（气象学专业论文）亚洲夏季风建立期间感热、潜热对副高带演变的影响.pdf

中文摘要 亚洲夏季风建立期间感热、潜热对 副高带演变的影响 季业：耄囊爹 额士耋：钌镑敌 翡雩老师：简缓球纠擞疆 摘要 本文利用1 9 5 8 - 1 9 9 8 年n c a r j n c e p 的逐日再分析资料和s c r i p p s 海洋研究所提供 的0 - 4 0 0 m 上层海洋月平均的热含量资料，采用多种统计方法，将副高带演变分为印缅 槽生成、西太副高东撤和阿拉伯副高西移三个阶段，从季节内、季节和年际等不同尺度 探讨了亚洲夏季风建立期间感热、潜热对副高带演变的影响。用s v d 方法分析多年平均 季节变化的结果表明，地表感热、凝结潜热影响印缅槽生成和阿拉伯副高西移的机制是 相似的：阿拉伯半岛较大的感热通量和印度半岛较大的潜热通量有利于阿拉伯副高的西 移；印度半岛较大的感热通量和中南半岛较大的潜热通量有利于副高带的断裂即印缅槽 的生成。1 9 5 8 到1 9 9 8 年印缅槽出现的时间和阿拉伯副高撤离的时间有偏晚的趋势，而 西太副高东撤时间的趋势是偏早的。高度场与地表感热、凝结潜热的s v d 分析结果表明， 第一模态可以作为判断阿拉伯副高西移早、晚的个依据，第二模态可以作为判断印缅 槽生成早、晚的一个依据。1 9 7 9 到1 9 9 8 年，4 月份西北太平洋较大的凝结潜热可能是 西太副高撤退较早的一个信号，而赤道东太平洋地区较大的凝结潜热可能是西太副高撤 退较晚的一个信号；海洋热含量和凝结潜热对西太副高撤退早晚的影响的可能过程是： 南海一西北太平洋热含量和凝结潜热正异常一高空辐散一低空西到西南气流的加强一 正距平的季风环流和正距平的w a l k e r 环流一西太副高撤离偏早。 关键词：印缅槽，阿拉伯副高，西太平洋副高，感热，潜热 竺竺竺兰丝 一 e f f e c t so ft h es e n s i b l eh e a t i n ga n d t h el a t e n th e a t i n g o r lt h es u b t r o p i c a lh i g hb e l td u r i n gt h eo n s e t o ft h e a s i as u m m e rm o n s o o n m a j o r ：m e t e o r o l o g y n a m e ：s h u f e n g m i n s u p e r v i s o r ：j i a nm a o q i u a b s t r a c t b a s e do nt h en c e p n c a rr e a n a l y s i sd a t aa n dj e d a cd a t ao fh e a tc o n t e n ti nu p p e r o c e a n ( 1 9 5 8 1 9 9 8 ) i nt h i sp a p e r , t h ee f f e c t so f t h es e n s i b l eh e a t i n ga n dt h el a t e n th e a t i n g o nt h ev a r i a t i o no f t h es u b t r o p i c a lh i g hb e l td u r i n gt h eo n s e to f t h ea s i as u m m e ri t l o n s o o n ， w h i c hi s c o m p o s e d o ft h r e e p r o c e s s e s ：t h e e s t a t 3 l i s h m e n to fi n d i a b u r m at r o u 曲，t h e e a s t w a r dw i t h d r a w a lo ft h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g ha n dt h ew e s t w a r dr e t r e a to f a r a b i as u b t r o p i c a lh i g h ，a r ei n v e s t i g a t e ds t a t i s t i c a l l yo f ts e v e r a ld i f f e r e n tt e m p o r a ls c a l e s w h e nt h es v da n a l y s i si su s e d ，t h em e c h a n i s mo ft h ee s t a b l i s h m e mo fi n d i a - b u r m a t r o u g hd u et o t h es e n s i b l e h e a t i n ga n dt h e l a t e n t h e a t i n g i ss i m i l a rw i t ht h a to ft h e w e s t w a r dr e t r e a to fa r a