Page 257 - 《高原气象》2025年第5期
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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 1375
4. 2 位势高度为基础的南支槽指数修正方法 I Z700 和I Z500 的时间序列。三者均表现为近几十年来的
在全球气候变暖的背景下， 南支槽活动区域的 持续上升趋势， 气候变暖时间序列约解释了 I Z700 和
对流层温度显著升高， 等压面抬升， 这使以平均位 I Z500 变化趋势的40%和50%， 表明平均位势高度指数
势高度为基础的南支槽环流指数都表现为强烈的上 在很大程度上反映了气候变暖效应。值得指出的
升趋势， 即南支槽在持续减弱， 这与其他类型指数 是， 这里采用的是全球年平均地表气温作为气候变
和南支槽影响区域降水的变化是相悖的。为了进一 暖的指标， 如果使用南支槽活动区域的对流层中低
步分析全球变暖对位势高度类南支槽环流指数的影 层冬季气温来分析全球变暖的贡献， 那么其对 I Z700
响， 图5给出了全球平均地表气温指数GISTEMP与 和I Z500 变化趋势的解释率将会有更显著的提高。
图5 全球平均地表气温指数GISTEMP曲线（黑色线）及由ERA5计算的I （蓝色）和I （红色）的标准化时间序列
Z700
Z500
Fig. 5 Standardized time series of Goddard Institute for Space Studies （GISS） global surface temperature （black line） and
the index of IBTs based on geopotential height at 700 hPa （blue line） and 500 hPa （red line） derived from ERA5
为了降低气候变暖对南支槽环流指数的影响， 相对低值区； 且 I 越大， 说明该时段南支槽活动越
∆Z
需要排除其导致的等压面抬升趋势。从图 4 可见， 强， 反之亦然。虽然采用去除变化趋势方法也可以
南支槽活动区域和周边地区的等压面均强烈抬升， 减小气候变暖对位势高度类南支槽指数的影响， 但
由低压槽的定义可知， 当南支槽这类竖槽存在时， 会同时给南支槽的年际变率添加一个虚假的减弱
其活动区域较周边区域为低压区， 因此采用去除同 趋势， 毕竟位势高度的年际变化并不是完全与气候
纬度高度差异方法来修正南支槽指数： 变化趋势一致。
1 - - - 将式（2）用于 700 hPa 时可得 I 对应的修正南
I ΔZ = 2 ( Z L + Z R ) - Z IB （2） Z700
- - - 支槽指数 I ∆Z700 ； 类似的， 将其应用于 500 hPa时可得
式中： Z IB 表示南支槽区的平均位势高度； Z L 、 Z R 分 I Z500 对应的修正南支槽指数 I ∆Z500 。图 6 对比了修正
别表示南支槽区同纬度的西侧和东侧区域（图 1 中 前 I Z700 和修正后的 I ∆Z700 与 I ζ700 的关系。可见， 修正后
南支槽活动区两侧虚线框）。南支槽区与同纬度东 的南支槽指数与 I 的关系由原来的无明显线性关
ζ700
西两侧区域的等压面随气候变暖抬升的幅度较为 系变为显著的一致变化趋势， 能够很好地表现南支
接近， 因此可以有效地去除气候变暖对位势高度的 槽的年际变化特征。这种南支槽环流指数的定义
影响； 同时为了避免不同空间范围带来的影响， 选 方式实质上反映了南支槽在伸展方向上和位势高
区的同纬度东西两侧的面积与南支槽活动关键区 度场上的特征， 与林志强（2015）提出的客观识别南
大小一致。I 不仅能很好地去除全球气候变暖对 支槽方法的思路是一致的。
∆Z
等压面抬升的影响， 还具有明确的物理意义： 在冬 表 3进一步给出了由不同再分析资料计算修正
季南支槽主要为竖槽（即南北走向； 段旭等， 2012； 的位势高度指数与不同层次和不同资料来源的其
林志强， 2015）， 竖槽活动时与同纬度周边地区相 他南支槽指数的关系。结果显示修正后的位势高
比， 处于气压场的低值区， 因此式（2）表明当 I 为 度指数与其他南支槽环流指数的相关系数均通过
∆Z
正时， 表明南支槽区的位势高度比两侧气压低， 为 了 0. 001 显著性检验， 尤其是与未修正的位势高度
