西北太平洋副热带高压近60年气候变化趋势分析
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本文主要利用国家气候中心提供的逐月副高指数和 NCEP/NCAR 再分析资料，研究了 副高的气候态、年际和年代际以及空间形态的变化特征，以期为其他研究提供基础。
2. 资料与方法
2.1 资料 （1） 中国国家气候中心提供的逐月副热带高压指数集（面积指数、强度指数、脊线位置、 脊线北界和西伸脊点）。其中：a.面积指数：500hPa 高度场上，（110°~180°E，10°N 以北） 范围内被 588 位势仕米线包围的格点数代表西北太平洋副热带高压面积指数。b.强度指数： 500hPa 高度场上，（110°~180°E，10°N 以北）范围内被 588 位势仕米线包围的格点上平均高 度值编码（588 编码为 0,589 编码为 1,其余类推）之和为副热带高压强度指数。c.北界指数： 10°N 以北 110°-150°E 范围内， 588 位势仕米等值线最北端所在纬度的平均值定义为副热带 高压北界指数。d.脊线位置： 110°~150°E 范围内副热带高压体脊线（500hPa 纬向东风与西 风交界处，u≈0）与经线相交的纬度平均值定义为副热带高压脊线指数。e.西伸脊点指数： 500hPa 高度场上 588 位势仕米等值线的最西段代表西北太平洋副热带高压西伸脊点指数。 （2） NCEP/NCAR 位势高度场逐月再分析资料，分辨率 2.5°*2.5°。
5月
16.5
26.56667
15.85 20.93333 112.1833
6月
21.75
43.38333 20.46667 25.95 117.8833
25.25 30.76667 120.6167
8月
22.3
40.35
27.7 33.01667 120.2333
3．副热带高压指数和空间形态的气候变化特征
3.1 副高指数的气候变化特征
3.1.1 副高的气候特征
1951~2010 年 ， 副 高 在 500hPa 高 度 场 主 要 呈 现 椭 圆 状 ， 长 轴 约 为 70 个 经 距
（110°~180°E），短轴约为 10 个纬距（10°~20°N）。副高面积指数、强度指数、脊线位置、
图 1 1951~2010 年 500hPa 位势高度场月平均的气候特征分布图 根据 NCEP/NCAR 500hPa 高度场和风场再分析资料，计算了副高的面积指数、强度指 数、脊线位置、脊线北界和西伸脊点，计算标准按照国家气候中心的规定不变，不同的是所 选取的格点为正方形网格，而不是国家气候中心的菱形网格。国家气候中心的副高指数与再 分析资料计算的副高指数之间的相关性通过 99%信度检验，二者的变化趋势、转折点都是 一致的。但是通过对比国家气候中心给出的副高指数特征，NCEP/NCAR 再分析资料描述的 副高偏弱，尤其是西伸脊点明显偏东。国家气候中心给出的副高西伸脊点位置均位于 130°E 以西，而 NCEP/NCAR 再分析资料描述的副高西伸脊点基本位于 130°E 以东。因此，在对 副高西伸脊点作分析时，不建议使用 NCEP/NCAR 资料，或者对其重新定义。 3.1.2 副高指数的年际变化特征 图 2 给出了 1951~2010 年副高 5 项环流指数随时间的演变。可以看出，副高面积指数和 强度指数线性增长显著，增长率分别为 2.08 个格点数/10 年（R2=0.375）和 4.44 位势仕米/10 年（R2=0.309），脊线位置、脊线北界和西伸脊点围绕着平均值上下波动，分别略显增加、
图 2 副高 5 项环流指数随时间的演变，粗实线为 9 点高斯滤波趋势线，细直线为副高指数 年际变化序列的线性趋势线
3.1.3 副高指数的年代际变化特征
（a）
（b）
（c）
（d）
（e） 图 3 副高 5 项环流指数的 Morlet 小波能量谱,阴影部分通过 95%置信水平检验；点状区表示
边界作用明显的“头部区域” （其中 a 为面积指数、b 为强度指数、c 为脊线位置、d 为脊线北界、e 为西伸脊点）
