广东气象期刊影响因子_广东气象学会

2024-07-25 08:32:15

广东气象期刊影响因子_广东气象学会

极涡是北极中上层对流层和平流层大气的持续性大尺度气旋性环流,它的活动和变化控制着泛极地半永久性活动中心和副极地短时间尺度的气旋活动.极涡强度变化直接关系到北极大气、海洋、海冰和生态环境,影响低层大气环流,影响副极地甚至中纬度天气.中国第2次北极科学考察期间正是北极平流层中上层暖性反气旋性环流向冷性气旋性环流转变和极涡建立时期.一些学者已通过平流层和对流层耦合机制的研究探索极涡变化对低层环流的作用.平流层爆发性增暖对极涡变化影响早已引起人们关注.本文概述我们对极涡的认识,总结近期有关极涡变化对低层环流的作用以及它对气候影响的机制研究的进展

由于北极涡与副热带高压是两个影响我国天气气候变化的主要大气环流实体，两者紧密相联，且均对华北夏季降水有明显作用，本文使用 NCEP/NCAR 再分析资料、国家气候中心提供的 74 个大气环流因子及中国 160 站月降水资料，利用合成分析、相关分析及 SVD 等方法讨论了夏季北极涡与北半球大气环流及副热带高压的相互关系，分析了夏季北极涡及副高对华北降水的共同作用。结果表明：(1) 北极涡的变化不仅与高纬高度场密切相关，而且与中、低纬度环流紧密联系，当极涡异常偏大偏强，中、低纬地区位势高度均明显偏低，北半球副高的面积和强度易偏小，北界位置易偏南，其中副高强度的变化最大。(2) 各分区极涡因子与副高因子之间基本呈显著的负相关，而与西太平洋和南海副高的北界、脊线位置呈正相关。(3) 极涡指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主，副高面积、强度指数与华北降水基本呈负相关。当亚洲和欧洲区极涡异常南扩，北非、大西洋、北美副高显著收缩减弱，西太平洋和南海副高明显北抬时，华北降水易增加。关键词：北极涡；副热带高压；华北夏季降水中图分类号：P466文献标识码：A 收稿日期: 2007-01-29; 修订日期：2008-05-28基金项目：国家自然科学基金委重点基金(40633015)；中国气象局新技术推广项目(北半球平流层爆发性增温与极涡活动对东亚对流层阻塞的影响)共同资助通讯作者: 张恒德，男，安徽含山人，博士，主要从事大气动力学研究。E-mail: zhanghengde17@163. 1 引言北极涡与副热带高压(简称副高)是影响我国天气气候变化的两个主要大气环流实体[1-3]。但极涡与副高对天气气候的影响并非孤立，而是相互配合、协同作用，极涡主要体现中高纬环流特征，副高很大程度上反映出中低纬大气环流的变化，且两者关系密切，有人将两者联系起来分析它们与大气环流的关系及对气候环境的影响。施能等[4]指出两者均增强的趋势是我国冬季气温长期趋势变化及年代际变化的一个直接原因。吴尚森等[5]把极涡与副高作为两个主要因子建立预测华南冬季异常冷月的模型。刘传凤等[6]认为亚洲极涡与西太平洋副高是南方低温冷害的主要因子。时珍玲[7]认为极涡与副高的强弱是导致江淮地区洪涝灾害或少雨干旱主要原因。梁建茵等[1]将两极极涡的强度变化和副高看作广东前汛期旱涝的主要预测因子。孙力等[8]分析了春季极涡和西太平洋副高对秋季东亚大气环流的影响。黄嘉佑等[9]发现综合研究两者对我国夏季降水的影响要别研究它们各自的影响效果更好，预报价值也更高。彭维耿等[10]还发现 4 月两者的变化对宁夏沙尘暴影响显著。上述研究均在诊断分析天气、气候及环境的演变过程中考虑到极涡、副高的变化，未能讨论两者的相互作用，因此，有必要探讨极涡与大气环流及副高的关系，从而更好地分析它们对天气气候的影响。华北降水主要集中在夏季，占全年降水总量的 3/4以上，近年来，人们对华北夏季降水作了大量研究，并指出季风活动[11]、阻塞高压[12]、西太平洋副高[13]、北极涛动[14]、南亚高压[15]、青藏高原热力异常[16]甚至南半球高纬环流异常[17]等均对华北夏季降水有一定的影响。这些结果给出了华北夏季降水的一些影响机理，对华北夏季旱涝的预报还有一定的指示意义，但未能将极涡与副高结合起来讨论它们共同对华北降水的作用。基于极涡与副高之间的紧密联系及两者对我国天气气候的显著影响，并结合华北夏季降水的重要性，若能弄清夏季北极涡与大气环流、副高的关系，并摸索出极涡与副高对华北夏季降水的共同影响，将有助PDF created with pdfFactory trial version .pdffactory

