利用TBB资料对西太平洋副热带高压特征的分析和描述

资源类型:pdf 资源大小:5.06MB 文档分类:天文学、地球科学 上传者:李龙龙

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【作者】 姚秀萍  刘还珠  赵声蓉 

【关键词】西太平洋副热带高压 TBB资料 >275KTBB值带的季节变化 

【出版日期】2005-04-28

【摘要】利用卫星TBB资料和500 hPa位势高度场资料, 分析了西太平洋副热带高压(下称西太副高)的北进及南撤特征。结果表明: 西太平洋副热带地区的TBB场呈带状分布, >275K的TBB区随季节的变化从1月至12月表现为先北跳又南落之势, 它与西太副高的北跳和南落同步, 其大值区可以表征西太副高的范围。西太副高脊线(500 hPa上的u=0 线)与TBB大值区轴线的走向基本一致。不同季节可以不同的TBB值来描述西太副高。同时指出, 以TBB大值区所描述的西太副高与雨区的配置较588 gpdm等高线与雨区的配置要好, 并且可以避免588 gpdm等高线所产生的假象。另外, 每3 h TBB场的分析可为暴雨的逐3 h预报提供参考。

【刊名】高原气象

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1 引言  西太副高是指副热带地区的暖性高压系统, 它与我国的天气气候息息相关, 它的活动直接影响我国汛期主要雨带的位置, 对我国东部地区的天气气候异常尤为重要。廖荃荪等[1]、王晓春等[2] 指出,西太副高的位置与我国旱涝的关系十分密切。因此对西太副高的位置、强度和范围的预测一直是气象专家关注的焦点。随着对西太副高研究的不断深入, 吴国雄等[3]提出的副热带高压形成和变异的动力学问题, 为西太副高的研究提供了理论基础。  在业务预报中, 对西太副高的脊线、面积和强度的天气学定义一般用 500 hPa 等压面上 588 gp dm等高线的变化来描述。如 588 gpdm 等高线所围高压范围为西太副高的范围, 588 gpdm 等高线最西端所在经度为副高西伸脊点等等。然而在实际天气图上, 有时分析不出 588 gpdm 等高线, 如用588 gpdm等高线来描述副高的活动就出现了不连续现象。此外用588 gpdm等高线轮廓的轴线来表示副高脊线的位置带有一定的主观性, 所以用 588gpdm等高线描述副高有时不能客观化。实际天气预报表明, 这种对西太副高的表征有时仍不完善,首先它视西太副高为一被动的系统, 其次, 在海上缺乏观测资料的情况下, 对 588 gpdm等高线的勾勒容易造成西太副高的失真, 甚至造成假象。我们已经注意到这些特征量均是建立在500 hPa高度场形态学研究的基础之上, 主要是侧重于副热带高压的动力学描述。尽管具有直观、便于操作诸多优点, 但是在动力学和热力学上缺乏意义, 不便于对它建立动力学和热力学模型。况且陶诗言等[4]早就指出, 西太副高并非一个纯粹的动力系统。因此,为了便于今后的研究和应用, 有必要提出新的描述西太副高的特征量, 同时注意到 800 hPa以下西太副高区存在大规模的下沉运动和水平辐散, 所以副高所在之处多为晴空万里[3]。龚道溢等[5] 通过对20世纪90年代西太副高特征量异常的分析指出,进入 20 世纪 90 年代以来, 特别是 1992—1995 年期间, 西太副高的活动出现异常, 而副高特征量的异常并不代表副高整体活动真正的异常。  Riyu Lu[6]利用 850 hPa 夏季平均位势高度场分析提出, 两个西太副高纬向和经向位移的参数指数, 它们可以用以描述夏季西太副高季节性移动特征。近年来, 卫星遥感资料已得到广泛应用[7~11],何金海等[12]已用卫星遥感资料 TBB对亚澳季风区季节转换及亚洲夏季风建立的特征进行过研究, 得出不少很有意义的结论; 王亚非等[13] 及江吉喜等[14]也利用TBB对西太平洋对流云团和副高异常特征进行分析。蒋尚城等[15]、许成海等[16] 利用OLR资料对西太副高进行了描述。这些均说明了利用卫星遥感资料可以揭示副高的特征。但是利用TBB对副高特征参数的数值仍未定量给出。鉴于以上描述, 本文尝试用卫星遥感资料 TBB 对西太副高及其与天气过程的关系进行分析, 以提出能够描述西太副高的 TBB 特征数值, 同时避免由 588gpdm等高线所带来的假象。