地区甚至出现负距平 由此可以看出雨带位置相对于往年同期偏南 另外从全国30天温度距平图可看出:华南沿海地区温度较往年同期偏高1-2℃ 长江中下游 江南大部分地区则与往年相同或偏高1℃ 结合以上降水分布区域特征异常可以看出:副热带高压脊线位置较往年同期偏南 但同时根据NCC监测显示:副热带高压强度显著偏强 是什么原因导致了这种情况呢?
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    ⒉相关因子分析:许多相关研究表明 西太平洋副热带高压的强弱往往与西太平洋对流层低层的异常气旋/反气旋相对应 当西太平洋对流层低层为异常反气旋时 对应西太平洋副热带高压偏强 反之则偏弱 西太平洋对流层低层异常气旋/反气旋受多种因子调控 如Rossby波 SST距平异常 潜热分布等 西太平洋副热带高压脊线的位置同时也受到中高纬度槽脊影响 当中高纬度地区槽脊活跃时 西风急流偏强时 副热带高压脊线位置波动显著且位置相对偏南 以下便从上两个角度入手进行分析
   ⒉⒈热带海气耦合因子分析
    ⒉⒈⒈ENSO:自去年上半年的La nina事件结束后 2018年10月份左右 一场ENSO事件开始发展 直至今年3月 NOAA NCC等机构已经宣布一次ENSO事件发生 与以往的ENSO事件不同 本次ENSO事件在时空特征上具有特殊之处 从增暖区域可以看出:本次ENSO增暖区域主要为太平洋中部和东部地区 可以说兼有CP和EP型ENSO的特征 从发展时间上可以看出 本次ENSO事件自18年10月开始发展 为一次反锁相ENSO事件 所谓反锁相ENSO事件指太平洋中/东(中东)部的海温异常增暖从冬季开始 到来年夏季达到顶峰 本次反锁相ENSO事件也是自1987年后另一次反锁相ENSO事件 本次ENSO事件在mjo东传引起的赤道西风爆发(WWB)和激发的Cisk-Kelvin波东传的背景下 自今年3月起本次ENSO事件逐渐转为东部型分布 对应200hpa最大速流势函数区域移动至130°W以东 但就目前的El nino监测区的海温分布特征来看(nino4+0.505 nino3.4+0.264 nino3+0.051 nino1+2-0.208) 本次ENSO事件逐渐转为CP型 从全球海温距平图可以看出 日界线附近SSTA正距平异常较为显著 东太平洋有区域性冷水上翻 根据赤道附近海温-经度垂直剖面可以看出:四月下旬-5月上旬120°W以东次表层暖水减弱 对应温跃层冷水上翻 尽管5月中旬mjo东传至菲东近海区域 次表层暖性暖性k波加强并伴随mjo东移 但120°以东的冷水区域依旧存在 经度-时间位相风距平显示:120°w以东维持异常东风异常 由于异常东风的存在 在抑制次表层暖性k波东传的同时 其引起的Ekman辐散机制也是导致冷水上翻的原因之一 就5月的200hpa速流势函数来看:最大负距平区域较120°W以东移动至180°-120°W区域内 也表明此次ENSO事件向CP型ENSO型转变并逐渐减弱 由于CP型ENSO的发展导致walker环流上升支相对向西移动 且结合中太平洋海域的SSTA正异常 导致日界线附近对流活跃 从NCC的OLR距平图可以看出:日界线附近为OLR负距平区域 由于对流潜热释放激发出日界线附近的低层异常气旋性环流 并向西侧传播Rossby波列激发出一对异常反气旋 结合2019年为反锁相ENSO年 故考虑到ENSO对大气响应的滞后性 副高脊线位置较以往异常偏南偏强
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     2.1.2 PMM
PMM(太平洋经向模)是热带太平洋海气耦合的第二模态 SSTA分布特征表现为夏威夷群岛和加拉帕戈斯群岛以东区域海温的偶极 PMM一般在春季发展 但未达到ENSO的锁相 通常认为其形成原因是风-蒸发反馈和WES机制 有相关研究表明 PMM可以通过影响风应力和SSTA分布异常而影响CP型ENSO的发展 同样ENSO同样可以影响到PMM的发展 目前从全球SST距平可以看出 夏威夷群岛和加拉帕戈斯群岛以东分别存在SSTA正距平和负距平区域 与PMM模态SSTA分布特征接近 但值得注意的是由于北美西岸存在的海表层异常东风距平 导致北美西岸海区冷水上翻 导致北美西岸海域SSTA呈负距平 PMM的维持引起的表层风应力异常使CP型ENSO维持发展 同时 其西侧的高SSTA区域导致对流活跃 对应在其西侧激发出GIll响应 加强了西太平洋对流层低层异常反气旋 也是使西太副高偏强的原因之一
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    ⒉⒈⒊IOBW
