基本介紹
- 中文名：澳大利亞冷高壓
- 外文名：Australian cold high pressure
- 描述：發生在澳大利亞的冷高壓天氣
- 套用：天氣預報
- 學科：氣象學
概念,澳大利亞冷高壓對赤道輻合帶形成的影響,過渡季節南海及西太平洋地區赤道輻合帶概況,圖例分析,研究結論,熱帶海氣系統和澳大利亞冷高壓的關聯,資料來源及高壓強度指標的確定,海平面氣壓濤動與冷高壓強弱的關係,對流層低層環流與高壓強弱的關係,研究結論,
概念
按照靜力學關係，冷高壓的強度隨高度減弱，到高空則轉為冷低壓。所以，它是一種比較淺薄的天氣系統，平均厚度不超過3km。冷高壓常在高空槽的後下方，由於槽後的質量輻合，可使其下面的高壓得以維持和加強，並受高空氣流的引導而移動。在槽後西北氣流的引導下，使整個高壓系統南下，或分裂成幾個高壓而南下，其中強的高壓南下可形成一次寒潮過程。
澳大利亞冷高壓對赤道輻合帶形成的影響
西太平洋及南海是北半球赤道輻合帶比較活躍的地區之一，而輻合帶是產生熱帶風暴的環流背景場。從時間上看，熱帶風暴主要發生在7—10月，這是因為在這段時間裡，輻合帶主要穩定在10°N以北這個有利於生成熱帶風暴的位置。關於這段時間輻合帶的研究，已有不少人做過工作，而對於過渡季節(6—7月，下同)輻合帶的研究尚較少。雖然在此期間輻合帶出現的次數較少，其平均位置也較南，不利熱帶風暴的生成，但其年際變化十分顯著，有些年份會異常北移，影響西太平洋及南海地區，並產生熱帶風暴。由於其生成具有突然性.故往往給人們帶來一定的威脅，造成一定的損失。
澳大利亞冷高壓是影響赤道輻合帶北移的主要系統之一。由於受資料所限，以往的研究多偏重於個例分析或以單站資料分析為主，而研究則以多年的資料，用車貝雪夫多項式對1000及850hPa高度場進行展開，以期得到澳大利亞冷高壓對赤道輻合帶北移的環流場條件，並試探建立其概念模式。
過渡季節南海及西太平洋地區赤道輻合帶概況
根據國家氣象局出版的歷史天氣圖進行統計，1975—1984年10年中，南海及西太平洋地區赤道輻合帶出現情況如下：5月出現次數極少，只有1976年出現過3d及1980年出現過9d，且位置也較偏南(8°N以南)，其餘8年均未出現，6月份出現次數增多，10年中有5年有赤道輻合帶出現，但大多在中、下旬，有相當年份在7月上旬才開始出現。鑒於此，並考慮到對澳大利亞冷高壓用車貝雪夫多項式展開時需用歐洲中期天氣預報中心(ECMWF，下面簡稱歐洲中心)出版的格點資料，只有1980—1983年4年，為增加個例次數，使分析的結果具有一定的代表性，我們將過渡季節的時間定為6—7月。根據1980—1983年共4年6—7月的統計，赤道輻合帶出現的主要過程(維持4d以上)共有9次，月平均1次左右，最長的維持21d，平均約9d。
圖例分析
從圖1可以看出，冷高壓與赤道輻合帶之間存在著一定的對應關係。在赤道輻合帶形成之前，一般存在3個階段。第一階段，約在赤道輻合帶形成前的半個月左右開始，維持約5—7d，在此期間，A10的值小於-100；第二階段，約在輻合帶形成前的7—9d開始，約維持5—7d，此時，A10的值在正負之間擺動；第三階段，約在輻合帶形成前的1—4d這段時間裡，此時A10的值大於10。由於這個指標變化明顯，這就給預報赤道輻合帶的生成提供了一個很好的依據。
圖1 幾次主要赤道輻合帶過程A10曲線的變化圖