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418热带气象学报24 卷于加强对大气环流及华北夏季降水异常的机理分析，提高华北夏季降水的预测能力。2 资料和方法文中主要用到的资料包括：NCEP/NCAR的1950～2002年逐月再分析500 hPa高度场；中国气象局国家气候中心提供的1951～2002年74个大气环流因子及中国160 站月降水资料，从中选取承德、北京、天津、石家庄、德州、刑台、安阳、烟台、青岛、潍坊、济南、临沂、荷泽、郑州、长治、太原、临汾共17 个站代表华北地区。本文主要借助于合成分析、相关分析及SVD[18]等常规的统计方法来诊断分析极涡与副高的联系及它们对华北降水的影响。3 夏季北极涡与大气环流的相关性如图 1a 所示，极涡面积与位势高度场之间除在极区附近(70 °N 以北)存在弱的正相关外，在其它地区均呈现显著负相关，绝大部分地区能通过 0.01 的显著性检验。而从极涡强度与 500 hPa 位势高度的相关系数分布(图 1b)可看出，绝大部分地区表现为较强的负相关，中、低纬度更为显著，很多地区负相关系数可达-0.5，只有极少数地区呈现弱的正相关，相关系数仅为 0.1。这些说明，夏季北极涡对中、低纬度地区的环流形势影响相对显著，当北极涡面积、强度异常增大时，中、低纬地区位势高度通常偏低，反之亦然。有关夏季北极涡与大气环流之间关系可通过对位势高度场的合成分析得到进一步说明。根据夏季北极涡面积及强度标准化距平的变化曲线(图略)，将标准化距平≥1.0 的年份作为大值年，标准化距平≤-1.0 的年份看作小值年，分别可以得到夏季极涡面积和强度的大、小值年(表 1)。根据表 1 中列出的夏季极涡大小及强弱年份，分别对夏季的 850 hPa、500 hPa、200 hPa 位势高度场作为对流层低层、中层、高层进行了合成分析，重点讨论对流层中层(500 hPa)。表 1 夏季极涡面积及强度的大、小值年份面积大值11 年：1957、1958、1959、1960、1962、1963、1964、1965、1966、1968、11 面积小值10 年：1951、1952、1981、1988、1989、1996、1998、1999、2000、2002 强度大值9 年：1961、1962、1963、1964、1965、10、16、1992、1994 强度小值 8 年：1952、1953、1954、17、1993、1998、2000、2001图 1 1950～2002 年夏季 500 hPa 北极涡面积指数(a)、强度指数(b)与同期北半球(0～90 °N)500 hPa 位势高度之间的相关系数分布阴影区通过 0.1 的显著性检验。从图 2a、2b、2c 所示的北极涡面积大值、小值夏季 500 hPa 高度场合成及两者差值可以直观地看出，两者的中低纬地区高度差别较大，在极涡面积大的夏季，位势高度偏低，表征副高的 588 dgpm 线所围区域偏小，在西太平洋地区 588 dgpm 线几乎消失，而当极涡面积异常小时，西太平洋副高强势，且北抬程度较大；中纬度地区的位势高度值相差较大，极涡面积大的夏季高度值要低很多(如图 2c，不少地区差值达到40 gpm,甚至 60 gpm)，例如 570 dgpm 线主体位于 50 °N以南，而极涡面积小的夏季 570 dgpm 线基本处于 50 °N 以北；在高纬地区两者环流形势差别不显著，但高度值有较大差异，甚至超过 30 gpm。此外，从高度场距平合成分布(图略)可进一步得知，在极涡面积大的夏季，中高纬绝大部分地区为负距平区，中心位于东亚大陆；而当极涡面积异常小，亚欧大陆及阿拉斯加湾出现正距平中心，尤其在乌拉尔山和鄂霍次克海，PDF created with pdfFactory trial version .pdffactory