1月
8.533333
14
13.21667 16.76667 129.35
2月
8.233333
13.21667 12.96667 16.23333 125.9667
3月
9.816667
16.13333 13.06667 17.35
119.75
4月
12.31667
19.98333
14.15 18.66667 111.2833
以上所有资料长度均为 1951 年 1 月~2010 年 12 月。 2.2 方法
为了研究副高指数的年代际变化，使用 9 点高斯滤波和 morlet 小波分析法。 检验气候突变时使用 Mann-Kendall 突变检验方法。Mann-Kendall 法是一种非参数统计 检验方法（符淙斌等，1992），其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的 干扰。
直接影响着东亚，特别是我国东部天气气候变化。副高的面积、强度、南北位置（北部边缘 或者脊线位置）和东西进退（西伸脊点）决定着东亚季风、梅雨过程尤其是长江流域降水的 分布以及华北、华南地区的旱涝和气温变化等（陶诗言等，1962；廖奎荪等，1992）。
国内外学者对副高的研究已经做了大量的工作。慕巧珍等（2001）利用重建的副高指数 序列对 1880～1999 年副高强度、西界、北界作功率谱及小波分析，发现副高强度、北界具 有明显的 40 年周期，西界具有明显的 16 年周期，即副高指数的变化以低频振荡为主。有研 究指出（何金海等，1997；陈烈庭和吴仁广，1998）：当副高明显偏西偏南时，有利于长江 流域雨带的形成；当副高明显偏东偏北时，长江中下游地区偏旱；当副高明显偏北偏西时， 有利于黄河河套雨带形成。研究副高指数的气候变化，对于了解东亚，特别是中国天气的气 候变化具有非常重要的意义。
9月
21.63333
41.85
25.35
30.25 113.3667
10 月
19.01667
33.91667 21.16667 25.7
107.3
11 月
14.83333
27.05
18.51667
23
115.35
12 月
12.4
21.31667 15.31667 19.05
117.85
为了进一步了解副高逐月的变化特征，图 1 给出了 1951~2010 年 500hPa 位势高度场月
平均的空间分布。可以看出，冬春季，阿留申低压占据中高纬太平洋地区，副高很弱。直到
6 月份，588 位势仕米出现闭合等值线，副高强度和面积不断增大，并出现 589 位势仕米闭
合线。同时，副高开始西伸北抬，于 7 月份到达最西段（130°E）、8 月份到达最北端（约 30°N）， 并与 7 月形成副高西部前缘季风槽。10 月副高开始南撤减弱，直到 12 月 588 位势仕米线闭 合中心消失，脊线位于 20°N 以南。
强度指数和面积指数、西伸脊点、脊线北界的相关系数分别为 0.96、-0.85、0.45，均通 过 0.01 信度水平的检验，与脊线位置的相关系数为-0.11。可见，副高越强，面积越大，位 置越偏西，脊线北界越偏北，而与脊线平均位置并无明显的联系。强度指数最大年和最小年 为 1995 年（68.5 位势仕米）和 1967 年（8.92 位势仕米），这与西伸脊点的最西年（1995 年， 93.33°E）和最东年（1967 年，144.33°E）完全一致，而与面积指数最大年（1998 年，28.17 个格点数）和最小年（1974 年，6.25 个格点数）不同。
用 Morlet 小波功率谱（图 3）对副高 5 项环流指数的周期分析可知，在年代际尺度上， 1951 年后，面积指数存在 8~10 年的长周期，但未通过 95%的显著性检验。在较短时间尺度 上，存在 4 年的短周期，并且在 1960 年代末到 1970 年代初以及 1980 年代中期到 20 世纪初 最明显。此外，1980 年代中期还存在着 2 年的短周期。这种 2~4 年的周期变化与 ENSO 可 能存在联系。面积指数低频变化等值线较高频变化显得密集，但是存在更多的高频变化通过