關於A10的圖形根據其定義可知，它表示場區內東西向的梯度，對高度場來說，當A10<0時，表示西高東低；A10>0時，表示西低東高。上述A10的變化從<100~>100，則反映了澳大利亞冷高壓的演變過程是由西逐漸向東移動。
這種對應關係並非每次赤道輻合帶生成的前期都存在，在計算的這7個月中，輻合帶持續4d以上的主要過程共有8次，而符合上述規律的有4次，占50%，其餘4次則規律不明顯。這說明過渡季節赤道輻合帶的形成，其中有一種形式與澳大利亞高度場有重要關係。但仍有相當一部分與它關係不大，而與其它系統有關。為了解與澳大利亞高度場有關的赤道輻合帶形成的演變過程，我們將這4次過程的3個階段分別進行合成計算，作出由澳大利亞高壓影響而形成赤道輻合帶的一種姆念模式。由於這是採用4次實時資料計算，所以得到的概念模式具有一定的客觀性和代表性。由上述擬合結果得知，當K0=3，S0=2時，其擬合結果已較好，故計算也是採用K0=3，S0=2進行擬合，然後再進行合成。圖2是1000hPa，圖3是850hPa3個階段環流的合成結果，從圖中看出：第一階段(圖2a及圖3a)，即輻合帶形成前的半個月左右，在澳大利亞西部洋面上為一高壓，中心在3005，105OE附近，其脊向東伸展控制整個澳大利亞。此階段亦可稱為冷高壓醞釀階段。第二階段(圖2b及圖3b)，約輻合帶形成前的4—9d，此時850hPa在東南印度洋上有一低槽發展，由於此槽的加強並東移，使得一直停滯在澳大利亞西部洋面上的冷高壓開始東移，中心逐漸移到30°S，145°E附近。此階段持續5—7d，可稱為冷高壓爆發階段。第三階段(圖2c及圖3c)，即輻合帶形成前的1—4d。此時850hPa低槽繼續東移，槽線已移到115°E，槽的底部達到30°S。1000hPa的冷高壓中心已東移到澳大利亞東部海面上，冷高壓勢力向北擴展，10°—20°S地區普遍有升壓表現。此時，北半球西大平洋地區赤道輻合帶開始形成。此階段可稱冷高壓減弱變性階段。
圖2
圖3
綜上所述，可知由澳大利亞冷高壓影響的赤道輻合帶形成前的概念模式是：首先在澳大利亞西部及洋面上有一冷高壓形成並不斷加強，當冷高壓的西南方上空有低槽發展東移時，冷高壓在源地開始東移，其路徑是向東移動後再向北擴展，此時西太平洋地區赤道輻合帶開始形成。
研究結論
研究套用車貝雪夫多項式對過渡季節澳大利亞地區的高度場進行展開，得到如下幾點結論：
（1）西太平洋赤進輻合帶的形成約有50%與澳大利亞冷高壓的活動相關連。
（2）用車貝雪夫多項式展開澳大利亞地區高度場時，收斂速度較快。
（3）赤道輻合帶形成前的A10場變化規律較明顯，其值可分為<100→士50→>100等3個階段。
（4）根據上述3個階段，將幾個過程進行合成。得到與3個階段相對應的環流形勢，其演變過程為：冷高壓醞釀→冷高壓東移→冷高壓向北擴展變性→西太平洋赤道輻合帶形成。關鍵在於850hPa低槽的發展東移。
熱帶海氣系統和澳大利亞冷高壓的關聯
近年來，南北半球間的相互作用和熱帶大氣的中期振盪問題已經引起了國內外學者的廣泛興趣。不少人從中短期過程著手對此進行過分析，設計一種氣壓指標來表征西太平洋熱帶環流的中期振盪過程；對南半球氣流在熱帶大氣中期變化過程中的重要作用作過論述。但是這些工作都是圍繞中短期過程進行的，因此，所得的結論也多半是針對中短期而言的。而從長期的氣候規律來看，澳大利亞冷高壓的活動是與夏季熱帶大氣環流的變化有著密切聯繫的，但此種相互關係跟中期過程有何不同呢?研究就是從月平均環流的角度出發來進一步探討這些問題。