b i as u b t r o p i c a lh i g h ，t h es t r o n g e rs e n s i b l eh e a t i n go fa r a b i aa n d l a t e n th e a t i n go f t h ei n d i a np e n i n s u l ai sf a v o r ， ot h ew e s t w a r dr e t r e a to fa r a b i as u b t r o p i c a l h i g h ，a n dt h es t r o n g e rs e n s i b l eh e a t i n go f t h ei n d i a np e n i n s u l aa n dl a t e n th e a t i n go ft h e i n d o c h i n a p e n i n s u l a i sf a v o rt ot h ee s t a b l i s h m e n to fi n d i a b u r m a t r o u g h t h e e s t a b l i s h m e n to fi n d i a - b u r m at r o u g ha n dt h ew e s t w a r dr e t r e a to fa r a b i as u b t r o p i c a lh i g h c o m ee a r l i e ra n de a r l i e r , a n dt h ee a s t w a r dw i t h d r a w a lo ft h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a l h i g ha p p e a r sl a t e ra n dl a t e rf r o m1 9 5 8t o1 9 9 8a c c o r d i n g t ot h es v d a n a l y s i s ，t h ef i r s t m o d ei sa g o o dp r e d i c t o r t ot h ew e s t w a r dr e t r e a to fa r a b i as u b t r o p i c a lh i g h ，a n dt h es e c o n d m o d ei sag o o d p r e d i c t o rt ot h ee s t a b l i s h m e n to f i n d i a b u r m at r o u g h f r o m1 9 7 9t o1 9 9 8 ， n 竺竺! 兰旦 t h em o r ei n t e n s i v et h el a t e n t h e a t i n go ft h en o r t h w e s tp a c i f i c i na p r i l ，t h ee a r l i e rt h e e a s t w a r dw i t h d r a w a lo ft h ew e g e r op a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g h a n dt h em o r ei n t e n s i v et h e l a t e n th e a t i n go ft h ee q u a t o r i a le a s t e r np a c i f i ci n a p r i l ，t h el a t e rt h ew i t h d r a w a lo f t h e w e s t e mp a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g h t h ee f f e c t so ft h eh e a tc o n t e n ti nu p p e ro c e a na n dt h e l a t e n th e a t i n go nt h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g hm a yb ee x p l a i n e db yt h ep r o c e s so f p o s i t i v ea n o m a l o u sh e a tc o n t e n ta n dl a t e n t h e a t i n go ft h e s o u t hc h i n as e a - n o r t h w e s t p a c i f i cw i l lb ef a v o r a b l ef o rd i v e r g e n c ea tu p p e rl e v e l sa n d w e s t e r l yf l o w a tl o w e rl e v e l s ， a n dap o s i t i v