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4 期张恒德等：夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响419 即亚欧大陆及阿拉斯加易出现阻塞形势。图 2 北极涡面积大值(a)、小值(b)夏季 500 hPa 北半球位势高度场合成及两者差值(c) 及北极涡强度大值(d)、小值(e)夏季 500 hPa 北半球位势高度场合成及两者差值(f) 由图 2d、2e、2f 分别所示的北极涡强度大值、小值夏季 500 hPa 高度场合成及两者差值可知，在极涡强度大的夏季，中低纬位势高度偏低，表征副高特征的 588 dgpm 线的范围要小得多，副高强度也明显偏弱，西太平洋地区的 588 dgpm 线已消失；两者的中纬度环流形势相差不明显，但高度值有较大差异(图 2f)；在高纬地区，若极涡强度异常偏大，位势高度普遍要低，例如 546 线所围的区域要大得多，中心值低于 540 PDF created with pdfFactory trial version .pdffactory

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420热带气象学报24 卷dgpm，极涡强度大值与小值年夏季绝大多数高纬地区位势高度差值均在 30 gpm 以上(图 2f)。高度场距平合成(图略)进一步反映出，极涡强度大的夏季，除加拿大以外，北半球位势高度基本表现出负距平，在中、高纬地区，中心值达-30 gpm；而在极涡强度小的夏季，欧洲西北部以外的北半球大部分区域均出现正距平，中、高纬不少地区的正距平均在 20 gpm 以上。由于大气的斜压性，850 hPa 及 200 hPa 高度场合成与 500 hPa 高度的结果存在一定差异，但总体趋势相同。由此可知，夏季北极涡的变化不仅与高纬度位势高度场密切相关，且与中、低纬度环流也有着紧密联系，500 hPa 北极涡的面积及强度对北半球整个对流层的大气环流均有显著影响，尤其对中纬度的阻塞、中低纬度的副热带高压有较强作用。基于夏季北极涡与大气环流相互关系的合成分析初步结果，下面将重点分析北极涡与副热带高压间的相互关系。4 夏季北极涡与副高之间的关系根据副热带高压常出现的地理位置，在国际上通常将北半球副高(5 °E～360 °)划分为以下几个部分进行研究：印度副高(65～95 °E)、西太平洋副高(110 °E～180 °)、东太平洋副高(175～115 °W)、北非大西洋北美副高(110～60 °E)，最后一部分又可划分为北美副高(110～60 °W)、大西洋副高(55～25 °W) 、北非副高(20 °W～60 °E)，其中对我国影响最显著的是西太平洋副高，国内有关副高的研究主要也是针对西太平洋地区。我国对极涡也作了相应分区，即Ⅰ区(60～150 °E)、Ⅱ区(150 °E～120 °W)、Ⅲ区(120～30 °W)、Ⅳ区(30 °W～60 °E)。国家气候中心提供了北半球及各分区的副热带高压指数及北极涡指数。各副高指数在本文中标号为1～45，其中，1～11 为副高面积指数，依次对应北半球、北非、北非大西洋北美、印度、西太平洋、东太平洋、北美、大西洋、南海、北美大西洋、太平洋副高；12～22 为相应的副高强度指数；23～33 为对应的副高脊线指数；34～44 为相应的副高北界指数；45为西太平洋副高西伸脊点指数。图 2 反映当北极涡面积、强度异常偏大时，则副高面积偏小，且主体位置南退；反之当北极涡面积和强度异常偏小时，副高面积易偏大，且主体位置北进。