Page 255 - 《高原气象》2025年第5期

5 期 王洪武等：一个新的南支槽环流指数及其与中国南部冬季降水年代际变化的关系 1373
表2 不同南支槽指数的年际变化相关系数*
Table 2 Correlation coefficient between the IBTs derived from reanalysis of ERA5 and NCEP/NCAR
NCEP/NCAR ERA5
再分析数据 指标
ζ ζ Z Z ∏Ω ζ ζ Z Z ∏Ω
700 500 700 500 700 500 700 500
NCEP/NCAR ζ 700 1
ζ 500 0. 964 1
Z 700 −0. 032 −0. 402 1
Z 500 −0. 420 −0. 272 0. 713 1
∏Ω 0. 608 0. 631 −0. 112 −0. 415 1
ERA5 ζ 700 0. 908 0. 713 −0. 193 − −0. 502 0. 625 1
ζ 0. 716 0. 957 −0. 304 −0. 338 0. 540 0. 719 1
500
Z −0. 103 0. 285 0. 962 0. 792 0. 190 0. 071 −0. 146 1
700
Z −0. 411 −0. 351 0. 709 0. 988 0. 422 − −0. 506 −0. 432 0. 808 1
500
∏Ω 0. 553 0. 617 0. 016 −0. 165 0. 670 0. 707 0. 539 −0. 020 −0. 194 1
*考虑到不同指数反映的是同一个对象（南支槽）， 应该具有较高的一致性， 表中黑体给出的为通过显著性检验为 p<0. 001 （The bold in
table denotes the correlation coefficient passed 0. 001 significance with Student-t test due to all the indices indicate the India-Burma troughs）
的分析仅以 ERA5 为例给出结果， NCEP/NCAR 分 1. 1 ℃， 预计未来 20 年将持续升温， 届时将比工业
析得到的是类似的结论。（2） 不同层次的同一指数 化前的水平高出 1. 5 ℃（IPCC， 2021）。全球变暖使
高度一致（几乎都在 0. 7 以上）， 表明南支槽在对流 得对流层大气显著抬升， 图 3 为 ERA5 计算的 700
层中低层为正压结构， 上下变化一致。（3） 相对涡 hPa 和 500 hPa 位势高度和气温的变化趋势。可见
度为基础的与垂直速度定义较为一致， 在 0. 5~0. 7 全球除了环南极海域、 白令海和格陵兰岛周边地区
之间。（4） 同一层次位势高度指标与其他指标一致 等少数区域外， 全球对流层均表现为显著的增温和
性很差， 相关系数绝对值都小于 0. 2； 有意思的是， 等压面抬升， 其中中纬度地区的对流层抬升最为显
不同层次的位势高度指标与其他某些指标（比如 著。在南支槽活动区域， 700 hPa 和 500 hPa 等压面
I ζ700 与 I Z500 、 I ζ500 与 I ）反而具有一定的相关性（绝对 均表现为显著抬升， 且 500 hPa 的抬升幅度明显高
Z700
值在0. 3~0. 5）， 这可能是由于高低层大气的耦合关 于700 hPa。
系， 不同高度大气通过辐合和垂直运动引起的大气 图 4分析了冬季南支槽活动区域内对流层在垂
层高度变化。 直方向上的逐层平均位势高度和温度的变化趋势。
两套再分析资料一致地表现了对流层整层的等压
4 气候变暖对位势高度类南支槽指
数的影响及其修正方法 面抬升， 在 200 hPa 以下， 随着高度增加等压面抬
升速率增加， 到达 200 hPa 后抬升速率下降。这是
南支槽环流指数中， 基于位势高度的指数与其 由对流层温度上升和平流层低层温度下降的温度
他指数之间的相关性较低， 并且在最近几十年显示 变化趋势， 以及随海拔变化大气密度分布廓线共同
出显著减弱的趋势（张永莉等， 2012， 2016）。这一 作用结果。如图 4（b）所示， 全球变暖导致了对流层
现象可能与全球变暖导致的对流层大气变化有关。 升温和平流层低层降温（Lin and Emanuel， 2024），
为了消除这种影响并确保位势高度指数能够准确地 对流层升温使气柱膨胀， 气压层升高， 整个对流层
反映南支槽的年际和年代际变化特征， 我们提出了 等压面显著抬升； 平流层低层降温， 使得气柱压
一种修正方法。该方法通过考虑全球变暖对对流层 缩， 气压层下降， 但由于对流层的整体抬升， 使其
等压面位势高度的影响， 对位势高度指数进行调 高度仍然是抬升的， 但抬升的幅度变小。总之， 在
整， 以剔除气候变化引起的位势高度类南支槽的虚 气候变暖的背景下， 南支槽所在的北半球副热带西
假减弱趋势， 从而更真实地反映南支槽活动特征。 风急流区对流层中低层气温上升， 等压面抬升， 导
4. 1 气候变暖对对流层等压面高度的影响 致了该区域（图 1）等压面平均位势高度的上升， 这
自 19 世纪以来， 人类通过燃烧化石燃料获取 造成了平均位势高度类南支槽环流指数反映的南
能源， 导致全球平均温度较工业化前的水平高出 支槽持续减弱的虚假趋势。