ea n o m a l o u sm o n s o o nc i r c u l a t i o na n dw a l k e rc i r c u l a t i o nw i l lt a k ep l a c ea n d t h ew i t h d r a w a lo ft h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a ih i g hw i l la p p e a re a r l i e r ” k e yw o r d s ：i n d i a b u r m at r o u g h ；t h ea r a b i a s u b t r o p i c a lh i g h ；t h ew e s t e r n p a c i f i c s u b t r o p i c a lh i g h ；t h es e n s i b l eh e a t i n ga n dt h el a t e n th e a t i n g n l 摹l 幸前言 第1 章前言 亚洲夏季风系统由东亚季风和印度季风两个既相互独立又相互联系的子系统组成， 而东亚季风又可划分为南海一西太平洋热带季风和中国大陆东部一日本的副热带季风。 许多研究i t i l l 表明亚洲夏季风最早在孟加拉湾东岸和南海地区爆发，然后向西向北分阶 段推进，最终建立起印度夏季风和东亚夏季风。副热带高压( 简称副高) 是季风系统的 重要成员，它的变动直接联系着夏季风的建立、活跃和进退。何金海等【8 】通过对多年t b b 资料的分析指出，亚澳季风区的季节转换在4 月份就已开始，主要特征表现为澳大利亚 t b b 高值带( 对应澳大利亚副热带高压) 迅速北移和中南半岛地区对流的活跃以及北半 球副热带t b b 高值带( 对应副热带高压) 在该地区的断裂，伴随着东部t b b 高值带( 对 应西太平洋副高) 的连续东撤，南海夏季风于5 月4 候建立；而西部t b b 高值带的向 西退缩刚伴随着亚洲夏季风建立自东向西的推进过程。所以副高带的断裂及其东撤西退 对于亚洲夏季风的建立是至关重要的。 那么副高带为什么会断裂并东撤西退呢? 理论上，吴国雄等 1 2 - 1 5 ) 利用全型垂直涡度 倾向方程，讨论了空间非均匀非绝热加热( q ) 对副高形态变异的影响。通过简单的空 间尺度分析指出，q 的垂直非均匀分布比其水平非均匀分布对副高带断裂成闭合中心的 影响更大：且在时间尺度较长时，低空副高出现在表面感热加热西侧、深对流凝结加热 东侧；而高空副高出现在表面感热加热东侧、深对流凝结加热西侧。数值方面，徐海明 1 6 - 1 7 1 分别对中南半岛和印度半岛对亚洲夏季风进程影响进行了数值研究，都强谖了两半 岛地表的感热加热作用对副高带断裂及夏季风建立的影响。何金海f 9 】研究了1 9 9 8 年南海 夏季风建立期间副高带断裂和东撤及其可能机制，结果表明，南海夏季风建立之前，印 度半岛的感热加热和中南半岛的潜热所激发的气旋性流场在孟加拉湾地区是相互迭加 的，这有利于孟加拉湾低涡活动和低槽的形成，这可能是副高断裂和印缅槽活跃的机制。 吴国雄等 1 8 - 2 0 1 从能量收支的角度探讨了气候平均状态下副热带高压带形态变异和季节 转换的物理机制，在考察温度场和加热场季节变化的基础上，发现中国江南地区春季降 水所形成的非绝热加热源非常显著，该热源对后期亚洲季节转换有影响。副热带高压脊 面附近经向温度梯度反转取决于温度脊所在纬度位置的变化。温度脊北移是由脊轴北侧 的增温率大于脊轴附近的增温率而造成钓。热力学方程诊断结果表明，亚洲各季风区( 孟 加拉湾、南海和南亚) 季节转换的热力机制不同。导致孟加拉湾温度脊显著北跳的主要 摹1 幸前言 因素在季风爆发初期是经向暖平流，爆发以后是下沉运动；引起南海地区经向温度梯度 反转的因素有经向暖平流、纬向暖平流和江南地区的非绝热加热，特别是经向暖平流的 贡献更大；造成南亚季风区经向温度梯度逆转的原因是下沉增温。 以前的许多工作多侧重于研究西太平洋副高自身结构、形状、活动规律及其对天气 气候的影响2 1 - 3 0 ，而对亚洲夏季风建立期间3 0 0 e - - 1 4 0 0 e 整个副高带演变的研究比较少， 特别是利用多年资料分不同尺度研究亚洲季风区地表感热、潜热对副高带演变的影响的 几乎没有。副高带演变可分为印缅槽生成、西太副高东撤和阿拉伯副高西移三个阶段。 印缅槽和阿拉伯副高( 副高断裂的西边部分) 都位于两个半岛之间前者位于印度半 岛和中南半岛之间的孟加拉湾，后者位于阿拉伯半岛与印度半岛之间的阿拉伯海；那么 相似的地形，感热、潜热影响印缅槽生成和阿拉伯副高西移的机制是否相似? 影响西太 副高东撤早晚的机制又如何? 印缅槽生成、阿拉伯副高西移和西太副高东撤的年际变化 怎样? 因此，综上所述，本文将在已有的研究结果基础上，进一步探讨亚洲夏季风建立期 间感热、潜热对副高带演变的影响，具体工作将首先分析副高带、感热和潜热演变的气 候特征，以及它们的相互耦合关系；进而将副高带的演变分上述三个阶段分别进行年际 变化的分析；并探讨海洋热含量和凝结潜热对匿太副高东撤影响的物理过程。