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user: 3. 南亚高压的结构与位置变化特征 3.1. 南亚高压的定义及分布 夏季青藏高原及其邻近地区上空存在的庞大高压系统称为南亚高压，也可称为大陆副高、青藏高压和亚洲季风高压。位于对流层上层(100 hPa)，是最强的暖性高压 [ 13 ] 。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。当南亚高压强度发展到16，750 hPa时，本文定义南亚高压生成，为研究南亚高压特征向量的变化情况，本文定义南亚高压各特征指数为：面积指数：100 hPa高度场上(0˚N~80˚N， 0˚E~180˚E)区域内位势高度值大于等于16，750位势米的格点数；主中心强度：100 hPa高度场上(0˚N~80˚N， 0˚E~180˚E)区域内位势高度最大值；主中心位置：100 hPa高度场上(0˚N~80˚N， 0˚E~180˚E)区域内位势高度最大值的经纬度；东脊点：100 hPa高度场上(0˚N~80˚N， 0˚E~180˚E)区域内1675位势米等值线最东端点所在位置的经度；脊线位置：100 hPa高度场上(0˚N~80˚N， 40˚E~180˚E)范围内在16，750位势米等值线范围内位势高度最大值的平均纬度值。图1是1979~2017年南亚高压夏季从出现到消散的39年平均分布图。从图中看出南亚高压活动位置在30˚E~120˚E，20˚N~40˚N范围，西起非洲西海岸，东至西太平洋，约占所在纬度带的1/2面积，覆盖了我国大部分地区，南亚高压活动于对流层上空，南亚高压存在时，高空有较强的辐合辐散，因此南亚高压的时空演变特征对我国上空的环流形势有很大影响。 图1. 南亚高压夏季平均分布图 3.2. 南亚高压的季节变化 图2是南亚高压的建立过程图，显示了南亚高压从生成到发展到建立到消散的过程。图中红色箭头是南亚高压建立的起点，每个实心圆表示1979~2017年39年每个月的平均位置分布，黑色实心圆是南亚高压退回太平洋的平均位置。图中南亚高压有明显的季节活动特征。南亚高压南起于澳大利亚上空，123月份在澳大利亚上空盘踞，5月份高压中心位于中南半岛北部，6~9月主要活动于青藏高原和伊朗高原上空。10月以后，高压向东南退缩至太平洋上空，远离亚洲大陆，高压强度逐渐减弱直到小于16，750 hPa，不再被定义为南亚高压。 图2. 南亚高压建立过程 图3是南亚高压1979~2017年39年各特征指数便准化后12个月的月平均变化趋势图，图中各项指数包括面积指数、强度指数、东脊点的纬度、东脊点的经度和主中心的纬度、主中心的经度。由3可得，南亚高压各项指数月变化都很明显，面积指数、强度指数、东脊点的纬度和主中心的纬度呈倒N字型变化趋势，1~2月份减弱，2月份开始增强，7月份到达最大后开始减弱，12月降低到最小。主中心和东脊点的经度则呈V字型变化，是一个先减后增的趋势。图中主中心经度1月标准化后值是1.37，7月降至最低为−1.11，然后12月回升至最大1.56，东脊点的经度1月为0.9，7月降至最低−1.6，8月开始回升，12月升高到最大0.75，从结果来看主中心和东脊点的经度在7、8月分低于标准值−1，12月和1月高于标准1。与经度的变化相反，主中心的维度和东脊点的纬度都是从1、2月上升，7、8月达最大后下降，主中心纬度在1月份标准值是−0.03，2月份是−2，7月标准值是0.9，12月是0.19，东脊点的纬度在1月是−1.09，7、8月在1.07，12月是−0.14，从结果来看主中心和东脊点的纬度在7、8月分高于标准值1，12月和1月低于标准-1.经纬度的变化趋势与图2南亚高压的建立过程相对应，说明了高压的发展是向西北延伸又退回东南方向的过程。面积指数和强度也是呈倒V变化趋势，面积标准化指数在1月是−1.0，在7月是1.9，在12月是−0.67。强度指数在1月是−0.75，8月是1.1，12月是−1.0。强度变化滞后于面积变化且强度变化较面积变化更加平缓。 图3. 南亚高压特征向量的月变化趋势图 图4是1979~2017年春夏秋冬季位势高度场平均变化图。