脊线北界和西伸脊点的年平均值依次为 15.81 个格点、28.35 位势仕米、18.58°N、23.14°N、
117.59°E。
面积和强度指数最大值分别出现在 7 月和 6 月，最小值均出现在 2 月；脊线位置和脊线
北界最北端均出现在 8 月，最南端出现在 2 月；西伸脊点最西端出现在 10 月，最东端出现
在 1 月。可见，副高各项指数的极值分别出现在不同的月份（表 1），这与韩永清（2010）
的研究结论 7 月份副高面积最大、强度最强、位置最北、脊点最西不一致。
表 1 1951-2010 年月平均的副高指数气候特征
月份
面积指数
强度指数 脊线位置 脊线北界 西伸脊点
（个格点数） （位势仕米） （°N） （°N） （°E）
西北太平洋副热带高压近 60 年气候变化趋势分析
吴蔚1
上海市气候中心 200030
摘要：采用国家气候中心逐月的西北太平洋副热带高压（简称副高）面积、强度、脊线位置、脊线北界和
西伸脊点五项指数和 NCEP/NCAR 逐月再分析高度场资料，分析了 1951~2010 年副高的气候态、年际、年 代际和空间的气候变化特征。结果表明：NCEP/NCAR 再分析资料能够很好的刻画副高指数的气候态特征， 但是所反映的西伸脊点位置明显偏东。副高面积指数和强度指数线性增长显著，增长率分别为 2.08 个格点 数/10 年（R2=0.375）和 4.44 位势仕米/10 年（R2=0.309），脊线位置、脊线北界和西伸脊点围绕着平均值 上下波动，分别略显增加、增加和减少的趋势。面积指数的年代际变化主要以高频为主，呈现 2~4 年的短 周期。强度指数和西伸脊点与面积指数有着相似的年代际周期变化趋势。脊线北界主要以低频变化为主。 副高在 1960 年代中期和 1990 年代后期发生突变。其中，1960 年代中期副高面积缩小，脊线位置和脊线北 界南压；1990 年代末，副高强度增强，脊线位置和脊线北界北抬，西伸脊点西进。从空间形态变化上看， 500hPa 高度场位势高度增加，586 位势仕米线所围成的椭圆长轴向东延伸、短轴向南延伸，即副高西伸南 压，形状更为扁长。同时长轴由东西走向变为西南东北走向，即副高西端南压，东端北抬。
西太平洋副热带高压（West Pacific Subtropical High，以下简称副高）是出现在西北太 平洋上主要呈纬圈分布的深厚暖性高压系统。它是连接中纬度西风带天气系统和低纬度东风 带天气系统的纽带（朱乾坤等，1992）。作为东亚季风环流系统的重要成员，其活动和变异
基金项目：上海市气象局启明星项目（QM201203）。 作者简介：吴蔚（1986-），女，硕士，从事气候变化，email：ruogan0000@。
关键词：副热带高压，气候变化，年际和年代际，空间形态
1. 引言
气候变化问题是 21 世纪人类社会面临的最严峻挑战之一。全球气候变化及其影响和适 应已成为当今世界最为热点的研究工作，很多学者对我国不同地区的气候变化进行了研究。 中国政府于 2002 年启动《国家气候变化评估报告》的编写工作，报告指出：20 世纪中国气 候变化趋势与全球变暖的总趋势基本一致。近 100 年来观测到的平均气温已经上升了 0.5～ 0.8℃，其中最暖的时期出现在 20 世纪 90 年代，最明显的地区是西北、华北和东北，长江 以南地区变暖趋势不明显。降水方面，中国东部降水无明显长期变化趋势，西部降水近 20 年明显增多。1980 年以来，北方少雨，南方多雨。然而目前气候变化的关注主要集中在气 候变化事实分析和影响评估等方面，而对影响变化事实的环流背景趋势分析则相对较少。
增加和减少的趋势。将副高指数在 1981~2010 平均与 1951~1980 平均的差定义为气候变化， 分析可知，副高面积指数、强度指数、脊线位置、脊线北界和西伸脊点的气候变化值依次为 6.88 个格点数、15.01 位势仕米、0.03°、0.10 度、-10.92°，也就是说副高面积增加 6.88 个格 点数，强度增加 15.01 位势仕米，脊线位置北移 0.03°，脊线北界北移 0.10°，西伸脊点西伸 10.92°，即副高西伸北抬，范围增大，强度增强。