本文第2 章介绍所使用的资料和方法；第3 章分析亚洲夏季风建立期间感热、潜热和高度场季节 演变的气候特征及相互耦合关系：第4 章分析了亚洲夏季风建立期间副高带演变的年际 变化特征及与感热、潜热的相互关系，并探讨海洋热含量和凝结潜热对话太副高东撒影 响的物理过程；第5 章是结果与结论。 第2 幸喷料和分新方挂 第2 章资料和分析方法 2 1 资料来源和处理 本文采用的资料有： ( 1 ) 1 9 5 8 一1 9 9 8 年n c e p n c a r 的8 5 0 h p a 逐日高度场资料和2 0 0h p a 逐日风场资料， 分辨率为2 ，5 0 x 2 5 0 ； ( 2 ) 1 9 5 8 - - 1 9 9 8 年n c e p n c a r 逐日地表感热及降水率( p r a t e ) 的高斯网格资料； ( 3 ) s c r i p p s 海洋研究所提供的1 9 5 8 1 9 9 8 年0 - 4 0 0 m 上层海洋月平均的热含量资 料，分辨率为5 0 2 0 ； 需要说明的是；首先将降水率处理成凝结潜热，然后对地表感热、凝结潜热、8 5 0 h p a 位势高度场和2 0 0h p a 逐日风场资料的逐日资料作假平均( 每五天为1 候，一年7 3 候) 、 月平均的处理。 2 2 主要的分析方法 本文主要用到合成分析、相关分析和s v d 分析及场的相似系数的方法等多种统计 分析方法。下面对些方法进行具体的说明： 2 2 1 奇异值分解( s v b ) 分析方法口0 13 1 1 和m o n t ec a r l o 检验技术 奇异值分解( s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n ，简称s v d ) 分析方法是提取两个气象 场耦合信号的诊断工具，是对在时空上有变化的两个变量场同时进行统计分析的方法。 s v d 的基本原理是对两个要素场的交叉协方差阵的对角化运算，l 并找到两要素场中若干 对相对应的空间分布，且少数的几对特征向量能解释要素场的大部分方差。一般认为 s v d 分析方法是揭示两个场相关模态的优良方法，特别适合大尺度气象场遥相关型的研 究。 第2 章资料和分析方珐 设有两个零均值的气象觎翟= p x d t ) j ii h 0 ) j iy ，( f ) ，珊= 俐分别咖。个网格 l y q o ) j 点或变量构成，序列长度均为n ，称盖( f ) 为左气象场( 左场) ，y ( t ) 为右气象场( 右场) ， 两气象场之间的交叉协方差阵为： 、 c x r = ( 工( f ) y 0 ) ) ( 2 6 ) p x qp x n x g 式中符号 表示求平均，下同；y p ) 表示矩阵y ( t ) 的转置。c x r 的奇异值分解为： c x r p x q 2 p 幺丕嬲 ( 2 _ 7 ) ”磊二9 其中= d i a g ( ( r ，d 2 ，仃。) ，脚= m i n ( p ，g ) ，q 为矩阵c 。的奇异值；l 的列向量是矩 阵c w 的左奇异向量，有上l 7 = i ；m 的列向量是矩阵c 。的右奇异向量，有m m ：i 。 可见，从数学上讲，s v d 实际上是非方阵和非对称阵的广义对角化运算。 根据上面的公式，可将左、右气象场按各自的奇异向量完全展开： x ( t ) = ( l l ，l 2 ，l 。) 口l o ) a 2 ( f ) a 。( f ) = l a ；r q ) = ( m 。，m 2 ，m ，) a 。”，b 。”分别为左、右场的展开系数，也称为时间权重系数。通常称( 。，m 。j 为一对 变量型( p a t t e r n ) 每一对变量型和相应的展开系数确定了一种模态( n l o d e ) 。 为衡量各模态对交叉协方差阵的贡献大小，引入第k 各模态对平方协方差阵的贡献百分 率s c f k ： 辔毒 c z - ， 前k 各模态的累计平方协方差贡献百分率c e 为： 厶坳 = jir l ； 红如 k 摹2 幸费抖和分析方准 一一 ( 2 1 0 ) 定义各模态左、右场展开系数间的时间相关系数r 。，b t ) 为模态相关系数： 巾以卜器 仫 定义各模态左( 右) 场展开系数与右( 左) 气象场的相关系数为异性相关系数 ( h e t e r o g e n e o u sc o r r e l a t i o n ) ： 懒( f ) ) 5 器2 丽c y k l k ，撤) ) - ( 2 - ( x2 ( f ) ) 圪僻( 尼雠( f ) 妒 、 。 咿a 卜器2 赫，鼬f ) ) = 1 ( 2 ( y 2 ( f ) ) 托似( f ) ) 乃( 日翮) 比 7 定义各模态左( 右) 场展开系数与左( 右) 气象场的相关系数为同性相关系数 ( h o m o g e n e o u sc o r r e l a t i o n ) ： “置础胪惹5 赫，鼬炉1 ( 2 - 1 4 ) 彤，姒啪2 器2 丽c x r m ，撕嘭= 1 ( 2 - 1 5 ) ( r2 ( f ) ) ”似( f ) ) ”( 6 ；( f ) ) ” 、4 第k 各模态异性相关系数分布型表示第k 个左( 右) 场的展开系数所反映的右f 左) 气 象场时间变化程度大小的分布，显著相关区则代表了两气象场相互影响的“关键区”； 同性相关系数的分布反映的是展开系数序列所能表示的自身气象场时间变化程度大小 的地理分布，在一定程度上代表了左、右气象场的遥相关型。 