李文輝

（肇慶市氣象局，廣東肇慶 526060）

西太平洋副熱帶高壓作為行星尺度的天氣系統(tǒng)，其脊線(xiàn)位置變化與華南降水和氣溫異常均有著緊密的聯(lián)系［1-4］。同時(shí)，西太平洋副熱帶高壓受熱帶太平洋氣候因子的調(diào)控，而這些氣候因子的調(diào)控，可能使副熱帶高壓出現(xiàn)異常，副熱帶高壓的異常也將間接影響到地區(qū)氣候異常。近年來(lái)，在關(guān)于大氣環(huán)流、海-氣相互作用以及ENSO背景下副熱帶高壓表現(xiàn)的研究中，不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)了造成副高異常的因子。李耀先等［5］指出厄爾尼諾（El Ni?o）背景下，Hadley環(huán)流的異常增強(qiáng)將使得副熱帶下沉氣流的增強(qiáng)，從而造成副高的增強(qiáng)；黃榮輝等［6］在對(duì)西太平洋暖池海溫異常作用的研究中指出，菲律賓附近區(qū)域?qū)α骰顒?dòng)強(qiáng)的夏季，副熱帶高壓位置偏北，反之偏南，熱帶西太平洋暖池的海溫異常影響了該地區(qū)的對(duì)流活動(dòng)，進(jìn)而對(duì)副高的位置造成影響，同時(shí)，印度洋海溫異常也是造成副高異常的因子之一；錢(qián)代麗等［7］對(duì)比分析了ENSO背景下的夏季印度洋海溫對(duì)西太副高的影響機(jī)理，認(rèn)為在前期厄爾尼諾的影響下，印度洋與海洋性大陸地區(qū)的海溫正距平會(huì)在對(duì)流層低層制造出異常負(fù)渦度進(jìn)而影響西太副高，使其明顯偏強(qiáng)、偏西、偏南?？梢?jiàn)，副熱帶高壓的異常受到多種因子的共同影響。

而在2018年10月份前后，一次El Ni?o事件開(kāi)始發(fā)展，自2019年3月起定義為一次El Ni?o事件發(fā)生。同時(shí)，中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心的西太平洋副高監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，2019年5月起，副熱帶高壓脊線(xiàn)較往年同期異常偏南。該次El Ni?o事件的表現(xiàn)如何？西太平洋副高的響應(yīng)如何？本研究將以El Ni?o為背景，嘗試從海-氣相互作用方面，對(duì)造成該次副熱帶高壓異常的原因進(jìn)行探討，以期加深對(duì)El Ni?o事件以及副高變化原因的認(rèn)識(shí)。

1 數(shù)據(jù)資料

本研究采用的數(shù)據(jù)以及資料有：（1）中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心提供的西太平洋副高脊線(xiàn)位置監(jiān)測(cè)資料、副高強(qiáng)度指數(shù)、副高面積指數(shù)、全球海溫與距平、赤道太平洋海溫與距平、射出長(zhǎng)波輻射量（OLR）與距平、MJO監(jiān)測(cè)；（2）美國(guó)氣候預(yù)測(cè)中心（CPC）提供的赤道太平洋海表面緯向流和海表面高度；（3）美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）提供的再分析資料（2.5°×2.5°）。

2 副熱帶高壓異常特征

2019年4月第6侯至5月第6侯，副高脊線(xiàn)位置在8°N—15°N之間波動(dòng)，其中，5月第4侯副高脊線(xiàn)位置較氣候平均值異常偏南達(dá)10個(gè)緯度。6月開(kāi)始，副高脊線(xiàn)位置開(kāi)始北抬，但脊線(xiàn)位置也基本上在15°N—21°N之間波動(dòng)，與氣候平均值相比，副高脊線(xiàn)位置仍明顯偏南。從副高強(qiáng)度指數(shù)和面積指數(shù)來(lái)看，2019年5月副高強(qiáng)度與面積均達(dá)到一個(gè)峰值。因此，該次副高異常事件的表現(xiàn)為副高脊線(xiàn)位置異常偏南、強(qiáng)度偏強(qiáng)。

3 厄爾尼諾事件特征

3.1 El Ni?o事件概況

從國(guó)家氣候中心的Ni?o3、Ni?o4海溫監(jiān)測(cè)來(lái)看，該次El Ni?o事件增暖區(qū)域?yàn)樘窖笾胁亢蜄|部地區(qū)，兼有中部型和東部型El Ni?o的特征。2019年3月，Ni?o3區(qū)海溫達(dá)到峰值，隨后呈現(xiàn)一個(gè)下降趨勢(shì)。直至2019年6月，Ni?o3區(qū)海溫正距平已下降到0.5℃以下，并在之后轉(zhuǎn)為海溫負(fù)距平的狀態(tài)，而Ni?o4區(qū)海溫正距平維持0.5℃以上。根據(jù)李曉燕等［8］對(duì)于ENSO事件的分類(lèi)，該次El Ni?o事件表現(xiàn)出向中部型轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

