2.3.2 副热带高压

2.3.2 副热带高压

副热带高压是指位于副热带地区的暖性高压系统,简称副高。它分布于南、北纬30°左右,是经常存在但位置不固定的温暖气团。

副热带高压主要位于大洋上,常年存在。由于环副热带山脉的存在、海—气相互作用、海陆热力差异和陆面过程等的影响改变了大气的能量收支,造成了副热带高压带断裂为若干个区域的高压中心。按不同的地理位置,分别称为北太平洋高压、北大西洋高压、南太平洋高压、南大西洋高压和南印度洋高压。由于这些高压环绕整个副热带地区,故统称为副热带高压带。有时,副热带高压还可分裂为更小的高压单体,有的小单体也可以位于大陆上。冬季位于南海地区的单体,称为南海高压。夏季沿北半球副热带,在1 000hPa上有太平洋副热带高压和大西洋副热带高压;在500hPa上存在北美副热带高压、北非副热带高压、伊朗副热带高压和西太副热带高压;在200hPa和100hPa以南亚高压为主要特征。

北太平洋副热带高压多呈东西扁长形状,夏季有时是一个中心,位置在夏威夷群岛附近,故又称为夏威夷高压,有时分裂为东、西两个大单体,分别称为西北太平洋副热带高压和东北太平洋副热带高压。影响我国天气的是北太平洋副热带高压西部的高压脊或者高压单体,统称为西北太平洋副热带高压,除在盛夏时偶呈南北狭长形状外,一般呈东西向的椭圆形。

副热带高压带和高压单体的强度、位置和范围有明显的季节变化。以太平洋副热带高压为例,夏季副热带高压特别强大,从地面到200hPa等压面(相当于海拔12km)高空都表现得很清楚,南北方向上往往超过1 000km,约跨10个纬度,在东西方向上可达3 000~4 000km以上,几乎占北半球面积的1/5到1/4,冬季强度减弱,范围也小得多(吴国雄等,2002)。7月,西北太平洋副热带高压中心强度达1 027hPa,比冬季位置偏北偏西,势力也强,其活动位置有多年变化:有的年份偏向平均位置的东南,有的年份偏向平均位置的西北。无论在南半球还是北半球,从1月至7月,高压主体均向北、向西移动,强度增强;从7月至1月则向南、向东移动,强度也随着减弱。在季节性变化过程中,还具有明显的稳定少变、缓慢移动和跳跃式变化的不同阶段。副热带高压中心位置的变动必然会引起东亚甚至全球性气候变化。

副热带高压带的主要成因是动力的作用,其高压脊线处于哈得来环流和费雷尔环流的下沉气流区。但是影响副热带高压位置和强度的因素有很多。一般认为太阳辐射季节变化导致的经向加热差异的变化是控制副热带高压季节性南北进退的基本因子。东亚副热带季风与纬向海陆热力差异有密切的关系,而副热带高压的进退又与副热带夏季风的进退大致相同,因此纬向加热差异也可能是影响西太平洋副热带高压进退的重要因子。海温对副热带高压的影响实际上也反映在经向和纬向加热差异的影响上。符淙斌等(1988)研究发现,西太平洋赤道暖池(暖池指的是热带西太平洋及印度洋东部多年平均海表温度在28℃以上的暖海区)上空对流活动的变化可能是夏季西太平洋副热带高压强度和位置变化的直接原因。在厄尔尼诺—南方涛动年,整个半球的哈得来环流加强,最明显的是在西太平洋,这有利于西太平洋副热带高压的加强西伸。印度洋海温异常对副热带高压也有影响,冬春及梅雨期北印度洋和南海海区海温偏暖有利于梅雨期西太副热带高压偏强并西伸。极地海冰通过影响海温或陆地降雪,进而影响副热带高压的活动。当冬季喀拉海和巴伦支海海冰偏多时有利于西太副热带高压北上,且范围偏大,强度偏强;冬季海冰少时则相反(吴国雄等,2002)。北极气旋的变化也会影响中、低纬度环流。当北极气旋异常偏大偏强,副热带高压的面积和强度易偏小,北界位置易偏南,其中副热带高压强度的变化最大。当亚洲和欧洲极地气旋异常南扩,北非、大西洋、北美副热带高压显著收缩减弱,西太平洋和南海副热带高压明显北抬时,华北降水易增加(张恒德等,2008b)。

围绕着地球副热带地区气流强烈下沉的地方基本上都是干旱半干旱带。比如中东地区非常干旱,从伊朗到伊拉克,再到以色列,都是干旱少雨的地方。墨西哥沙漠也是副热带高压造成的。就副热带高压的单体来说,东部和西部的大气垂直运动情况存在很大的差异。在高压的东部,下沉运动特别强,气流下沉造成很强的逆温。这种强逆温非常稳定,抑制了垂直对流的发展,使天气持续晴好,形成了副热带大陆西岸的干燥气候带。在高压的西部,下沉气流和逆温都比较弱,使低层辐合上升的暖湿空气,易于冲破逆温层而形成对流,故多雷阵雨天气。副热带高压的西南边缘多台风和东风波活动,西侧和西北边缘与西风带交互作用,北侧是中纬度西风带、副热带急流区、副热带锋区。当有低压槽、切变线气旋、锋面等系统活动时,容易产生大范围的降水形成雨带。