经计算可得，夏季北半球极涡面积指数与副高面积、强度、脊线及北界指数均成显著的负相关，系数分别为-0.45、-0.52、-0.43、-0.49，至少达到 99%信度水平的显著性检验；北半球极涡强度指数与副高面积、强度、脊线及北界指数之间也存在显著的负相关，系数分别为-0.43、-0.51、-0.24、-0.34，要比极涡面积与副高的相关性稍弱一些；总体看来，极涡对副高的强度影响最明显，对脊线位置影响最弱。这进一步表明，当北极涡异常扩张增强，副高会收缩、减弱、南退；反之亦然，若北极涡异常收缩减弱，副高则明显扩大、增强、北抬。这大体可解释为：当北半球极涡面积异常偏大、强度显著偏强时，中高纬地区位势高度明显偏低，特征等高线偏南，副热带锋区也异常南压，中低纬地区的位势高度普遍偏低，反映副高的 588 dgpm 线主体也偏小、偏南，即北半球副高面积偏小、强度偏弱、位置也偏南；反之，当北半球副高面积异常偏大、强度偏强、位置偏北时，副热带地区，即中低纬(这里指 10～40 °N)地区的位势高度相对偏高，则北半球极涡的南界特征等高线位置偏北，且中纬度地区位势高度偏大，因此极涡的面积和强度易偏小。由于海陆分布及地形高低差异，北半球位势高度并非在纬圈上均匀分布，不同区域的极涡与副高差别较大，极涡与副高之间的相关性在不同区域存在较大差异，有必要进行分区讨论。为此对夏季极涡与副高作 SVD 分解，从而充分了解不同区域极涡与副高的关系， SVD 分解的具体构造为：将极涡指数作为左要素场，变量顺序分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、北半球面积、Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、北半球强度，并依次称为极涡因子 1、2、……、10；将副高指数作为右要素场，变量顺序为前面已经提到的 45 个副高指数，依次为副高因子 1、2、……、45。将夏季极涡与副高作 SVD 所得的前 3 对模态的方差贡献百分率分别为 90.5、5.1、1.7，第 1 模态的方差贡献百分率明显高于其它模态，占绝对主导地位，第1 模态基本上能反映出极涡与副高的相互关系。另外，前 3 对模态的左右奇异向量的时间系数之间的相关系数分别为 0.69、0.63、0.40，均在 0.40 以上，表明极涡与副高的典型变量场之间总体相关性较强，尤其是第 1 模态相关性很高。因此，可取 SVD 所得的第 1 模态结果来分析。极涡指数与副高指数作 SVD 所得第 1模态的左异相关系数依次为：-0.58、-0.47、-0.24、-0.31、-0.60、-0.54、-0.49、-0.36、-0.27、-0.61。这些系数符号一致，均可通过 95%信度的显著性检验，表明所有的极涡因子对副高起同位相的作用，最显著的两个因子为北半球极涡面积及强度，其次为 I 区极涡面积和强度。由图 3 所示的右场异性相关系数可知，除副高因子 27、31、38、42、45 对应的系数为负外(且不能通过显著性检验)，其它因子的系数符号均为正，通过 0.10、0.05、0.01、0.001 显著性水平检验的副高因子个数分别达到 31、27、22、15，其中副高因子 2、3、7、10、13、14、18，即北非、北非大西洋北美、北美副高的面积和强度及北美大西洋副高面积，对极涡异常的响应最强烈，系数值均达到 0.6 以上。因此结合左、右异性相关系数可知，北半球及各分区极涡的面积及强度与北半球及各分区副高的面积、强度、PDF created with pdfFactory trial version .pdffactory