由上面的原理说明可见，s v d 的模态是由样本资料计算的，存在统计显著性问题。 施能f 3 2 1 总结了两种检验s v d 模态显著性的m o n t ec a r l o 技术，本文应用了其中的一种， 方法如下：首先，根据计算的两个气象场资料矩阵，x 。和。k ( 其中p 和q 分别是x 和 y 场的格点数，n 是资料长度) ，将其中一个场的资料在时间上利用随机数发生器产生 高斯分布的随机序列资料矩阵，进行模拟的s v d 计算。设矗；是第k 次模拟计算的第j 蠢一司 。 一 第2 幸资料和分坼方法 个奇异值，将前r 个奇异值排序，重复进行1 0 0 次，得到：计霹a 影，k = l 2 ，1 0 0 。 计算标准化变量： j = l 2 ，r ，k = l 2 ，1 0 0 ( 2 - 1 6 ) 然后，对于固定的j ，排序u ；满足：u j u ；a u j 0 0 ，j _ 1 ，2 ，r ，可以得到u 尹 ( j 2 l ，2 ，r ) 。再将实测资料计算的s v d 结果的奇异值口，排序，使盯盯：a 盯， 计算 t = ；l ( 2 1 7 ) 盯， j = l 仅当 u ? 5 时，才能认为第j 对s v d 模( 奇异值) 是超偶然的，从而认为统计学上是 显著的，值得分析其物理意义。因为大的奇异值对应s v d 分解中大的协方差贡献百分 比，所以首先比较正，u 1 9 5 ，进而比较瓦，蜉； 。 2 2 2 场的相似系数p 3 1 场的相似系数用于分析两个要素空间场的相似程度。即： r ；( y l l ，e ) ( i | 互fe | | ) ( 2 1 8 ) ( e ，f 2 ) 2 j 1j f 1 吒幽 ( 2 1 9 ) i l 曩l 】：；( 五，y 1 ) ( 2 - 2 0 ) 其中s 表示要计算的区域面积，f i ( x ，y ，t ) 和f 2 ( x ，y ，t ) 分别是代表相同空间区域的两个场的 矢量变量( 本文应用于标量变量的计算) ，l i f l | | 和 l f 2 ij 及( f 1 ，f 2 ) 分别是f 1 和f 2 的范数 和内积，分别表征的是f - 和f 2 各自的方差和相关关系。 2 2 3 相关系数的显著性检验 相关系数是衡量两个变量之间关系密切程度的量。这个量的大小是否显著需要做统 兰酗 = 町 弟2 幸蚤料和分析方法 计检验。一般在样本容量固定的情况下，计算统一的判别标准，即相关系数临界值一 若计算的相关系数r ，则认为相关系数是通过显著性的t 检验。一的计算为p 一】： r2 ( 2 2 1 ) 其中 是样本长度，t 。是自由度为玎一2 时，显著水平a = 0 0 5 的t 分布隘界值。这种 计算的前提是假设参与相关计算的两变量序列是随机序列。 2 2 4 均值差异的显著性卜检验1 3 5 】 在气候研究中，要分析某些特殊年份相对于一般年份有何显著特征，经常使用的方 法是将特殊年份的气象要素均值与一般年份的进行比较：设一般年份有m 年，特殊年份 有n 年，某气象要素在这两个年份中的平均值分别表示为：及，在假设它们总体 平均值无显著差异的条件下，统计量，遵从自由度为n + m - 2 的t 分布， x 。一芏4 2 1 t ( 2 - 2 3 ) s c + 1 2 门胁 式中s 2 为它们差值方差的无偏估计，即 妻( x j 一) ：+ 芝( x ? ) ： ，2 旦焉三(2_24)2”+ 册一 其中x ；及x i a 分别为般年份及特殊年份的要素值。对于给定的显著水平和自由度，从t 分布表中查出对应的临界，。值，若t t 。，就拒绝原假设，认为特殊年份的均值与一般年 份的均值有显著差异。对于气象要素场来说，场中每个格点都进行上述的计算，将得到 均值差异的显著性t 一检验空间分布图。 苇j 章感热、潜蠡和尉高带演变硒气候睛征反相互祸合关蠢 第3 章感热、潜热和副高带演变的气候特征 及相互耦合关系 许多研究表明亚洲夏季风建立期间中南半岛和印度半岛的感热、潜热对副热带高压 ( 简称副高) 的演变有重要影响。本章详细分析了8 5 0 1 巾a 高度场和亚洲季风区的感热、 潜热演变的气候特征；并在此基础上采用奇异值分解的分析方法对感热、潜热与8 5 0 1 p a 高度场的相互藕合关系作深入探讨。需强调的是，这里的潜热是指由降水造成的凝结潜 热。 3 18 5 0 h p a 副高带演变的气候特征 从4 1 年平均( 1 9 5 8 1 9 9 8 年) 3 到7 月逐候的8 5 0 h p a 位势高度场分布图( 图3 1 ) 来看，3 月初副高带一直控制整个低纬地区，随后孟加拉湾地区的位势高度不断下降， 至5 月第l 候1 4 9 0 线突然从北纬2 l 。南压至1 3 。，印缅槽显现，副高带断裂；到5 月第 4 候1 4 8 0 线又突然从北纬2 1 。南压至1 2 。