副热带高压对中、高纬度地区和低纬度地区之间的水汽、热量、能量的输送和平衡起着重要的作用。西太平洋高压的强弱、进退和移动,同中国东部的天气以及旱涝等的关系极其密切(图2.4):5月中旬~6月上旬,副热带高压脊线位置比较偏南(20°N以南),我国雨带维持在华南地区,进入华南前汛期;6月中旬~7月上旬,副热带高压北跳到长江流域,脊线维持在22°N~25°N,雨带随之北移,长江中下游地区进入雨季,即江淮梅雨期;7月中旬~8月下旬,副热带高压达到一年中最北的位置,脊线维持在30°N~35°N,雨带随之北移,华北北部、东北地区进入雨季,长江流域进入伏旱(受副热带高压中心区控制);9月以后,副热带高压向南撤退,雨区又向南移动,直到副热带高压移到冬季位置。

夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线处于不同位置时,中国夏季降水表现出不同的规律性特征。所谓西伸脊点,就是500hPa天气图上588等位势高度线最西端所在的经度。副热带高压脊线是指副热带高压等高线反气旋曲率最大处各点的连线或高压区内偏东和偏西风的分界线。当副热带高压脊线偏北时,我国夏季降水总体表现出南北两条雨带;副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;副热带高压脊线偏南时,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多。上述3种情况下,副热带高压西伸脊点越偏西,降水范围越大(赵俊虎等,2012)。1998年夏季长江流域的大洪水与副热带高压的异常有着十分密切的关系。当年6、7月份副热带高压位置偏南,并且其西部伸展到了中南半岛东部一带,我国南海一带的副热带高压异常强大,华南沿海位于它的西北部边缘。在这种形势下,中南半岛西部至孟加拉湾一带的西南季风云系沿副热带高压西北侧向偏东方向涌向华南至长江中下游地区,并与北方地区南下冷空气交馁,造成6月12~27日和7月21~31日两次大范围的持续性暴雨和大暴雨过程。另外由于副热带高压西部边缘抵达的位置相当偏西,造成孟加拉湾的西南季风偏北分量较大,加上强盛的印度季风云系向偏东方向伸展,以及途经高原的频繁短波槽云系东移,三者在高原东部不断地合并,使得在6月27日~7月22日期间,长江上游地区连连出现暴雨和大暴雨。8月份,虽然副热带高压已明显北扩至长江中下游至江淮地区,然而它的脊线仍呈纬向,并且西部边缘进一步西伸至西南地区的东南部,这更加有利于上述三支云系在副热带高压边缘合并发展,于8月1~27日造成长江上游多次持续性暴雨和大暴雨(江吉喜和范梅珠,1999)。

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图2.4 副热带高压与我国雨带位置移动示意图

(http://www.weather.com.cn/science/rdht/01/1244350.shtml)

副热带高压是影响台风运动的最主要因素,具体表现为副热带高压外围气流对台风移动路径的影响。当副热带高压强大且稳定时,产生于副热带高压南缘的台风往往会采取偏西路径运动;当台风移到副热带高压西南缘时,受副热带高压边缘东南气流影响向西北移动;当台风移到副热带高压脊线附近时会转向北移动并速度减慢,移过脊线后受西南气流影响转向东北移动,速度加快;而副热带高压减弱或断裂时,台风往往会提早转向,或者沿着断裂处北上。沿西北路径或转向路径的台风一般只掠过我国的边缘,而后朝日本方向移去,所以它只影响我国的广东、台湾、福建、浙江、上海、江苏等地,有时也会影响到山东沿海和辽东半岛,但很少影响到北方各省和内地各省区。只有当西北太平洋副热带高压的西缘侵占到我国江南地区,台风才会在东南沿海登陆而进入内地。

副热带高压异常往往是干旱和暴雨的罪魁祸首。比如2006年全球有很多极端天气气候事件发生,在欧洲、拉丁美洲、非洲等地干旱都非常严重,我国重庆、四川等地也遭受50年一遇的特大高温干旱天气。欧洲有80多人因为高温热浪而死亡,美国因遭受高温袭击有190多人死亡。副热带高压异常偏西、偏强也是造成我国干旱的主要原因。并且由于副热带高压稳定维持在我国内陆,造成台风接二连三地在我国东南沿海登陆。像4号强热带风暴“碧利斯”、8号台风“桑美”等,都给我国带来了巨大的经济损失和人员伤亡。超强台风“桑美”登陆时风力达到17级,强度为百年一遇。