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4 期张恒德等：夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响421 脊线及北界等大多数因子之间基本呈显著的负相关，即当北半球及各分区极涡面积及强度异常偏小时，北半球及各分区大多数副高指数易偏大(小)，特别是亚洲区及北半球极涡与北非、北美、北美大西洋一带副高之间呈现显著的负相关性。-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.7147101316192225283134374043图 3 夏季极涡与同期副热带高压 SVD 所得第 1 模态的右场异性相关系数横坐标 1～45 表示副高因子 1～45，纵坐标为相应系数。5 对华北夏季降水的影响副高与极涡是大气环流中非常重要的两个系统，共同影响华北夏季降水，为此将夏季极涡、副高因子与华北降水作 SVD 分解。具体做法：将上一节中提及的夏季极涡因子 1～10 作为左场要素 1～10，副高因子 1～45 随之作为左场要素 11～55，同期华北 17 站降水作为右场要素，进行 SVD 分解。所得的前 3 对模态左右奇异向量的时间系数之间的相关系数分别为0.52、0.42、0.56，说明总体相关性较强。而前 3 对模态的方差贡献百分率分别为 60.2、17.7、5.1，第 1 模态的占绝对主导地位，基本上反映出极涡和副高与华北夏季降水的关系。因此，可取第 1 模态结果来分析。图 4 为第 1 模态左异相关系数(横坐标 1～10 对应极涡因子 1～10、11～55 对应副高因子 1～45)，总体上看，系数 1～10 及 32～54 以正为主，系数 11～32及 45、46、55 基本为负。图 4 中编号为 1、4、5、8、9、11、12、13、17、18、20、22、23、24、37、41、48、52 的因子对华北夏季降水影响显著，其中异性相关系数可通过 0.05 的显著性水平检验的因子有：亚洲、欧洲区及北半球极涡面积(因子 1、4、5)，北半球、北非、北非大西洋北美副高面积及强度(因子 11、12、13、22、23、24)，大西洋、北美大西洋副高面积(因子 18、20)，西太平洋、南海副高脊线及北界(因子 37、41、48、52)。华北地区承德、北京、天津、石家庄、德州、刑台、安阳、烟台、青岛、潍坊、济南、临沂、荷泽、郑州、长治、太原、临汾等站对应的第 1 模态右场异性相关系数依次为 0.11、0.13、0.28、0.20、0.29、0.24、0.26、0.40、0.49、0.24、0.15、0.27、0.39、0.23、0.37、0.12、0.25。此 17 个系数符号均为正，说明华北 17站夏季降水的年际变化位相基本相同，受极涡与副高因子的影响也较一致。结合这 17 个系数与图 4 所示的左异相关系数可知，极涡各指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主(除去Ⅲ区强度、北非副高北界、北非大西洋北美副高北界、西太平洋副高西伸脊点等主要指数)，副高面积、强度指数与华北降水大多成负相关。因此，当极涡显著南扩加强、副高明显收缩减弱，尤其当亚洲和欧洲区极涡异常南扩、北非大西洋北美副高显著收缩减弱、西太平洋和南海副高明显北抬，华北夏季降水易偏多；反之，若极涡收缩减弱，副高增强，华北夏季降水则易偏少。-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.41 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51图 4 夏季极涡因子及副热带高压因子与华北(17 站)降水作 SVD 所得第 1 模态的左场异性相关系数横坐标 1～10 对应极涡因子 1～10、11～55 对应副高因子1～45，纵坐标为相应系数，虚线的值分别为 0.24 和-0.24。这种夏季极涡与副高对华北降水的影响主要可概括认为：夏季极涡的扩展增强通常可以从高纬地区带来大量的冷空气，这些冷空气与华北地区的暖气团相汇，易形成冷锋或华北准静止锋，若水汽充足，从而引起明显降水。另外，极涡的扩展、增强、南压通常会伴随副高收缩、减弱、南退，进一步利于华北降水；而当副高显著扩张、增强、北抬时，华北地区受高压控制，这本身就不利于该地区降水，另一方面这种高压长期控制还抑制极涡的扩展南伸，造成南下的冷空气不足，不易形成锋面，更加不利于降水。6 小结与讨论极涡与副热带高压是影响我国天气气候变化的两个主要大气环流实体，两者紧密相联，均对华北夏季降水有显著影响。(1) 北极涡的变化不仅与高纬度位势高度密切相关，且与中低纬度环流紧密联系，当极涡异常偏大偏强，这些地区位势高度均明显偏低，北半球副高的面积和强度易偏小，北界位置易偏南，其中副高强度的变化最大。PDF created with pdfFactory trial version .pdffactory