3.2 相關(guān)海氣因子分析

本研究從相關(guān)海氣要素出發(fā)，對(duì)該次El Ni?o事件的海表面溫度（SST）、海表面緯向流和海表面緯向風(fēng)異常的分布和演變進(jìn)行分析，探討事件期間的正反饋過(guò)程。

1）海表面溫度與海表面緯向流。

在El Ni?o事件發(fā)展階段，海溫先表現(xiàn)出東傳特征，SST正異常快速東傳，隨后表現(xiàn)出西傳特征，東部海域海溫降低，中部海域SST正異常維持。這與中部型El Ni?o事件的海溫發(fā)展形態(tài)相似［9］，這可能是該次El Ni?o事件有趨向中部型表現(xiàn)的原因之一。

從海表面緯向流來(lái)看，日界線(xiàn)以西赤道西太平洋海域從2018年9月起保持緯向流正異常，2019年3月赤道太平洋海域存在幾乎貫穿整個(gè)海盆的緯向流正異常。2019年事件期間，赤道東太平洋緯向異常流位相發(fā)生了轉(zhuǎn)換，且緯向流負(fù)異常逐漸增強(qiáng)，而日界線(xiàn)以西海域始終保持緯向流正異常（圖略）。由此可見(jiàn)，在該次事件中，緯向平流反饋在赤道中東太平洋海域偏弱，而在赤道西太平洋海域維持，使得中部海域海溫維持偏暖，而東部海域海溫下降，表現(xiàn)出向中部型事件轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

2）海表面緯向風(fēng)。

2018年夏季赤道太平洋海域存在著東風(fēng)異常，而在該次El Ni?o事件開(kāi)始和發(fā)展階段，赤道西太平洋海域均出現(xiàn)了西風(fēng)異常（圖1）。自2019年5月起，赤道西太平洋海域出現(xiàn)區(qū)域性的東風(fēng)異常，東風(fēng)異常使得SST正異常區(qū)域偏西，阻礙了暖海溫信號(hào)的東傳，這可能是事件出現(xiàn)向中部型轉(zhuǎn)變趨勢(shì)的原因。對(duì)比赤道太平洋緯向流異常和緯向風(fēng)異常的表現(xiàn)，赤道東太平洋緯向異常流先發(fā)生位相轉(zhuǎn)換，隨后出現(xiàn)異常東風(fēng)，有利于赤道東太平洋海域冷水上翻，進(jìn)而促進(jìn)了西向的異常流的產(chǎn)生［10］。

圖1 赤道太平洋海表面緯向風(fēng)距平的時(shí)間-經(jīng)度圖（單位：m／s）

4 厄爾尼諾影響西太副高的可能機(jī)制

高溫異常與副熱帶高壓脊線(xiàn)位置密切相關(guān)，而許多相關(guān)研究表明，西太平洋副熱帶高壓的加強(qiáng)往往與西太平洋對(duì)流層低層的反氣旋相對(duì)應(yīng)［10］。本研究從對(duì)流活動(dòng)、環(huán)流和ENSO負(fù)反饋機(jī)制的因子出發(fā)，對(duì)該次El Ni?o事件背景下的西太平洋副高異常事件展開(kāi)討論。

4.1 對(duì)流活動(dòng)對(duì)西太平洋副高的影響

在厄爾尼諾事件發(fā)展初期，從2018年10月起，OLR負(fù)距平區(qū)向東擴(kuò)展（圖略），負(fù)距平中心由赤道西太平洋海域逐漸東移到赤道中太平洋日界線(xiàn)附近海域。截至2019年4月，負(fù)距平區(qū)已經(jīng)東擴(kuò)至赤道東太平洋區(qū)域。同時(shí)，西太平洋海域維持OLR正距平，2019年5月OLR正距平達(dá)到了峰值，且正距平區(qū)域也達(dá)到了最大，覆蓋中南半島至海洋大陸一帶。OLR正距平表明盛行下沉運(yùn)動(dòng)，下沉運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)副高強(qiáng)度越強(qiáng)［6］。對(duì)El Ni?o事件發(fā)展期間500 hPa高度場(chǎng)與OLR距平場(chǎng)進(jìn)行疊加可以發(fā)現(xiàn)，西太平洋海域OLR正距平區(qū)的強(qiáng)度與范圍變化和同期副高面積和強(qiáng)度變化表現(xiàn)較為一致。

