热带气象学第三章2 南亚高压

这是一篇关于热带气象学第三章2 南亚高压的思维导图，又称青藏高压，夏季见于青藏高原对流层上层(100百帕)表现最强的暖性高压。它虽然生成于副热带，但与一般的副热带高压的动力性质和生成机制并不完全相同。它是由于夏季高原上低层为热低压，低层气流辐合上升，高层空气质量堆积产生辐散而形成的高压。据研究，它的进退活动与中国东部地区的旱涝关系十分密切

第三章1 西太平洋副热带高压

• 副热带高压
  • 概述
    • 在南北半球的副热带地区，存在气压场或位势高度场的相对高值带，即所谓的“副热带高压带”
    • 其向极地一侧为西风带，向赤道一侧为东风带，平均而言，副热带是一条环绕全球的干旱带，沿着该带集中了世界上绝大部分沙漠区域。
  • 沿着副热带的气压场分布是不均匀的？
    • 山脉的存在，海气相互作用，海陆热力差异，陆面过程，乃至海冰、冰川和积雪等外部强迫过程，造成副热带高压带断裂成若干个区域高压中心，影响着副热带天气系统的运动和水汽的传输及其邻近地区的天气和气候，于是沿着副热带干旱带又点缀着若干个全球雨量最为充沛的季风区，使副热带成为全球天气和气候变化最为壮观、洪涝干旱最为频繁地带。
  • 定义
    • 由于地球自转而产生的地转偏向力作用使得由赤道北上的气流在纬度30度附近受阻，大气堆积下沉，使地面形成高压区，称为副热带高压带；
    • 由于沿纬圈方向的海陆分布和地形影响，高压带常断裂成若干个具有闭合中心的高压单体，这此高压单体统称为副热带高压。
  • 性质
    • 常年存在，稳定、永久性的大气活动中心，暖性深厚的高压系统
  • 季节变化
    • 北半球：强度 暖季>冷季，盛夏最强
    • 位置 暖季偏北（高纬），冷季偏南(低纬)
    • 南半球：强度 暖季<冷季 （季节变化不如北半球明显）
    • 位置 暖季偏东偏南（高纬），冷季偏西偏北（低纬）
  • 西太平洋副高的季节变化
    • 强度、脊线南北位置、西脊点
    • 1月，三个高压单体
    • 2-3月，位置基本不变，范围和中心强度增加
      • 1-3月属于冬季环流形式
    • 4月开始发生季节转换，中心西移，脊线由东西走向，转为西南-东北走向，中心位于南海-菲律宾以东洋面
    • 5月副高东撤北移，脊线移至20N，副高带在孟加拉湾-中南半岛断裂，形成槽区，两侧高压单体分别向东、西两侧移动，中心东撤至菲律宾以东
    • 6月中 副高第一次北跳至25N，槽区加深，槽前西南气流可至长江中下游，梅雨开始
    • 7月中，副高脊线第二次北跳至30N，雨带北移至华北，副高控制地区出现盛夏酷暑天气
    • 8月，副高脊线仍位于30N，脊线由西南-东北走向转为东西走向，中心分裂，槽区有被两侧伸过来的高压脊切断的趋势，形成独立的低压中心，未来将被填塞
    • 9月，副高南撤至25N
    • 10月-12月，继续南撤，中心强度减弱，槽区减弱，两侧高压靠拢合并，
    • 12月回到冬季环流形势，副高由南往北，又由北至南，完成了以一年为周期的季节循环，冬季型环流和夏季型环流两个季节性平衡态，
• 副高结构
  • 温度