2. 资料与方法
2.1 资料 （1） 中国国家气候中心提供的逐月副热带高压指数集（面积指数、强度指数、脊线位置、 脊线北界和西伸脊点）。其中：a.面积指数：500hPa 高度场上，（110°~180°E，10°N 以北） 范围内被 588 位势仕米线包围的格点数代表西北太平洋副热带高压面积指数。b.强度指数： 500hPa 高度场上，（110°~180°E，10°N 以北）范围内被 588 位势仕米线包围的格点上平均高 度值编码（588 编码为 0,589 编码为 1,其余类推）之和为副热带高压强度指数。c.北界指数： 10°N 以北 110°-150°E 范围内， 588 位势仕米等值线最北端所在纬度的平均值定义为副热带 高压北界指数。d.脊线位置： 110°~150°E 范围内副热带高压体脊线（500hPa 纬向东风与西 风交界处，u≈0）与经线相交的纬度平均值定义为副热带高压脊线指数。e.西伸脊点指数： 500hPa 高度场上 588 位势仕米等值线的最西段代表西北太平洋副热带高压西伸脊点指数。 （2） NCEP/NCAR 位势高度场逐月再分析资料，分辨率 2.5°*2.5°。
5月
16.5
26.56667
15.85 20.93333 112.1833
6月
21.75
43.38333 20.46667 25.95 117.8833
25.25 30.76667 120.6167
8月
22.3
40.35
27.7 33.01667 120.2333
3．副热带高压指数和空间形态的气候变化特征
3.1 副高指数的气候变化特征
3.1.1 副高的气候特征
1951~2010 年 ， 副 高 在 500hPa 高 度 场 主 要 呈 现 椭 圆 状 ， 长 轴 约 为 70 个 经 距
（110°~180°E），短轴约为 10 个纬距（10°~20°N）。副高面积指数、强度指数、脊线位置、
图 1 1951~2010 年 500hPa 位势高度场月平均的气候特征分布图 根据 NCEP/NCAR 500hPa 高度场和风场再分析资料，计算了副高的面积指数、强度指 数、脊线位置、脊线北界和西伸脊点，计算标准按照国家气候中心的规定不变，不同的是所 选取的格点为正方形网格，而不是国家气候中心的菱形网格。国家气候中心的副高指数与再 分析资料计算的副高指数之间的相关性通过 99%信度检验，二者的变化趋势、转折点都是 一致的。但是通过对比国家气候中心给出的副高指数特征，NCEP/NCAR 再分析资料描述的 副高偏弱，尤其是西伸脊点明显偏东。国家气候中心给出的副高西伸脊点位置均位于 130°E 以西，而 NCEP/NCAR 再分析资料描述的副高西伸脊点基本位于 130°E 以东。因此，在对 副高西伸脊点作分析时，不建议使用 NCEP/NCAR 资料，或者对其重新定义。 3.1.2 副高指数的年际变化特征 图 2 给出了 1951~2010 年副高 5 项环流指数随时间的演变。可以看出，副高面积指数和 强度指数线性增长显著，增长率分别为 2.08 个格点数/10 年（R2=0.375）和 4.44 位势仕米/10 年（R2=0.309），脊线位置、脊线北界和西伸脊点围绕着平均值上下波动，分别略显增加、
图 2 副高 5 项环流指数随时间的演变，粗实线为 9 点高斯滤波趋势线，细直线为副高指数 年际变化序列的线性趋势线
3.1.3 副高指数的年代际变化特征
（a）
（b）
（c）
（d）
（e） 图 3 副高 5 项环流指数的 Morlet 小波能量谱,阴影部分通过 95%置信水平检验；点状区表示
边界作用明显的“头部区域” （其中 a 为面积指数、b 为强度指数、c 为脊线位置、d 为脊线北界、e 为西伸脊点）
1月
8.533333
14
13.21667 16.76667 129.35
2月
8.233333