為進(jìn)一步討論El Ni?o事件期間太平洋海域下沉運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)高層200 hPa與低層850 hPa的垂直運(yùn)動(dòng)（ω）距平場(chǎng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在El Ni?o事件發(fā)展初期的2018年冬季，無(wú)論在西太平洋海域的高層還是低層，ω距平場(chǎng)都存在著一個(gè)明顯的正距平區(qū)，主要位于西太平洋菲律賓群島至南海附近海域上。而到2019年春季，日界線(xiàn)以西地區(qū)有一個(gè)帶狀ω正距平區(qū)快速發(fā)展并西進(jìn)，ω正距平區(qū)面積進(jìn)一步擴(kuò)大，表明該次西太平洋海域上層大氣存在強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)（圖2）該下沉運(yùn)動(dòng)抑制了菲律賓附近海域的對(duì)流發(fā)展，而強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)有助于該區(qū)域上空的大氣堆積，形成高壓，從而使得此時(shí)的副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏南。

圖2 2019年4月850 hPa的ω距平（單位：Pa／s）

4.2 環(huán)流對(duì)西太副高的影響

在厄爾尼諾年，熱帶西太平洋上空的對(duì)流活動(dòng)受到抑制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生Rossby波效應(yīng)，在熱帶西太平洋和南海地區(qū)強(qiáng)迫出異常的反氣旋環(huán)流［6］，該環(huán)流異常主要體現(xiàn)在對(duì)流層低層。對(duì)850 hPa渦度場(chǎng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)，從2018年10月起，有一個(gè)負(fù)渦度區(qū)從日界線(xiàn)以西海域，逐漸西伸至西太平洋海域（15°N—20°N，120°E—150°E）上空，表明該海域存在顯著的反氣旋性環(huán)流，并在2018到2019年冬季達(dá)到峰值（圖略）。

研究El Ni?o發(fā)展期間的西太平洋海域環(huán)流特征，對(duì)850 hPa西太平洋區(qū)域經(jīng)向平均（15°N—25°N）的位勢(shì)高度距平場(chǎng)的時(shí)間-經(jīng)度剖面圖（圖3）進(jìn)行分析，可以看出，2018年10月至2019年3月，菲律賓群島以東至南海中北部地區(qū)維持一個(gè)正異常中心，中心強(qiáng)度達(dá)到15 gpm，表明低層存在著一個(gè)異常的反氣旋環(huán)流。同時(shí)日界線(xiàn)以東海域同樣有一異常反氣旋發(fā)展，且在2019年1至2月迅速增強(qiáng)，正距平中心出現(xiàn)西跳，中心強(qiáng)度達(dá)18 gpm，表明此時(shí)整個(gè)西太平洋海域低緯地區(qū)均為異常的反氣旋環(huán)流。與普通強(qiáng)度El Ni?o事件期間850 hPa西太平洋區(qū)域經(jīng)向平均的位勢(shì)高度距平場(chǎng)的時(shí)間-經(jīng)度剖面圖［13］進(jìn)行對(duì)比，事件開(kāi)始發(fā)展的冬季（12月至次年1月）整個(gè)西太平洋自日界線(xiàn)以西到菲律賓群島附近海域同樣表現(xiàn)為正距平，最大正距平中心在5到10 gpm之間。可見(jiàn)該次El Ni?o事件發(fā)展初期的低層異常環(huán)流略強(qiáng)于普通強(qiáng)度的El Ni?o事件。

圖3 850 hPa西太平洋區(qū)域經(jīng)向平均（15°N—25°N）的位勢(shì)高度距平場(chǎng)的時(shí)間-經(jīng)度剖面圖（單位：gpm）

該異常的反氣旋環(huán)流在冬、春季節(jié)轉(zhuǎn)換期間發(fā)展并維持，有助于更多的暖空氣從熱帶輸送到東亞沿岸地區(qū)，在El Ni?o發(fā)展期間，使得春、夏副熱帶高壓偏強(qiáng)、偏南。

進(jìn)一步分析El Ni?o發(fā)展期間的Hadley環(huán)流距平場(chǎng)（120°E—180°E）可見(jiàn)，2019年春季（3—5月）在10°N—15°N之間存在垂直環(huán)流的正距平（圖4），異常下沉氣流將有利于西太平洋副高發(fā)展加強(qiáng)，使副高脊線(xiàn)位置南壓至15°N以南，副高整體偏南、偏強(qiáng)（圖略）。

圖4 2019年春季Hadley環(huán)流距平場(chǎng)