    • 深厚暖性系统
    • 副高脊线具有趋暖性：海洋上脊线随高度向低纬度倾斜；（热源位于低纬）
    • 季风区脊线随高度向北倾斜；（热源位于北侧，如120°E）
  • 湿度
    • 副热带内部比较干，
    • 南、北两侧有湿区；
  • 纬向风
    • 高压脊线南侧为东风，北侧为西风
    • 位势高度极大值与u=0线重合
  • 垂直运动
    • 夏季：西侧上升区为主，下沉区位于高层且较弱，东侧脊线附近为较宽下沉区。
  • 散度、涡度
    • 高压区内的散度场比较复杂，副高主体低层辐散为主，但主要位于高压南部，副高西部、北部尤其西北侧低层以辐合为主
    • 西太副高区相对涡度基本为负值，涡度随高度增加；
    • 正负涡度及中心主要是由于纬向风速切变造成。
  • 结构特点
    • 深厚系统（偶尔可达200-100hPa）
    • 南北宽10-20纬距，东西长60-70经距
    • 脊线呈 SW—NE 走向
    • 内部水平气压梯度小，水平风速小
    • 高压与暖区配合，脊轴向暖区倾斜
    • 内部负涡度区，下沉动为主
    • 内部高层辐合为主，低层辐散为主 （西部相反）
    • 副高东、西侧差异较大
• 副高的形成和维持
  • 基本影响因子
    • 太阳辐射随纬度分布不均匀
    • 地转作用
    • 海陆热力差异和大地形（高原）的影响
  • 形成过程讨论
    • √ Hadley环流在科氏力作用下，高层向北分量随纬度减小，空气在中纬度堆积
    • √ 海陆分布的不同→沿纬圈方向加热不均匀→闭合高压单体
    • ？北半球，冬季Hadley最强，副热带下沉最强，夏季Hadley最弱，副热带下沉最弱，而副高夏季远强于冬季，这是经典理论无法解释的
    • ？太平洋中部至美洲大陆西岸为下沉气流，相反，青藏高原以东的亚洲大陆以及太平洋西部为上升气流，副热带高压带都是单纯的下沉运动控制
  • Hadley下沉支形成西太副高？
    • 除Hadley下沉支影响外，西太副高形成还有其他原因！
    • 无论南北半球，Hadley环流，副热带下沉运动都是冬强夏弱；而西太平洋副热带高压夏强冬弱 （相互矛盾？）
    • 在三维空间上，下沉运动并不与副高主体相对应，副高单体内并非都是下沉运动控制，大洋西部对应上升运动，大洋东部对应下沉运动；
  • 形成过程、原因
    • 一、动力原因
      • 1、Hadley环流在科氏力作用下，高层向北分量随纬度减小，空气在中纬度堆积
      • 2、西风急流的侧向混合作用
        • 西风带与南边空气发生侧向混合的结果，使南面空气获得动力，运动加速，使原来的气压梯度力不能平衡加速后的地转偏向力，空气往低纬度方向运动，当距离急流越远，侧向混合作用减少，空气向南运动分量减少，空气质量水平辐合，地面增压
        • 西风带以南侧向混合，空气获得动力，加速；
        • 气压梯度力<加速后的地转偏向力；
        • 空气往低纬度方向运动;
        • 距离急流越远，侧向混合作用减少，辐合加压，地面增压.