，印缅槽显著加深，同时东部副高( 即西太平 洋副高) 也撤出南海地区，南海夏季风爆发；随后印缅槽继续加深并西扩，控制阿拉伯 海的高压( 阿拉伯副高) 也开始西移撤退，至6 月第2 候低压带控制整个亚洲低纬地区， 亚洲夏季风全面爆发。 为了更直观的看出3 到? 月亚洲季风区整个副高带的演变情况，图3 2 是高度场沿 1 0 一2 0 。n 经向平均的经度一时间剖面图，由图可以看出，3 、4 月份副高带一直控制整个 低纬地区，5 月初副高带在孟加拉湾地区断裂成东西两部分，至2 8 侯东部副高撤离1 2 0 。e ，6 月初西部副高也开始向西撤退，随后至7 月底4 0 1 2 0 。e 区域都由低压控制。 3 z 感热场演变的气候特征 从4 1 年平均( 1 9 5 8 1 9 9 8 年) 3 到7 月逐候的下垫面感热通量场分布图( 图3 3 ) 来 看，亚洲地区地表感热的大值区开始主要分布在热带低纬大陆上，4 月中旬中南半岛 1 5 。n 以南的感热通量开始显著减少，5 月上旬中南半岛1 j 。n 以北的感热通量也开始显 8 苇5 幸或盎、潜蠡和喇高希演变柏气候特征反相王藕合关系 著减小；印度半岛的感热通量6 月份之前一直维持较大值，6 月初开始减少；阿拉伯半 岛的感热通量3 至7 月整个时段一直维持较大值。 图3 - 4 是感热场沿1 5 2 2 5 。n 经向平均的经度一时间剖面图，由图可以看出，3 0 1 4 0 。e 之间有3 个明显的感热大值区：9 5 - - 1 1 0 。e 、7 2 8 2 。e 和4 0 5 2 0 e ，分别对应中 南半岛、印度半岛和阿拉伯半岛。3 月份9 5 1 1 0 。e 的感热一直维持较大值，至4 月上 旬1 0 0 一1 1 0 。e 的感热显著减少，而9 5 一1 1 0 。e 附近的感热一直维持到5 月初才开始显 著减小；7 2 8 2 。e 附近的感热大值区从3 月份一直维持到6 月中旬( 3 3 候) ；4 0 一5 2 0 e 的感热3 7 月份一直维持较大值。为了更直观的看出印度半岛、中南半岛地区地表感 热随时间的变化，图3 5 是这两个区域通量的时间演变图。从图可以看出，3 月初至6 月2 候( 1 3 候一3 2 候) ，印度半岛地区的感热通量一直维持在l o o w m 以上，随后迅速下 降，这与阿拉伯海高压向西撤退的时间相对应；而中南半岛地区的感热通量3 月至4 月 5 候( 1 3 候一2 3 候) 维持在8 0w m 2 以上，随后迅速降低，至5 月2 候( 2 6 候) 下降至 4 0w m 2 以下，随后中南半岛地区的感热通量一直维持较低值，这也与印缅槽出现的时 间相对应。 3 3 凝结潜热场演变的气候特征 从4 1 年平均( 1 9 5 8 1 9 9 8 年) 3 到7 月逐候的潜热场分布图( 图3 - 6 ) 来看，潜热的 大值区首先主要分布在中南半岛及其南面海区，然后逐步向西向北扩展，至5 月上旬大 值区分布在中南半岛及孟加拉湾南部地区，5 月下旬位于印度半岛南部的大值区向印度 半岛西部扩展，至7 月底潜热大值区主要分布在阿拉伯海东部海区、孟加拉湾及中南半 岛。 图3 7 是印度半岛及附近海区( 6 0 - 8 0 。e ，o - 2 3 。n ) 和中南半岛及附近海区( 8 0 一1 1 0 。 e ，0 2 0 。n ) 的潜热大值中心的移动路径，从图可以看出，中南半岛及附近海区：从1 3 至 2 0 候潜热大值区维持在赤道附近；2 l 候北跳至( 9 7 5 。e ，4 8 。n ) ，并维持到2 4 候；2 5 候潜热大值中心又北跳到1 2 。n 以北，这与印缅槽出现的时间相对应，随后大值中心继 续北移。相应的印度半岛及附近海区：1 3 至1 7 候潜热大值区维持在赤道附近，随后缓慢 北上，至3 l 候北跳到1 0 。n 以北，3 2 候又跳过1 2 。n ，这也与阿拉伯海副高西移的时间 一致，随后潜热大值中心继续北移。 苇j 幸感蠡潜盎和捌高带使变曲气候特征反相互耦合关系 图3 8 是潜热场沿1 0 - 2 0 。n 经向平均的经度一时间剖面图，由图可以看出，从3 月 中下旬开始9 8 1 0 6 。e 之间的潜热开始迅速增大，至4 月底5 月初该区域的潜热值升至 2 5 0w m 2 以上， 2 7 候潜热大值区西扩至9 0 。e 附近，随后大值区一直维持在9 0 。e 附近； 5 月底6 7 7 6 。e 的潜热开始迅速增大，且至3 2 候潜热值升至2 5 0w 2 以上。为了更直 观地看出印度半岛西侧海区、中南半岛及其西侧海区的潜热随时间的变化，图3 - 9 是这 两个区域通量的时间演变图，从图可以看出，从3 月初开始，中南半岛及西侧海区的潜 热一直在缓慢增大，至4 月6 候潜热值达到2 5 0w m 2 以上，并一直维持到7 月底；印度 半岛西侧海区的潜热开始一直维持较小值，6 月初开始迅速增大；至6 月2 候潜热值达 到2 5 0w m 2 以上，并一直维持到7 月底。比较两曲线可知：印度半岛西侧海区的潜热季 节变化突变性比中南半岛及其西侧海区的更明显一些。 