4.3 ENSO負(fù)反饋機(jī)制對(duì)西太平洋副高的影響

在厄爾尼諾的發(fā)展階段，赤道西太平洋海域的異常西風(fēng)可引起海表面流場(chǎng)的變化，會(huì)激發(fā)出東傳的暖性Kelvin波，加深溫躍層，海平面高度異常（SSHA）能夠體現(xiàn)溫躍層深度的這種變化，同時(shí)還會(huì)激發(fā)西傳的冷性Rossby波［6］。

該次El Ni?o事件開(kāi)始和發(fā)展階段，赤道西太平洋海域均出現(xiàn)了西風(fēng)異常，2018年下半年，赤道海域出現(xiàn)了新一次明顯的暖性Kelvin波東傳（圖5a），與該階段發(fā)生的西風(fēng)爆發(fā)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，該階段的Kelvin波可能是使得該次El Ni?o事件中海溫異常在太平洋海域發(fā)展的原因之一。暖性Kelvin波抵達(dá)大洋東邊界后反射形成暖性Rossby波（圖5b和圖5c），其中10°N附近海域的暖性Rossby波較為顯著。

另一方面，2018年期間，從東太平洋赤道以北10°N附近海域開(kāi)始（圖5c），有一次明顯的負(fù)SSHA的冷性Rossby波西傳，橫穿整個(gè)太平洋海盆，并于2018年下半年抵達(dá)西太平洋且維持。當(dāng)赤道太平洋存在冷源時(shí)，大氣會(huì)在冷源的西北側(cè)和西南側(cè)產(chǎn)生異常Rossby波響應(yīng)，出現(xiàn)一對(duì)反氣旋性環(huán)流異常，導(dǎo)致處于冷源西北側(cè)的南海-西北太平洋地區(qū)為反氣旋性環(huán)流異常［7］。同時(shí)2019年5月第2侯MJO來(lái)到印度洋海域第8位相，南海-西北太平洋地區(qū)的對(duì)流活動(dòng)將得到了抑制，同樣為反氣旋性環(huán)流異常。因此，在熱帶西太平洋上空對(duì)流活動(dòng)受到抵制以及該異常Rossby波響應(yīng)的共同影響，將有利于熱帶西太平洋及我國(guó)南海地區(qū)出現(xiàn)異常的反氣旋環(huán)流，反氣旋性環(huán)流異常則有利于西太平洋副熱帶高壓的加強(qiáng)西伸，導(dǎo)致副高偏強(qiáng)、位置偏南。

圖5 熱帶太平洋附近海域SSHA的時(shí)間-經(jīng)度圖［11］（單位：cm）

5 結(jié)論

本研究分析了2019年一次El Ni?o事件發(fā)展的基本特征，并探討了該次事件背景下副高偏強(qiáng)偏南的原因。主要得出以下結(jié)論：

1）2019年El Ni?o事件表現(xiàn)出向中部型轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。其原因可能是：緯向平流反饋在赤道中東太平洋海域偏弱，同時(shí)2019年5月起，赤道西太平洋海域出現(xiàn)了區(qū)域性的東風(fēng)異常，使得SST正異常區(qū)域偏西，阻礙了暖海溫信號(hào)的東傳。

2）該次El Ni?o事件發(fā)展初期，在西太平洋菲律賓群島至南海附近海域上的高層和低層，都存在著一個(gè)明顯的ω正距平區(qū)，西太平洋海域上層大氣強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)抑制了對(duì)流發(fā)展，有助于該區(qū)域上空的大氣堆積，形成高壓，使得副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏南。

3）該次El Ni?o事件發(fā)展期間，西太平洋海域低緯地區(qū)存在著一個(gè)略強(qiáng)于普通強(qiáng)度的El Ni?o事件的異常反氣旋環(huán)流，有助于更多的暖空氣從熱帶輸送到東亞沿岸地區(qū)；同時(shí)，Hadley環(huán)流中異常下沉氣流也有利于西太副高發(fā)展加強(qiáng)，使副高脊線(xiàn)位置南壓，副高整體偏南、偏強(qiáng)。

4）2018年期間，從東太平洋海域西傳的冷性Rossby波到達(dá)西太平洋海域且維持，產(chǎn)生異常Rossby波響應(yīng)，導(dǎo)致南海-西北太平洋地區(qū)為反氣旋性環(huán)流異常；同時(shí)2019年5月，MJO來(lái)到印度洋海域第8位相，西太海域?yàn)榉礆庑原h(huán)流異常，二者共同影響，有利于熱帶西太平洋及我國(guó)南海地區(qū)出現(xiàn)異常的反氣旋環(huán)流，進(jìn)一步促進(jìn)西太副高加強(qiáng)西伸，強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏南。