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422热带气象学报24 卷(2) 各分区极涡因子与副高因子之间基本呈显著的负相关，而与西太平洋和南海副高的北界、脊线位置呈正相关。(3) 极涡指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主，副高面积、强度指数与华北降水基本呈负相关。当亚洲和欧洲区极涡异常南扩，北非、大西洋、北美副高显著收缩减弱，西太平洋和南海副高明显北抬时，华北降水易增加。参考文献：[1] 梁建茵，吴尚森. 广东省汛期旱涝成因和前期影响因子探讨[J]. 热带气象学报，2001，17(2): -108. [2] 毕宝贵，章国材，李泽椿. 2003 年淮河洪涝与西太平洋副高异常及成因的关系[J]. 热带气象学报, 2004, 20(5): 505-514. [3] 张恒德, 陆维松, 高守亭，等. 北极涡活动对同期及后期我国气温的影响[J]. 南京气象学院学报, 2006, 29(4): 507-516. [4] 施能，朱乾根. 北半球大气环流特征量的长期趋势及年代际变化[J]. 南京气象学院学报, 1996, 19(3): 283-289. [5] 吴尚森，梁建茵. 华南冬季异常冷月预测概念模型 II——大气环流、极冰、积雪等物理因子特征[J]. 热带气象学报，2000，16(4): 289-296. [6] 刘传凤，高波. 我国南方春季低温冻害气候及其大气环流特征[J]. 热带气象学报，2001, 17(2): 179-187. [7] 时珍玲. 九十年代以来江淮流域夏季典型旱涝成因分析[J]. 气象，1996, 22(9)：35-38. [8] 孙力, 安刚. 东亚地区春冬季与夏季大气环流异常相互关系的研究[J]. 应用气象学报, 2002, 13(6): 650-661. [9] 黄嘉佑，刘舸，赵昕奕. 副高、极涡因子对我国夏季降水的影响[J]. 大气科学，2004，28(4): 517-526. [10] 彭维耿，陈楠. 宁夏多、少沙尘暴年 4 月平均环流特征的对析[J]. 高原气象, 2002, 21(6): 599-603. [11] 吴尚森，梁建茵，李春晖. 南海夏季风强度与我国汛期降水的关系[J]. 热带气象学报，2003，19(增刊)：25-36. [12] 李春，孙照渤. 中纬度阻塞高压指数与华北夏季降水的联系[J]. 南京气象学院学报，2003，26(4)：458-464. [13] 谭桂蓉，孙照渤. 西太平洋副高与华北旱涝的关系[J]. 热带气象学报，2004, 20(2): 206-211. [14] 李春，罗德海，方之芳，等. 北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系[J]. 南京气象学院学报，2005，28(6)：755-762. [15] 黄樱，钱永甫. 南亚高压与华北夏季降水关系的研究[J]. 高原气象, 2003, 22(6): 602-607. [16] 赵声蓉，宋正山，纪立人. 青藏高原热力异常与华北汛期降水关系的研究[J]. 大气科学, 2003, 27(5): 881-893. [17] 袁潮霞，钱永甫. 南半球高纬地区前期环流异常和我国华北地区夏季降水异常的联系[J]. 热带气象学报，2005，21(6)：705-578. [18] BRETHERTON C S, SMITH C, WALLACE J M. An intercomparison of methods for finding coupled patterns in climate data[J]. J Climate,1992, 5(6): 541-560. RELATIONSHIPS BETWEEN SUMMER NORTHERN POLAR VORTEX WITH SUB- TROPICAL HIGH AND THEIR INFLUENCE ON PRECIPITATION IN NORTH CHINAZHANG Heng-de1, JIN Rong-hua1, ZHANG You-shu2 (1. National Meteorological Center, CMA, Beijing 100081,China; 2. Airforce Meteorological Center, Beijing 100843, China) Abstract：The northern polar vortex and suropical high (SH) are two important members of the atmospheric circulation which affect the weather and climate changes in China. They interact with each other closely and he great influence on summer precipitation in North China. Using the NCEP reanalysis data, 74 factors of the