IOBW(印度洋热带海温一致模态)是热带印度洋海温的第一模态 有相关研究表明IOBW滞后于ENSO1-2个季度发生 在ENSO/La nina发生的次年春季 通过大气桥/印尼贯穿流引起印度洋海温异常 有相关研究表明:由于春夏季印度洋海温异常是对前冬ENSO的响应 所以热带印度洋正SSTA传递了前冬ENSO对副高的影响 热带印度洋起到了电容器效应 同时也有研究表明 当IOBW呈正位相时 由于SSTA的正距平异常导致热带印度洋对流活跃 会在热带印度洋形成上升支 并形成东西向翻转环流 在海洋群岛地区形成下沉支 有利于在低层形成一个异常反气旋 并使副高偏强偏南 从目前的情况来看:虽然目前太平洋正在发生一次反锁相ENSO事件 但根据NCC的IOBW24月的指数监测可以看出:自去年10月开始 IOBW转为正位相 而根据5-7月的(5°N-5°S)的平均垂直纬向环流(walker环流)剖面可以看出 0-30°E间为异常上升支控制 60-120°E间为弱的异常下沉控制 这也相应的加强了低层反气旋并对应一个偏南的副高
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    ⒉⒉中高纬度海/冰气耦合因子分析
    以上从热带海气耦合因子的角度对副高偏南偏强的原因进行了分析 但如上文所述 今年副高异常偏强 脊线位置却显著偏南 众所周知的是 副高脊线位置同时也受到中高纬度西风带系统变动的影响 中高纬度西风带系统往往受一些相关的气候因子影响 下文从中高纬度的相关影响因子对副高偏南的原因进行分析:
    ⒉⒉⒈PDO&喀拉海海冰异常.
    PDO即太平洋多年代际振荡 完整震荡周期为60年 在SSTA异常分布表现上为北太平洋白令海峡以南和阿拉斯加湾流区域海表面温度的非对称偶极 当PDO为正位相时 北太平洋的白令海峡区域的SSTA为负距平异常 负位相则相反 ENSO可以通过“大气桥”影响PDO 当PDO为负位相时 对应北太平洋西部多异常脊/阻塞活动 根据NOAA监测 2017年6月后 PDO逐渐转为负位相 从SSTA分布也可以看出北太平洋西部SSTA正距平逐渐变得显著 这对应北太平洋西部地区脊/阻塞形势将趋于频繁 阻塞形势的维持 引起向下游传播相关波列往往导致西风波动显著 考虑到冰-气相应的滞后性 因此选用2018年9月的海温距平作为资料 根据NCC2018年9月的月均北半球500hpa位势高度平均距平可以看出:60°N以北的北太平洋西部500hpa位势高度距平较正常位势高度显著异常偏高 由于该地区异常脊/阻塞形势的维持 导致其西侧形成向喀拉海的异常暖平流 由于阻塞高压西侧异常暖平流的存在 导致喀拉海海冰出现异常偏少 根据NOAA冰雪圈监测 目前喀拉海海冰较正常偏低50% 有相关研究指出 喀拉海海温偏少容易导致AO多负位相 从而导致偏南且西风带槽脊波动显著
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  ⒉⒊其他因子分析
    ⒉⒊⒈QBO QBO(平流层准两年振荡) 形成机理一般认为是赤道附近的Kelvin波和混合Rossby重力波上传而形成 由东西风位相交替下传 一般从10hpa附近开始下传 其振荡周期大概为26个月 故被成为平流层准两年震荡 自2017年东风位相逐渐结束后 2018年夏季起逐渐转为QBO西风位相 自目前的情况看 70hpa以上已经逐渐转为东风位相控制 但考虑到QBO的滞后性 今年春夏季仍然处于QBO西风位相的控制下 QBO西风位相往往引起极锋急流和副热带西风急流偏强 热带东风急流减弱 从而导致西风带系统活跃 导致西太副高位置偏南。
     ⒉⒊⒉mjo
mjo即热带季节内振荡 其振荡周期大概为45d 所以也被成为45d震荡 有相关研究表明 当mjo位于4-5区时 会导致南海-菲律宾以东近海对流活跃 并激发出低层异常气旋 不利于西太平洋副高偏强 当mjo位于2 3 6区时 南海-菲律宾对流活动受到抑制 有利于加强低层异常反气旋 有利于西太平洋副高偏强 根据NOAA的mjo监测显示5月下旬-6月上旬mjo位于2 3区 由于IOBW此时处于正位相 导致mjo振幅加大且导致对流活跃 并在印度洋区域激发出异常上升支并形成东西向翻转环流 也了导致西太平洋低层反气旋加强
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    ⒊结论: 自2019年5月上旬开始 西太平洋副热带高压脊线位置较往年显著偏南 但强度显著偏强 本文针对此事件 通过对热带海气耦合因子和中高纬度海/冰气耦合因子分析得出以下结论:导致西太平洋副热带高压偏南偏强的原因有:
⒈IOBW正位相形成的东西向翻转环流加强了西太平洋低层反气旋
⒉反锁相ENSO事件导致西太副高脊线位置偏南
⒊位于日界线附近的异常walker环流上升支引起的Gill响应 导致西太平洋低层反气旋加强
⒋PMM导致CP型ENSO维持并在其西侧引起的Gill响应 导致西太平洋低层反气旋加强
⒌5月下旬-6月中上旬mjo活动于2-3区 引起的异常对流活跃形成的东西向翻转环流有利于西太平洋低层反气旋的加强
⒍PDO导致西北太平洋高纬度地区形成的异脊常/阻塞形势导致形成了向喀拉海输送的异常暖平流 喀拉海海冰异常偏少导致的AO多负位相导致西风带波动显著 从而导致了副高偏南
⒎2019年春夏季处于QBO西风位相控制下 QBO西风背景下的副热带西风急流偏强个热带东风急流偏弱导致副高偏南
---全文完