資料來源及高壓強度指標的確定
（1）資料來源
研究所用資料主要來自世界氣象組織出版的1958—1980年氣候月報，並以7—9月代表盛夏。計算範圍是30°N—30°S，20°E—140°W。另外，為考慮大氣和海洋的藕合作用，我們還對整個北太平洋SST進行分析。
圖4 冷高壓強弱振盪與南方濤動的關係
（2）高壓強度指標
在澳大利亞累年8月平均海平面氣壓場上，高壓脊線的平均位置在24°S至28°S之間。因此，我們選取自西向東橫貫澳大利亞至紐西蘭的7個測站(94300、94430、94461、94476、94510、94578和93308)作為氣壓指標站，並以其7—9月的平均氣壓代表冷高壓的平均強度，以此作出平均氣壓年際變化曲線(圖4)。從中可以看出，高壓的強度存在著準3—4年的周期變化。與7—9月平均南方濤動指數的演變廓線加以比較，可見兩者的波動位相基本相同。根據這種相應關係，我們選取57、65、69、72、77、82六年代表冷高壓偏強年，60、64、71、74、78、81六年代表冷高壓偏弱年，並以此為基礎進行分析。
海平面氣壓濤動與冷高壓強弱的關係
（1）澳大利亞陸地氣壓的變化
在作出冷高壓強年和弱年的澳大利亞平均海平面氣壓場後，我們發現，在強弱年間氣壓場的分布有明顯的差別。在強冷高壓年，澳大利亞和紐西蘭的海平面氣壓都有所升高，高壓主體的強度和擴展範圍也顯著增大。從強、弱年的氣壓差分布圖(圖5)可看到，在強高壓年，紐西蘭南部有一個5hPa的正變壓中心，一條東南一西北向的正變壓帶從紐西蘭東海岸向西北延伸，一直深入到澳大利亞內陸。表明在冷高壓偏強年，除整個海平面氣壓上升外，還出現了一條與緯圈不平行的最大變壓軸線。這個正變壓舌的出現，使原先在偏弱年向東北翹的高壓脊轉向南落，變為西北一東南向。氣壓場的這一調整是與一系列相應的環流變化相聯繫的，並對北半球熱帶天氣系統產生深刻影響。
圖5
（2）北半球海平面氣壓的相應濤動
在圖5中，可見北半球有兩個明顯的變壓中心，一個在太平洋中途島附近，峰值是正2hPa，這個正變壓區擴展的範圍很廣，幾乎占據整個北太平洋。另一個變壓中心在印度半島，峰值為負1.5hPa。應該注意的是，這個負變壓區是從青藏高原南麓起向東一直擴展到菲律賓群島東海岸的，說明整個南亞和東南亞地區同時出現降壓。於是沿著太平洋高壓邊緣產生了一條變壓零線。粗略地講，此線以東為正變壓區，以西為負變壓區，變壓梯度自東向西。這表明:在南半球冷高壓從強到弱的變化過程中，北半球熱帶地區的海平面氣壓也會出現相應的緯向調整，即北太平洋西部和中部氣壓升高，而印度半島和東南亞陸地氣壓降低，東一西氣壓梯度加大。由於上述兩個變壓中心正好分別處在西太平洋副高和印度季風槽所在的平均位置上，等變壓線又與這兩個天氣系統構成的等高線十分相象，所以這從一個側面反映出，冷高壓弱年的太平洋副高比強年偏強，印度低壓也比強年加深；相反，在強冷高壓年則副高偏弱，印度季風槽有所填塞。這一結論，將在下面的討論中得到進一步證實。
對流層低層環流與高壓強弱的關係
圖6和圖7分別是冷高壓偏強年和偏弱年850hPa夏季7—9月的平均環流圖，現分南半球、赤道地區和北半球三部分進行討論。
圖6 冷高壓偏強年7一9月平均的850hPa流場
（1）南半球環流