图4(a)是春季全球平均位势高度场，图4(b)是夏季全球平均位势高度场，图4(c)是秋季全球平均位势高度场，图4(d)是冬季季全球平均位势高度场。图中粉色代表高值，蓝色代表位势高度低值，从蓝到粉，位势高度从低到高。从图中可以看出南亚高压存在明显的季节变化，一年四季中夏、秋两季位势高度场值大，并且北半球存在明显的高压环流，春、东两季较小。在春季，位势高度场高值区在赤道，没有明显的高压系统，北半球的位势高度场强于南半球；在夏季，北半球存在明显的闭合高压环流，图中用黄色实线圈出，位于北纬30˚N，并且在夏季北半球呈红色南半球呈蓝色，北半球位势高度场明显大于南半球。在秋季，位势高度最强的区域在赤道附近，存在较弱的高压闭合环流，北半球呈浅蓝，南半球呈深蓝，北半球位势高度场强于南半球；在冬季，位势高度场南半球呈浅蓝，北半球呈深蓝，南半球位势高度大于北半球。 图4. 全球位势场四季变化图((a) 春季；(b) 夏季；(c) 秋季；(d) 冬季) 综合(a)、(b)、(c)、(d)得出全球位势高度场四季变化中，夏秋两季较强，存在闭合高压环流系统，春季和冬季较弱，没有闭合环流，其中夏季又最强，冬季最弱，冬季北半球位势高度弱于南半球。 结合图2~4可看出南亚高压各个特征指数存在明显的阶段性演变，在夏季生成秋季消散。南亚高压各个特征指数变化为：面积指数、强度指数夏季发展最强冬季最弱；东脊点的纬度和主中心的纬度呈倒N字型变化趋势，夏季最大北伸至北纬30˚以北，冬季月在赤道附近；主中心和东脊点的经度则呈V字型变化，夏季西伸到60˚E，12月退回150˚E。由此可得出结论南亚高压夏季最强，冬季最弱。 由3.2得，南亚高压具有明显的季节变化，各项指数包括面积指数、强度指数、东脊点的纬度和主中心的纬度都从4月份开始增大，7月份到达最大后开始减弱，12月降低到最小。 3.3. 南亚高压的建立与消散 在100 hPa高度场当高压强度发展到16，750 hPa时，我们认为南亚高压成立并存在 [ 1 ] ，由3.2已知南亚高压四季变化中夏季最强冬季最弱，那高压在每年几月份生成呢？什么时候发展到青藏高原的呢？我们对此做了部分研究，本文中规定南亚高压向着高原移动过程中，北界位置达到35˚N以北，同时西伸脊点达到35˚E以西，且持续至少5 d，则每年第一次达到该条件首日为南亚高压初上高原的时间；南亚高压背着高原移动时，北界位置达到30˚N以南，同时西伸脊点达到120˚E以东，且持续至少5 d，则每年第一次达到该条件的第1 d为南亚高压撤离高原的时间 [ 14 ] 。按照定义我们统计了南亚高压上下高原的时间，对南亚高压的建立和撤离日期做了标准化处理，得到南亚高压建立和撤离的正常日期范围，结果如表1所示。 Table 1 Time table for the evacuation of the South Asian High from the upper Platea 年份 建立 撤离 年份 建立 撤离 1979 17/6 21/10 1999 16/6 15/10 1980 7/6 16/10 2000 5/6 18/10 1981 18/6 9/10 2001 3/6 13/10 1982 11/6 4/10 2002 15/6 3/10 1983 19/6 20/10 2003 14/6 17/10 1984 5/6 5/10 2004 12/6 11/10 1985 6/6 14/10 2005 18/6 19/10 1986 14/6 11/10 2006 1/6 15/10 1987 6/6 9/10 2007 14/6 18/10 1988 13/6 29/10 2008 9/6 12/10 1989 13/6 23/9 2009 30/6 18/10 1990 5/6 24/10 2010 2/6 26/9 1991 5/6 18/10 2011 12/6 9/10 1992 19/6 20/9 2012 8/6 9/10 1993 16/6 14/10 2013 9/6 20/10 1994 8/6 3/10 2014 10/6 21/10 1995 11/6 16/10 2015 9/6 12/10 1996 12/6 14/10 2016 5/6 28/10 1997 23/6 1/10 2017 12/6 30/10 1998 8/6 30/10 表1. 