        • 西风带气团以南侧向混合→气压梯度力＜地转偏向力→正压不稳定→空气向低纬度运动→距离急流越远，侧向混合作用越小，辐合加压，地面增压
      • 3、海陆分布
        • 海陆分布不同→沿纬圈方向加热不均匀→形成闭合高压单体
      • 4、高层南亚高压辐散、大洋中部辐合 -> 加强夏季西太副高
        • 北半球Hadley环流冬强夏弱，为什么西太副高夏强冬弱？
          • 南半球的副热带高压的形成和维持基本上决定于hadley环流，而北半球副热带高压的形成和维持则不完全，可能与高层大陆高压的影响有关：夏季：青藏高压和北美高压辐散的气流使太平洋上空产生水平质量辐合，副热带高压加强
    • 二、热力角度
      • 季风降水潜热释放加强西太副高
        • 子主题
• 西太平洋副热带高压的变动及其对中国天气的影响
  • 副高与天气
    • 副高区：下沉区---逆温层（中下层）---干旱、晴朗少云
    • 副高东部：逆温层明显---晴朗少云
    • 副高西部：逆温层不明显，湿层厚---云多、天气较差
    • 副高边缘：为SE、SW气流
      • 西南边缘为东风带，常有台风、低压、东风波和云团等强对流活动
      • 西/西北边缘与西风带相互作用，常有切变线、锋面、气旋波活动；偏南风输送水汽、若有低槽低涡发展移入，上升运动加剧→大范围雨带
  • 对我国天气的影响
    • 5 月中下 南海夏季风爆发，雨带位于华南
    • 6月中 长江梅雨开始
    • 7月中 长江梅雨结束，黄河流域雨季开始，华中炎热少雨期开始，华南多台风
    • 8月 华北雨季开始，长江流域为伏旱期，华南为台风盛期
    • 9月 雨区回到黄淮流域，江南秋高气爽，华西秋雨
    • 10月中以后 冷空气开始南侵，台风基本结束，与副高南撤类似，雨带在南撤过程中无明显的阶段性
• 副高的短期变化及影响因子
  • 延伸思考：西太副高的年际变化的可能原因？
    • 造成2020年汛期降水异常尤其是长江中下游极端洪涝，是热带和中高纬多因子多时间尺度叠加作用的结果。 （国家气候中心）
    • 江淮流域梅雨季节总体入梅早，梅雨期长，冷暖空气在长江中下游周边势均力敌，梅雨锋面系统活跃，这是梅雨量异常偏多的直接原因。
    • 西太平洋副热带高压系统长时间持续异常。
    • 中高纬环流经向性大，冷空气过程频繁，使得南方暖湿气流与北方冷空气长时间在长江流域交汇。
    • 热带海洋信号： 2020年冬季开始，热带印度洋海温异常偏暖，并在夏季达到1961年以来历史最暖，它和弱厄尔尼诺事件影响相叠加，导致副高显著偏强。北印度洋海温异常对7月副高持续偏强偏西的大气外强迫作用。
  • 由于副高主体与长波脊的位置基本一致，故当西风带长波槽脊由于上下游效应而发生调整时，副热带高压也会随之相应地发生显著变动
  • 1. 西风带短波槽脊的影响
    • 西风带平直 → 小槽小脊 → 影响很小，外围等高线变形
    • 大槽东移（强脊/冷G东移变性） → 副高东撤南退（西伸北进）（5-6天左右，槽脊越强，周期通常越长）
    • 南北长波槽同（反）位相 → 南支槽发展（抑制） → 副高东退（西伸）
  • 2、大陆高压的影响（可用ΔH24表示G移动和强度）
    • 初夏和秋季
    • 青藏高压 → 盛夏东移（北跳） → 副高西伸（北跳）
    • 华北暖高压 → 与副高合并 → 副高北伸（脊线呈南北向）
    • 冷高压东移 → 东侧冷平流 → 副高东退→ 其后变性合并，副高西伸
  • 3. 热带系统的影响
    • 东风扰动 生成发展 → 强东风区西传 → 副高加强西伸
    • 台风 台风移动 → 副高进退、变形、断裂 副高偏北 → 台风活动频繁
    • ITCZ ITCZ 加强北上 → 副高加强北上

第三章2 南亚高压

• 南亚高压
  • 定义
    • 南亚高压是夏季出现在青藏高原及邻近地区上空的对流层上部的行星尺度高压系统，又称青藏高压或亚洲季风高压，是北半球夏季对流层上部最强大、最稳定的大气活动中心。
    • 概念
      • 地区：青藏高原及其邻近地区