把圖6和圖7加以比較，即可發現南半球環流有三個主要差別。首先是高壓環流強弱的差別：在強年，850hPa上的冷高壓環流較大，主體中心只有一個，位於埃爾湖附近；而在弱年，高壓分裂成兩環，一環在澳大利亞中部偏西處，另一環在東部沿海地區。結合850hPa月平均高度場可知，前者出現的頻數大，是環流的主體中心，後者是它分裂出來的一個單體。在高壓偏強的年份，環流結構緊密，平均脊線在25°S以南；在高壓偏弱的年份，高壓環流變得鬆散，中心高度比強年低近20個位勢米，脊線也有所北移，強弱對比十分鮮明。其次是熱帶東南信風強弱的不同：在高壓偏強的年份，澳大利亞北部的東南信風加大，相反，在高壓衰落的年份，信風減弱(如用94120、94299、96995、96839和94027等5個測站的平均風代表東南信風，則可在強高壓年風速平均加大1.2m/s)。我們認為，造成這一現象的原因，除了冷高壓的強弱變化外，還與上述脊線傾向的變動有密切關係。
圖7冷高壓偏弱年7一9月平均的850hPa流場
流場的第三個主要差別是南半球中緯度西風帶上槽脊位置及其振幅的變化。
從圖6和圖7可以看出，在強高壓年，南半球中緯度西風帶上出現兩槽一脊，兩個槽分別在110°E和180°E附近，脊線位於150°E，這時，槽脊波動的振幅都比較小，緯向環流盛行。而在弱高壓年，西風帶上儘管也是兩槽一脊，但槽脊位置、波動振幅以及槽線的傾斜和流線的散合情況都與強年有所差別。由於這時110°E附近的槽位置變動不大，而其東面的槽脊卻西退約12個經距，結果環流經向度明顯加大。另外，因為160—170°E處的西風大槽向西南傾斜而且是非對稱疏散的，所以渦度平流的作用始終使它得到維持和發展。當然，冷高壓環流的減弱及東段脊線的北抬對低槽的加深也有重要作用，它們之間是相互依存的：一方面，西風槽的強烈發展有利於高壓的減弱並促使其脊線北抬；另一方面，高壓環流的減弱和軸線的北翹又有助於西風槽的加深。
總之，在平均氣壓指數從高值向低值過渡的過程中，南半球中低緯大氣環流發生了三大變化：紐西蘭沿岸的西風槽西退加深，澳洲大陸冷高壓減弱北抬，南半球熱帶東南信風減弱。
（2）赤道環流
容易發現，在平均氣壓指數低值期，北半球100—170°E之間的赤道西風是明顯減弱的。個別測站甚至出現完全相反的緯向風，如在7°N上6個測站(48615、91408、91413、98471、91334、91348)平均風的u分量在高指數期為3.8m/s，但到p指數最低值時，卻變為負0.3m/s，前後差值竟達4.1m/s之多，且位相完全相反。由於赤道西風的西撤，東西風匯合線也相應地從165°E西退到140°E附近。另外，在低指數階段，赤道緩衝帶的曲率比高指數時小，位置有所北移，同時越赤道氣流的偏南風分量加大，如91408、91413兩站從強年時的偏西風轉為偏南風，印尼附近的跨赤道氣流也明顯增強。這表明在澳大利亞冷高壓偏弱年的盛夏季節，南半球通過赤道而向北半球輸送的動量和水汽潛熱平均要較高壓偏強年多，南北半球低緯環流的經向度加大，南北半球相互作用的紐帶—跨赤道氣流增強。
由以上分析我們發現：在長期的天氣氣候過程中，澳大利亞冷高壓強度變化對越赤道氣流與赤道西風的影響要比中短期的冷空氣爆發過程複雜得多，而且性質也很不一樣。在長期過程中，與赤道東太平洋冷水帶相聯繫的東西向沃克環流影響和制約著赤道西風的進退。在此過程中，南北半球熱帶地區風壓場變化都對越赤道氣流產生了影響，而能量梯度的作用反而不明顯。相反，在中短期的冷空氣爆發過程中，赤道西風的爆發和跨赤道氣流的劇增往往是由巨大的能量梯度造成的，擾動動能主要源於南半球風壓場的變化。