2 资料  TBB 是相当黑体温度(Black Body Tempera ture)的缩写, 通常称为亮温或亮度温度。它是用以表示云顶和无云区或少云区的地球表面向太空发射的辐射, 也是气象卫星红外通道的观测值, 是生成红外云图和各种增强显示云图最原始的资料。因此, 在少云区或无云区TBB值一般为>0℃的较高值, 在有云区, TBB是云顶黑体温度, 其值一般≤0℃, 并且TBB温度越低, 对应的云顶越高, 对流越旺盛, 在中低纬度和夏季尤其如此。因此, 可以根据TBB资料的这些特征, 推断天气系统的强度、移动以及可能伴随的天气现象。  本文利用日本 GMS 所观测的黑体辐射温度TBB资料, 其范围为 59.5°S~59.5°N, 从 1980 年至1997 年总计 18 年 , 每隔 3 h一次 (00:00,03:00, 06:00, 09:00, 1 2 : 0 0 , 1 5 : 0 0 , 1 8 : 0 0 ,21:00, 世界时, 下同), 资料的分辨率为 1°×1°。另外还用了对应时间的 NCAR/NCEP高度场和风场再分析资料。3 TBB 场与西太副高季节移动的关系3.1 西太副高的季节移动特征  西太副高的移动具有明显的季节性, 其位置在冬季最南, 夏季最北, 从冬季到夏季是向北向东移动的, 其强度也逐渐增大。副热带高压脊线呈跳跃式变动。冬季西太平洋高压脊线一般位于 15°N附近, 对华南天气产生影响。4~5 月脊线略向北挺进, 大约 6 月上中旬, 脊线出现第一次北跳, 越过20°N, 在20°~25°N之间徘徊, 此时江淮流域梅雨开始。7月上旬第二次脊线北跳至 25°N, 以后在25°~30°N之间摆动, 雨带移至黄淮流域, 长江流域梅雨结束。7月底至8 月初, 脊线越过 30°N, 华北雨季开始; 8 月上旬以后, 脊线在 30°~35°N 之间, 主要雨带移至 40°N 以北地区。9 月上旬脊线开始跳回25°N, 雨区又退回到淮河流域; 10 月上旬第二次回跳, 脊线退到 20°N 以南, 中旬以后逐渐回到15°N附近。总之, 西太副高的季节变化大致有以上的规律, 西太副高的强度和范围冬夏季有很大不同, 夏季强盛, 位置最北; 冬季减弱, 位置最南。3.2 TBB场的季节变化特征  从18年(1980—1997年)平均的TBB场和 500hPa高度场在120°~160°E范围内平均的纬度时间剖面图(图1)上可以看出, 588 gpdm等高线呈现出不连续的特征, 在 15°~30°N 之间, 5 月上旬至 7月中旬及8月中旬至11月上旬存在两个中心; 588gpdm等高线中心的长轴在 5 月上旬随时间先由低纬的20°N向北倾斜至30°N, 而后另一个588 gpdm等高线中心的长轴在 8 月中旬随时间再由 28°N向低纬倾斜至20°N。588 gpdm等高线的这种变化说明了它随季节出现的北跳及南落的过程。然而,588 gpdm等高线仅出现在 5 月上旬至 7 月中旬,以及8月中旬至 11 上旬, 可是这并不能意味在不出现 588 gpdm 等高线的月份中西太副高不存在,它也说明用588 gpdm等高线来表征西太副高是不够客观准确的。  图 1 却呈现出 TBB 场连续带状分布的特征,这似乎可以弥补以上 588 gpdm等高线对西太副高表征的不准确描述。从 TBB 场的分布来看, >275K的TBB场为带状分布, 从 1~5 月其最大值轴线呈水平分布, 位于 15°N附近, 5 月后 TBB带状场向北伸长; 8月轴线达到最北 30°N, 而后又向南回落; 到冬季11~12月 TBB最大值基本上又回落到18°N附近。副热带地区TBB的上述月季移动和变化特征说明了副热带地区其少云或无云区随季节变化的特征, 它与西太副高的季节北跳和南落基本同步。因此, 就全年平均来说, 可视 TBB 值>275K的区域为西太副高区。  不过从图1还可以看出, 在冬半年副热带地区TBB值较大, 偏南; 在夏半年TBB值较小, 偏北。图 1 1980—1997年TBB场(阴影区场(实线)在120°~160°单位: TBB为Fig. 1 The latitude month cross section is represented with dashed lines, hereafter iduring the period of 1980—1997. U且在20°N以南出现TBB中心值为260K的区域。