      • 季节：夏（季）半年
      • 层次：500hPa 以上（以下为热低压），100hPa 最强大
      • 水平范围：最强大时东西长 180 个经距，占整圈的 1/2，南北宽 30-40 纬距，为盛夏高空最强大的系统
      • 季节位移：100 hPa 脊线
  • 青藏高原对周边的气候影响
    • 动力：绕流作用
    • 热力：加热作用
      • 青藏高原在夏季是热源，空气受热上升，低层空气辐合形成低压环流（热低压，600hPa以下），高层辐散形成高压环流（暖高压，400hPa以上），150-100hPa达到最强。
  • 气候特征
    • 南压高压的建立与南压夏季风的建立密切相关，代表着整个亚洲夏季风爆发的开始
    • 1-3月：无南亚高压
    • 4月，中心位于南海-西太平洋地区，4月开始中层西太副高逐渐东撤北抬，南压高压则继续西移北抬；
    • 5月，南压高压移上中南半岛，脊线位于23N，标志着亚洲季风爆发
    • 6月，突变，加强、西进、北抬，主体位于伊朗高原至青藏高原上空，脊线位于28N，相对于副高第一次北跳
    • 7月，主体进一步加强，北抬至32N
    • 8月，稳定在高原上空33N
    • 9月，南压高压开始减弱南退，高压主体减弱尤为明显，南退至6月份所在位置，28N
    • 10月退至5月所在位置，11月，高压主体完全退至海上，无南亚高压，恢复冬季形势
    • 南压高压的季节变动与西太平洋副热带高压季节性移动基本一致，其北跳比500hPa西太副高早10天左右，位置偏北4-7个纬距； 南压高压的季节变动也可能与全球加热场的季节变化所决定的行星风带变化有关
• 南亚高压的东西振荡
  • 南亚高压与中低层副热带高压的关系
    • 南压高压偏东时，西太副高西伸； 南压高压偏西时，西太副高东撤
    • 南亚高压平衡态时
      • 南亚高压的低层为鞍型区，西太平洋副高（ 5860gpm 线）西伸至 105ºE
        • 平衡态时环流稳定，异常态时有明显的长波槽
    • 南亚高压东部型时
      • 受 70-80ºE 一带长波槽影响，南亚高压中心位于青藏高原东侧，低层西太副高西伸至高原上空，呈上下一致的高压分布，表现为动力型高压，不易维持
    • 南亚高压西部型时
      • 受 110-120ºE 一带长波槽影响，南亚高压中心位于青藏高原西侧，西太平洋副高东退，伊朗副高东伸至高原上空，同样表现为上下一致的高压分布形式，因而该动力型高压也不易维持
  • 夏季南亚高压的东西振荡与西太副高的关系
    • 相向而行
      • 南亚高压东部型建立过程中，西太副高也有一次西伸北上过程（高层增压导致）
    • 相背而行
      • 南亚高压西部型建立过程中，西太副高向东撤出我国大陆东部（高层减压导致），脊线常在25ºN以南
  • 影响南亚高压东西振荡的可能成因
    • 强迫振荡（大气环流-西风带长波的调整）
      • 地中海槽不稳定发展、西风带低槽在高原→南亚高压东部型→西部型
    • 热力作用
      • 热力作用是南亚高压形成的主要过程，低层空气辐合形成热低压，高层质量堆积形成高压
    • 中国东部热量累积>高原： 南亚高压中心东移
    • 高原热量积蓄>中国东部 ：南亚高压中心西移
    • 夏季南亚高压的东西振荡是大气环流调整和加热场的变化的结果
  • 准双周东西振荡
    • 夏季南亚高压中心纬度带两个加热中心：青藏高原、长江中下游
• 研究的新进展
  • 第一级：表面直接加热
    • 青藏高原夏季表面感热加热平均只有约30 W m-2,表面感热加热只发生在近地层 2 公里左右
  • 第二级：对流潜热加热
    • 夏季青藏高原的热力抽吸犹如巨大的气泵（SHAP），与海陆热力差异一起控制着亚洲夏季风；
    • 激发的第二级对流潜热加热释放的能量更大, 而且发生在整个对流层，从而影响着整个对流层的环流变化；
  • 温度与加热场的配置（观测事实）
    • 沿着副热带，温度分布超前于加热分布1/4 位相：暖（冷）温度中心的上游是冷源（热源），其下游是热源（冷源）