3 4 8 5 0 h p a 高度场与感热场、凝结潜热场季节演变的耦合关系 上面的分析表明，伴随印缅槽的形成、加深，印度半岛地区的感热加热一直维持较大 值，而中南半岛地区的感热加热在4 月下旬之后一直是迅速降低的，中南半岛及其西侧海 区潜热随时间一直增大，且潜热大值中心是不断北上的。伴随阿拉伯副高的向西撤退，阿 拉伯半岛地区的感热加热一直维持较大值，从6 月初开始，印度半岛地区的感热加热是迅 速降低的，相应的印度半岛西侧海区潜热迅速增大，潜热大值中心也是不断北上的。根据 吴国雄等“的理论，低空气旋性环流出现在表面感热加热东侧、深对流凝结加热西侧；所 以副高带的断裂及其东部副高东撤、西部副高西移与感热和潜热是密切相关的。奇异值分 解的分析方法是研究两个气象场之间耦合关系的一种有效手段，这里用它分别来分析高度 场与感热场、凝结潜热场季节变化的相互关系。 3 4 18 5 0 h p a 高度场与感热场的耦合关系 取( 3 0 1 2 0 。e ，o - 3 0 。n ) 区域的多年平均3 - 7 月逐候8 5 0 h p a 位势高度的距平序列作为 左场，同期同区域的感热场的距平序列作为右场进行奇异值分解。 表一给出了前五个模态的计算结果，可以看到：第一模态的协方差贡献为9 3 6 8 ，左 右场的相关系数达0 9 9 ，各自的解释方差贡献也有5 0 以上。与其他模态相比，说明第一 模态表现的8 5 0 h p a 位势高度场和感热通量场的相关耦合关系是最重要的。而且前三个模态 1 0 苇j 幸感鑫潜盎和h 高带使变曲气候特征反相王鹄合关蠹 的累积协方差贡献己高达9 9 8 9 ，所以下面只具体讨论前三个模态的时空变换特征。 表一：8 5 0 h p a 位势高度场和感热通量场的s v d 分解结果 图3 1 0 为第一模态左、右奇异向量的空间分布及时间系数。左、右奇异向量的空 间分布在一定程度上反映了左、右场相互作用的遥相关区。由图可以看到：高度场上( 图 a ) 热带低纬地区是正距平区；对应的感热场上( 图b ) ，低纬大陆是条正距平带，负 距平区位于该区以北地区及赤道地区。由左、右奇异向量的时间系数可以看出它们的变 化步调较为一致：在3 月初出现正极大值，负极大值稳定维持在6 月底到7 月底较长的 时段内；高度场由正位相向负位相的转变是在5 月4 候，感热场的正负位相转变是在5 月2 候；可以看出感热场正负位相转变比高度场的要提前2 候左右。结合奇异向量的空 间分布和时间系数，该模态主要反映8 5 0 h p a 位势高度场和感热通量场季节内变化相互 耦合关系的时空变化特征为：3 月初，热带低纬地区是高压活动的最强地区，热带低纬 大陆的感热通量较大，在5 月4 候前后整个高度场的变化很快，并且发生位相转变，即 热带低纬地区由正的高度迅速减弱为零并转为负值( 即变为低压控制) ，且至7 月底低 压一直控制该区，亚洲夏季风全面爆发，此时感热通量大值区分布在3 0 0 n 附近地区。 分析发现这对奇异向量的空间分布与3 月初、7 月底高度距平和感热通量距平的分 布都很相似( 图略) ，只是与7 月底的空闻分布反相而己。由时间系数的极值也表明该 模态在3 月初、7 月底的贡献最大。平均而言，在5 月1 候，副高带断裂，印缅槽出现 ( 见图3 一1 ) ，但第一模态没有反映这一点，因此仅分析第一模态是不够的。 图3 一1 1 为第二模态左、右奇异向量的空间分布及时间系数。高度场( 图a ) 的负变 区位于孟加拉湾以南地区，感热场的正变中心位于印度半岛。左、右奇异向量对应的时 间系数也表明这模态反映的耦合关系变化是季节内变化，二者的变化趋势比较一致， 左奇异向量的时间系数在5 月l 候都达到正极大值，右奇异向量的时间系数在整个5 月 苇暑幸感热，潜箍和戤高带谯变曲气候特征反相王揭全关系 份都维持较大的正值，并在5 月2 候都达到极大值。结合奇异向量的空间分布和时间系 数，该模态主要反映：从5 月初至5 月底印度半岛是感热加热的大值区，对应的高度场 上在5 月l 候孟加拉湾地区低压槽显现。分析发现这对奇异向量的空间分布与5 月l 候 的高度距平和感热通量距平的分布都很相似( 图略) ，因此这模态很好地反映了印度半 岛的感热通量从5 月初开始一直维持较大值，对应的，5 月1 候副高带断裂、印缅槽显 现。说明印度半岛的感热通量对副高带的断裂及印缅槽的显现有很重要的作用。 图3 一1 2 为第三模态左、右奇异向量的空间分布及时间系数。高度场上( 图a ) ，阿 拉伯海东部经印度、孟加拉湾到南海是负距平区，中心在盂加拉湾；感热场的正距平主 要位于阿拉伯半岛和印度半岛北部、西部( 图b ) 。孟加拉湾和中南半岛的北部是负距平。 左、右奇异向量对应的时间系数反映二者的变化趋势比较一致，左、右奇异向量的时间 系数在5 月4 候都是从负位相向正位相转变，并在6 月第1 候达最大。结合奇异向量的 空间分布和时间系数，该模态主要反映：5 月4 候开始，阿拉伯半岛和印度半岛北部的 感热加热是正值，中南半岛北部的感热加热是负值，这种分布有利于印缅槽的加深和西 扩。分析发现这对奇异向量的空间分布与6 月i 候的高度距平和感热通量距平的分布都 很相似( 图略) 通过以上分析可以看出，尽管第一模态的方差贡献远远大于其它几个模态，其它几 个模态虽然方差贡献较小，但在某些阶段的贡献却可以很大。