（3）北半球環流
北印度洋和北太平洋夏季的三個主要大氣活動中心(太平洋副高、熱帶輻合帶和印度季風槽)的強弱與p指數的高低也有密切關係，主要表現為：
①在低指數年，副高有所增強，脊線北抬到32°N並西伸進入華東地區。其南側的副熱帶東風明顯比高指數年強盛(太平洋上n個測站的東風平均增大2.3米/秒)。海平面氣壓場出現大面積升壓，且其正變壓中心位於中途島，即副高主體所在的平均位置上。與此相應，副高西北邊緣處的月平均降水量和雨日數也較高指數年明顯減少。說明澳大利亞冷高壓和北太平洋副高在強度上呈反相關，這與其它學者在研究ENSO現象時所得到的結論是一致的。
②在高指數年，因赤道西風擴展到160°E，所以輻合帶也相應向東南延伸。這時，輻合帶主要活躍於西北太平洋上，其匯合氣流有兩支，一支是熱帶偏東信風，另一支是赤道西風。在140°E以東，這兩支風系較為微弱，它們主要以東西風切變的形式來維持輻合帶，相互間的輻合併不明顯。在低指數年，輻合帶西撤到東南亞，平均位置北抬到18°N。在15—20°N，125—140°E的範圍內出現三支氣流的強匯合區，一支是副高南側的強偏東信風，另一支是來自南海的西南風(由來自中南半島的西南季風與100°E附近的越赤道氣流匯合而成)，第三支是南半球東南信風在130—140°E之間越赤道後直接北上的偏南氣流。這個輻合區是一個平均的能匯，它集中了三支氣流所提供的大量水汽、熱量和角動量，由於它恰好處在熱帶風暴發生頻數最高的菲律賓附近海面上，所以低指數年形成的低壓、熱帶風暴和颱風要比常年偏多。
③在高指數年，60—120°E的赤道西風帶上出現兩槽兩脊的波動。特別要注意的是在100—105°。上出現的弱高壓脊，因為它使中南半島和南海頻繁出現季風中斷的形勢。這時，從泥公河地區到南海中部都盛行西北氣流，抑制了西南季風和越赤道氣流向南海的推進，阻礙了水汽和能量的傳輸，導致輻合帶東移南落。相反，在低指數年，南亞季風氣流只有一槽一脊。這時，印度季風低壓加深，槽前出現寬廣的西南季風，它們與100°E附近的越赤道氣流在南海中部匯合，源源不斷地向輻合帶提供水汽和能量，促使它北抬加強，為熱帶擾動的發生髮界創造了一個良好的環流背景。
總之，盛夏南北半球熱帶環流的年際變化是和澳大利亞冷高壓強度的年際變化密切關聯的，但這種關聯在性質和機制上又遠非雷同於中短期過程的冷空氣爆發，因而與此相應的天氣變化也與中短期趕程不一致。
研究結論
綜合上述分析，可歸納出澳大利亞冷高壓強度年際變化的特點以及它和低緯海—氣系統準3—4年振盪之間的相互關係：
圖8 冷高壓從強到弱時熱帶環流所發生的變化及天氣系統間的聯繫
（1）澳大利亞冷高壓的強度存在著與南方濤動密切相關的準3—4年低頻振盪。在多數情況下，冷高壓偏弱年與SOI指數高值期對應，而EI Nino加現象則多在高壓偏強年出現。
（2）澳大利亞冷高壓的強弱變動是整個南北半球大氣和海流系統變化中的一部份，所以在冷高壓強度變化的過程中，會伴隨著大氣環流和天氣現象的一系列相應變化，其相互聯繫可用一個框圖加以概括(圖8)。
（3）澳大利亞冷高壓的年振盪與中短期的南半球冷空氣爆發過程並不相同，後者雖然也伴隨著熱帶環流的變化，但只是較為短暫的天氣過程，其性質是一個能量爆發和傳遞過程，而前者是和整個海一氣系統長期變化相聯繫的氣候現象，它出現的同時，整個海一氣環流都要發生深刻變化並波及大範圍的天氣氣候。然而，要真正回答引起這一藕合振盪的成因，尚需深入研究。