这说明夏半年副热带地区有对流云团的生成和发展, 并且随着对流云团的向北推进, 西太副高也出现向北推进之势。  不难看出, 利用 TBB值表征西太副高时应该视不同的季节取不同的 TBB值来表示。夏半年西太副高区的TBB值要比冬半年来得小。  从北半球 TBB场和 500 hPa 高度场的分布图(图2)上可以看出, 多年月平均TBB的季节性变化总的来说与588 gpdm等高线范围及其轴线的北跳和南撤同步, 588 gpdm等高线所在的位置与 TBB大值区相配置。  1~4月, TBB≥285K区域呈带状分布(图略),位于10°~25°N的范围内, 其轴线位于 15°N, TBB最大值达到 290K; 5 月(图略), TBB 轴线北移至18°N, 此时TBB≥280K的带状分布区域缩小, 其位置与 588 gpdm 等高线所围区域一致, 出现在120°E以东。6月(图 2a), TBB轴线北跳至 20°N,TBB≥280K 的带状区域与 588 gpdm 等高线所围区域基本一致。7月(图2b), TBB轴线再次北跳至25°N, 其轴线位置与副高脊线一致, TBB≥275K区域, 中心同时西进到 135°E。8 月(图 2c), TBB大值轴线再次北跳至 30°N, 其位置与西太副高脊线一致, 此时 TBB≥275K 区域和 588 gpdm 等高线所围成的区域均为块状结构, 中心出现在 140°E附近, 只是前者的范围略大一些。9 月(图 2d),TBB大值轴线向南跳回至 25°N, 其中心东移至150°E, 其位置与西太副高脊线一致, TBB≥280K区域和 588 gpdm 等高线所围成的区域基本重合。10月(图略), TBB轴线再向南跳到 22°N, TBB≥280K区域和 588 gpdm等高线呈带状分布。11 月(图略), TBB轴线再向南跳到 20°N, 此时 TBB≥285K区域和 588 gpdm 等高线围成的区域仍基本重合。12月(图略), TBB轴线再向南跳至18°N。  从以上 TBB的月变化来看, TBB分布与西太副高的关系密切, TBB 轴线的北跳和南退与 588gpdm等高线所围区域轴线的变化步调一致。  从上述分析可知, 11 月至次年 4 月 TBB >285K的区域、5, 6, 9 和 10 月 TBB> 280K 的区域、7月和 8 月 TBB>275K的区域可视为西太副高区。这是因为西太副高控制下的区域晴空少云,西太副高区域往往是 TBB场的高值区。在通常情况下TBB场与 500 hPa 高度场存在如上较好的对应关系。对于西太副高脊点的计算, 可以仿照中央气象台①的做法, 定义在90°~180°E范围内各月份图 2 1980—1997年月平均TBB场和500 hPa高度场(实线)的叠加(a) 6月, (b) 7月, (c) 8月, (d) 9月, (单位: TBB为K, 高度场为gpdm)Fig. 2 Superposition of monthly mean TBB and 500 hPa height (solid line) during the period of 1980—1997.Unit: K for TBB, gpdm for height field. (a) June, (b) July, (c) August, (d) September图 3 1996年8月3日00:00至5日00:00暴雨过程雨量分布(单位: mm)Fig. 3 The precipitation of heavy rain process from00:00 on 3 August to 00:00 on 5 August. Unit: mmTBB的特征值(如7月和8月TBB=275K)最西位置处的经度为西太副高西脊点。4 “96.8”华北特大暴雨过程 TBB 场的分析4.1 “96.8”华北特大暴雨概述  1996年8月发生的“96.8”暴雨过程是受 9608号台风和其减弱后的低气压以及高空槽的共同影响而造成的。它是继“63.8”后华北地区最强的一次暴雨过程, 其中最大过程降水量为 413 mm, 出现在石家庄井径附近, 造成了高达 400 亿元的严重经济损失。过程雨量分布如图3所示。4.2 1996年TBB场的月

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