为此我们对两个要素场进 行第一至第五模态的重建，并对重建后的空间场序列与原始场序列逐候作场相关( 具体 做法可参照本文第二章2 2 2 节) ，得到重建高度场、感热场第一至第五模态与原始场 相关系数的逐候变化曲线。图3 1 3 ( a ) 是( 3 0 1 2 0 。e ，0 3 0 。n ) 区域高度场的重建场与 原始场的逐候相关，由图可以看出：3 月初到4 月4 候第一模态的贡献占绝对的优势；4 月5 候开始第二模态的贡献开始增加，至5 月l 候其贡献显著增大，并占较大优势，且 其优势一直维持到5 月5 候；5 月4 候开始第三模态的贡献也开始增加，并在6 月l 候 达到最大，占较大优势；且5 月底开始第一模态的贡献也开始增加，并从6 月2 候开始 至7 月底一直占较大优势。第四、五模态在整个时间段的贡献都较小。图3 - 1 3 ( b ) 是 ( 3 0 1 2 0 。e ，o 一3 0 0 n ) 区域感热场的重建场与原始场的逐候相关，由图可以看出：至4 月中旬第一模态占较大优势，第二模态从4 月4 候开始至5 月底一直占较大优势，5 月 4 候开始第三模态的贡献也开始增加，并在6 月l 候达到最大，占较有占较大优势。由 此可以看出：第一模态反映的是一种冬季型向夏季型季节转变的一个过程；第二模态在 第? 幸感蠡噼盎和h 高带使变的气候特征反相王搠畚关系 5 月l 候的主要贡献表明，印度半岛的感热通量为较大的正距平，中南半岛的感热通量 为负距平，这种分布有利于副高带的断裂及印缅槽的生成；第三模态在5 月底6 月初贡 献的增加表明，位于孟加拉湾的低槽开始加深并西扩，阿拉伯海副高开始西移。所以说 不同的时间段起主要贡献的模态可以不同，不完全一直是第一模态占主要贡献。 图3 - 1 3 前五个模态重建场与原始场相关系数的逐侯变化曲线( ( a ) 高度场、( b ) 感热场) 3 - 4 28 5 0 h p a 高度场与潜热场的耦合关系 与上一小节分析相似，取( 3 0 1 2 0 。e ，0 - 3 0 。n ) 区域的多年平均3 7 月逐候8 5 0 h p a 位势高度的距平序列作为左场，同期同区域的潜热场的距平序列作为右场进行奇异值分 解。 表二给出了前五个模态的计算结果，可以看到：第一模态的协方差贡献为9 4 ，7 3 ， 左右场的相关系数达0 9 9 ，各自的解释方差贡献也有5 0 以上。与其他模态相比，说明 第一模态表现的8 5 0 h p a 位势高度场和潜热通量场的耦合关系是最重要的。而且前三个 模态的累积协方差贡献已高达9 9 8 6 ，所以同样下面只讨论前三个模态的时空变化特 征。 苇于幸感热潜盎和甜高节痰变曲气候睛征氧相互带合关系 表二：8 5 0 h p a 位势高度场和潜热通量场的s v d 分解结果 图3 1 4 为第一模态左、右奇异向量的空间分布及时间系数，由图可以看出：高度 场上( 图a ) 亚洲季风区的低纬地区是负距平区；对应的潜热场上( 图b ) ，从阿拉伯海 经印度半岛、孟加拉湾到中南半岛、南海地区是一条正距平带，负距平区主要位于阿拉 伯半岛及赤道地区。由左、右奇异向量的时间系数可以看出它们的变化步调较为一致： 在3 月初出现负极大值，较大的正值稳定维持在6 月中旬到7 月底较长的时段内：高度 场由负位相向正位相的转变是在5 月5 候，潜热场的正负位相转变是在5 月3 候，可以 看出潜热场正负位相转变比高度场的要提前2 候左右。结合奇异向量的空间分布和时间 系数，该模态主要反映8 5 0 h p a 位势高度场和潜热通量场季节变化相互耦合关系的时空 变化特征为：3 月初，低纬地区是受高压控制，赤道地区降水较大 ，我们定义该区域8 5 0 h p a 高度 场的区域平均值降至年平均值以下，并持续3 候以上为印缅槽出现的时间。根据定义 1 9 5 8 1 9 9 8 年气候平均场的印缅槽出现时间是5 月1 候( 图4 1 ) ，这与第三章的结论相 一致。表4 1 第一列是各年确定的印缅槽形成指数，且4 1 年印缅槽出现时间的平均结 果是2 5 候，这与4 1 年气候平均场的印缅槽出现时间相吻台。 4 1 2 中南半岛感热、潜热的年际变化及与印缅槽形成指数的关系 表4 一l 第二列是各年中南半岛( 9 5 - 1 0 0 0 e ，1 5 - 2 2 5 0 n ) 区域平均的感热加热降到4 0 w m ! 以下的时间，第三列是各年中南半岛( 9 8 1 0 6 。e ，1 0 2 0 。n ) 潜热升到2 0 0w m 2 以上且 有突然增大的时间。图4 2 ( 上图) 是印缅槽形成指数和中南半岛感热、潜热的时问变 化曲线，由图可以看出，1 9 5 8 到1 9 9 8 年印缅槽出现的时间、中南半岛感热降到4 0 w m 2 以下的时间和中南半岛潜热升到2 0 0w m 2 以上的时间有明显的年际变化，且1 9 5 8 到1 9 9 8 年印缅槽出现的时间是越来越晚，对应的中南半岛感热降到4 0w m ：以下的时间也越来 越晚，中南半岛潜热升到2 0 0w m 2 以上且有突然增大的时间也越来越晚。从图还可以看 出，中南半岛潜热升到2 0 0w j n 2 以上且有突然增大的时间都比印缅槽出现的时间要早， 可以作为印缅槽出现的一个信号。 1r 第四幸