13.21667 12.96667 16.23333 125.9667
3月
9.816667
16.13333 13.06667 17.35
119.75
4月
12.31667
19.98333
14.15 18.66667 111.2833
以上所有资料长度均为 1951 年 1 月~2010 年 12 月。 2.2 方法
为了研究副高指数的年代际变化，使用 9 点高斯滤波和 morlet 小波分析法。 检验气候突变时使用 Mann-Kendall 突变检验方法。Mann-Kendall 法是一种非参数统计 检验方法（符淙斌等，1992），其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的 干扰。
直接影响着东亚，特别是我国东部天气气候变化。副高的面积、强度、南北位置（北部边缘 或者脊线位置）和东西进退（西伸脊点）决定着东亚季风、梅雨过程尤其是长江流域降水的 分布以及华北、华南地区的旱涝和气温变化等（陶诗言等，1962；廖奎荪等，1992）。
国内外学者对副高的研究已经做了大量的工作。慕巧珍等（2001）利用重建的副高指数 序列对 1880～1999 年副高强度、西界、北界作功率谱及小波分析，发现副高强度、北界具 有明显的 40 年周期，西界具有明显的 16 年周期，即副高指数的变化以低频振荡为主。有研 究指出（何金海等，1997；陈烈庭和吴仁广，1998）：当副高明显偏西偏南时，有利于长江 流域雨带的形成；当副高明显偏东偏北时，长江中下游地区偏旱；当副高明显偏北偏西时， 有利于黄河河套雨带形成。研究副高指数的气候变化，对于了解东亚，特别是中国天气的气 候变化具有非常重要的意义。
9月
21.63333
41.85
25.35
30.25 113.3667
10 月
19.01667
33.91667 21.16667 25.7
107.3
11 月
14.83333
27.05
18.51667
23
115.35
12 月
12.4
21.31667 15.31667 19.05
117.85
为了进一步了解副高逐月的变化特征，图 1 给出了 1951~2010 年 500hPa 位势高度场月
平均的空间分布。可以看出，冬春季，阿留申低压占据中高纬太平洋地区，副高很弱。直到
6 月份，588 位势仕米出现闭合等值线，副高强度和面积不断增大，并出现 589 位势仕米闭
合线。同时，副高开始西伸北抬，于 7 月份到达最西段（130°E）、8 月份到达最北端（约 30°N）， 并与 7 月形成副高西部前缘季风槽。10 月副高开始南撤减弱，直到 12 月 588 位势仕米线闭 合中心消失，脊线位于 20°N 以南。
强度指数和面积指数、西伸脊点、脊线北界的相关系数分别为 0.96、-0.85、0.45，均通 过 0.01 信度水平的检验，与脊线位置的相关系数为-0.11。可见，副高越强，面积越大，位 置越偏西，脊线北界越偏北，而与脊线平均位置并无明显的联系。强度指数最大年和最小年 为 1995 年（68.5 位势仕米）和 1967 年（8.92 位势仕米），这与西伸脊点的最西年（1995 年， 93.33°E）和最东年（1967 年，144.33°E）完全一致，而与面积指数最大年（1998 年，28.17 个格点数）和最小年（1974 年，6.25 个格点数）不同。
用 Morlet 小波功率谱（图 3）对副高 5 项环流指数的周期分析可知，在年代际尺度上， 1951 年后，面积指数存在 8~10 年的长周期，但未通过 95%的显著性检验。在较短时间尺度 上，存在 4 年的短周期，并且在 1960 年代末到 1970 年代初以及 1980 年代中期到 20 世纪初 最明显。此外，1980 年代中期还存在着 2 年的短周期。这种 2~4 年的周期变化与 ENSO 可 能存在联系。面积指数低频变化等值线较高频变化显得密集，但是存在更多的高频变化通过
脊线北界和西伸脊点的年平均值依次为 15.81 个格点、28.35 位势仕米、18.58°N、23.14°N、