南亚高压初上高原撤离高原时间表 表1给出了1979年至2017年南亚高压在高腰建立和从高原退出的时间表，表中第一列是年份，第二列是在高原建立的时间，第三列是从高原撤离的时间，之后和前三列一样。从表1看出高压一般6月中旬发展到青藏高原，10月中旬从高原撤离。对表1的时间标准化后得到图5，从图5可以更加直观的看到南亚高压移上移出高原时间的年际变化，在图5(a)中0代表6.11日，1代表6.17日，−1代表6.5日，在图5(b)中0代表10.16日，1代表10.24日，−1代表10.9日。所以6.5日到6.17日即6月第三候是南亚高压在高原建立的正常时间，10.9~10.24即10月第三、五候是南亚高压撤离高原的正常时间。从图5不难看出2009年南亚高压移上高原最晚，在6.30日移上高原，而在2006年移上高原最早，在6.1日在高原建立。 经过对比我们发现南亚高压在高原建立偏早年份有：2001、2006、2010；南亚高压在高原建立偏晚年份有：1981、1983、1992、1997、2005、2009。而1997年南亚高压最早撤离高原，在10.1日，在1998年和2017年撤离高原最晚。对此进行统计得到南亚高压撤离偏早年有：1982、1984、1994、1997、2002；南亚高压撤离偏晚年份：1988、1989、1990、1998、2010、2016、2017。 图5. 南亚高压在高原建立撤离时间年际变化 以上与3.2得出的结论吻合，即南亚高压夏季最强，在6月第三候发展最强时延伸到青藏高原上空并且在高原持续活动，10月第3、4、5候，南亚高压开始减弱，逐渐从高原撤离。 3.4. 特征向量的年际变化 分析南亚高压季节变化时，我们发现南亚高压的强度和位置都存在明显的阶段性变化。那么从年际时间上看南亚高压的变化趋势是怎么样的呢？从1979~2017年南亚高压有什么样的变化呢？为解决这一问题我们对南亚高压进行了年际分析得到南亚高压各个特征指数的年际变化图。 图6. 主中心和东脊点分布图((a) 主中心经度；(b) 主中心纬度；(c) 东脊点经度；(d) 东脊点纬度) 图6是1979~2017年南亚高压主中心经纬度和东脊点经纬度的年际分布图。从图中看出南亚高压主中心和东脊点的经度呈东西震荡分布，主中心位置在1980年、1983年、1984年、2007年和2013年出现偏西极大，2009出现片冬季极大，其余年份东西震荡较平均，近年来有偏东的趋势；东脊点的分布在在1984到达西最大87.5˚N，其余年份以106˚N为轴左右震荡，近几年有逐渐东移靠近115˚N的趋势，主中心和东脊点纬度出极个别年份外在30˚N来回变化，南北震荡趋于稳定。 图7. 面积和强度的年际分布 图7是南亚高压面积和强度的年际分布，从图中看，面积的年际变化趋势和强度变化趋势走向一致，具有很好的一致性，强度在1993达到历史最低值，两者在同一年1998年达到历史最高峰，2000年以后两者都有缓慢增强的趋势。 表2是南亚高压各特征向量之间的相关系数表，其中加红代表通过99%的显著性检验，从表中得到，强度和面积的相关性达到0.717，通过99%的显著性检验，与图3结论一致。表2中相关性最大的两个特征向量是东脊点的位置和南压高压的面积指数，相关性达到了0.87。 Table 2 Table of correlation coefficients between eigenvectors of South Asian hig 面积 强度 东脊点 主中心 面积 1 强度 0.7170 1 东脊点 0.8713 0.6671 1 主中心 0.1412 0.0862 0.2759 1 表2. 南亚高压特征向量之间的相关系数表 注：R 0.01 = 0.40764， R 0.1 = 0.26727。 由3.4得出南亚高压各个指数之间相互影响，特别是面积和东脊点有非常好的相关性，近年来南亚高压呈现出增大的趋势，具体表现在面积和强度近年一直增大，东脊点的向北和向东移动。