MJO监测(图片来源:CPC)

MJO监测(图片来源:CPC)

QBO监测(图片来源:NOAA)

QBO监测(图片来源:NOAA)

2018年9月北半球500hpa月平均位势高度距平(图片来源:NCC)

2018年9月北半球500hpa月平均位势高度距平(图片来源:NCC)

北极海冰监测(图片来源:NOAA)

北极海冰监测(图片来源:NOAA)

PDO监测(图片来源:NOAA)

PDO监测(图片来源:NOAA)

walker环流(图片来源:NCC)

walker环流(图片来源:NCC)

IOBW24月监测(图片来源:ncc)

IOBW24月监测(图片来源:ncc)

OLR距平(图片来源:NCC)

OLR距平(图片来源:NCC)

850hpa纬向风距平(图片来源:cpc)

850hpa纬向风距平(图片来源:cpc)

200hpa速流势函数距平(图片来源:TCC)

200hpa速流势函数距平(图片来源:TCC)

近赤道海温-时间纬度剖面(图片来源:NCC)

近赤道海温-时间纬度剖面(图片来源:NCC)

SSTA距平图

SSTA距平图

6月3日-7月2日全国降水量距平

6月3日-7月2日全国降水量距平

6月3日-7月2日全国温度距平

6月3日-7月2日全国温度距平

西太平洋副热带高压脊线位置(图片来源;NCC)

西太平洋副热带高压脊线位置(图片来源;NCC)

PMM模态分布

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 楼主| 发表于 2019-8-24 11:09 | 显示全部楼层
233由于排版的问题 所以导致图片和文段并不很好的对应 所以请大家在阅读过程中多多包涵!感谢学霸mikeliang对本篇文章提供的帮助!
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发表于 2019-8-25 19:07 | 显示全部楼层
500H的图是18年的。
贴一个之前发的图。2000以来每年7月的OLR和500H(110-125E平均),今年副高是2000年来最南的了,08年和15年有些类似,不过这两年副高也没这么南,而且这两年副高偏东,热带对流活跃。可以看出今年7月前半月热带对流非常不活跃。
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 楼主| 发表于 2019-8-26 08:20 | 显示全部楼层
0708011 发表于 2019-8-25 19:07
500H的图是18年的。
贴一个之前发的图。2000以来每年7月的OLR和500H(110-125E平均),今年副高是2000年来最 ...

感谢层主的回答!今年副高较08和15年确实是更加偏南 另外本文之所以选择18年500H的图是因为18年处于PDO负位相 这导致鄂海多个异常脊/阻塞形势 由于阻塞/脊的存在 导致其西侧形成向喀海输送的异常暖平流 导致喀海海冰异常偏少 从而导致AO多负位相 但同时考虑到了冰-气相应的滞后性 所以选取有代表性的18年500H的图 同时如层主发的图 08和15由于对流活跃 形成一个异常活跃的低层气旋性环流 导致副高偏东 而今年由于正SSTA导致西太远洋对流活跃 导致向其西侧传播一个低层异常反气旋式环流 一方面抑制住了低纬110-125°E的对流活跃程度 一方面也加强了西太平洋低层异常反气旋
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