117.59°E。
面积和强度指数最大值分别出现在 7 月和 6 月，最小值均出现在 2 月；脊线位置和脊线
北界最北端均出现在 8 月，最南端出现在 2 月；西伸脊点最西端出现在 10 月，最东端出现
在 1 月。可见，副高各项指数的极值分别出现在不同的月份（表 1），这与韩永清（2010）
的研究结论 7 月份副高面积最大、强度最强、位置最北、脊点最西不一致。
表 1 1951-2010 年月平均的副高指数气候特征
月份
面积指数
强度指数 脊线位置 脊线北界 西伸脊点
（个格点数） （位势仕米） （°N） （°N） （°E）
西北太平洋副热带高压近 60 年气候变化趋势分析
吴蔚1
上海市气候中心 200030
摘要：采用国家气候中心逐月的西北太平洋副热带高压（简称副高）面积、强度、脊线位置、脊线北界和
西伸脊点五项指数和 NCEP/NCAR 逐月再分析高度场资料，分析了 1951~2010 年副高的气候态、年际、年 代际和空间的气候变化特征。结果表明：NCEP/NCAR 再分析资料能够很好的刻画副高指数的气候态特征， 但是所反映的西伸脊点位置明显偏东。副高面积指数和强度指数线性增长显著，增长率分别为 2.08 个格点 数/10 年（R2=0.375）和 4.44 位势仕米/10 年（R2=0.309），脊线位置、脊线北界和西伸脊点围绕着平均值 上下波动，分别略显增加、增加和减少的趋势。面积指数的年代际变化主要以高频为主，呈现 2~4 年的短 周期。强度指数和西伸脊点与面积指数有着相似的年代际周期变化趋势。脊线北界主要以低频变化为主。 副高在 1960 年代中期和 1990 年代后期发生突变。其中，1960 年代中期副高面积缩小，脊线位置和脊线北 界南压；1990 年代末，副高强度增强，脊线位置和脊线北界北抬，西伸脊点西进。从空间形态变化上看， 500hPa 高度场位势高度增加，586 位势仕米线所围成的椭圆长轴向东延伸、短轴向南延伸，即副高西伸南 压，形状更为扁长。同时长轴由东西走向变为西南东北走向，即副高西端南压，东端北抬。
西太平洋副热带高压（West Pacific Subtropical High，以下简称副高）是出现在西北太 平洋上主要呈纬圈分布的深厚暖性高压系统。它是连接中纬度西风带天气系统和低纬度东风 带天气系统的纽带（朱乾坤等，1992）。作为东亚季风环流系统的重要成员，其活动和变异
基金项目：上海市气象局启明星项目（QM201203）。 作者简介：吴蔚（1986-），女，硕士，从事气候变化，email：ruogan0000@。
关键词：副热带高压，气候变化，年际和年代际，空间形态
1. 引言
气候变化问题是 21 世纪人类社会面临的最严峻挑战之一。全球气候变化及其影响和适 应已成为当今世界最为热点的研究工作，很多学者对我国不同地区的气候变化进行了研究。 中国政府于 2002 年启动《国家气候变化评估报告》的编写工作，报告指出：20 世纪中国气 候变化趋势与全球变暖的总趋势基本一致。近 100 年来观测到的平均气温已经上升了 0.5～ 0.8℃，其中最暖的时期出现在 20 世纪 90 年代，最明显的地区是西北、华北和东北，长江 以南地区变暖趋势不明显。降水方面，中国东部降水无明显长期变化趋势，西部降水近 20 年明显增多。1980 年以来，北方少雨，南方多雨。然而目前气候变化的关注主要集中在气 候变化事实分析和影响评估等方面，而对影响变化事实的环流背景趋势分析则相对较少。
增加和减少的趋势。将副高指数在 1981~2010 平均与 1951~1980 平均的差定义为气候变化， 分析可知，副高面积指数、强度指数、脊线位置、脊线北界和西伸脊点的气候变化值依次为 6.88 个格点数、15.01 位势仕米、0.03°、0.10 度、-10.92°，也就是说副高面积增加 6.88 个格 点数，强度增加 15.01 位势仕米，脊线位置北移 0.03°，脊线北界北移 0.10°，西伸脊点西伸 10.92°，即副高西伸北抬，范围增大，强度增强。