atmospheric circulation and monthly precipitation data from 160 stations in China provided by National Climate Center (NCC), the relationships among the northern polar vortex and the atmospheric circulation and SH during summer he been discussed and the joint effect of the polar vortex and SH on the precipitation in North China he been analyzed by means of composite analysis, correlative analysis and the SVD. The results show that the activity of the northern polar vortex is not only subject to geopotential heights in high latitudes, but also closely related to the circulation in middle and low latitudes. When the area and intensity of the polar vortex are anomalously large, the geopotential heights in the middle and low latitudes are much lower, so that the area and intensity of SH are the smaller, and the northern boundary of SH is more southward, especially for the change of the intensity. There is distinctively negative correlation between most indexes of polar vortex and factors of SH in Northern Hemisphere and transitional zones, while the polar vortex indexes are positively related to the northern boundary and ridge line indexes of SH in West Pacific and South China Sea. Most indexes of the polar vortex, north boundary and ridge line of SH are positively related to summer precipitation in North China, while the area and intensity indexes of SH are negatively correlated with it. In particular, the precipitation in North China increases obviously when the polar vortex anomaly in Asia and Europe enlarges, SH in North Africa, Atlantic, and North America shrink and weaken, and SH in West Pacific and South China Sea jumps northward. Key words：northern polar vortex；suropical high；summer precipitation in North ChinaPDF created with pdfFactory trial version .pdffactory

输送主要是指水汽的扩散与水汽输送，是地球上水循环过程的重要环节，是将海水、陆地水与空中水联系在一起的纽带。正是通过扩散运动，使得海水和陆地水源源不断地蒸发升入空中，并随气流输送到全球各地，再凝结并以降水的形式回归到海洋和陆地。所以水汽扩散和输送的方向与强度，直接影响到地区水循环系统。对于地表缺水，地面横向水交换过程比较弱的内陆地区来说，水汽扩散和输送对地区水循环过程具有特别重要的意义。

1.水汽扩散

水汽扩散是指由于物质、粒子群等的随机运动而扩展于给定空间的一种不可逆现象。扩散现象不仅存在于大气之中，亦存在于液体分子运动进程之中。在扩散过程中伴随着质量转移，还存在动量转移和热量转移。这种转移的结果，使得质量、动量与能量不均的气团或水团趋向一致，所以说扩散的结果带来混合。而且扩散作用总是与平衡作用相联系在一起，共同反映出水汽(或水体)的运动特性，以及各运动要素之间的内在联系和数量变化，所以说，扩散理论是水文学的重要基础理论。

分子扩散分子扩散又称分子混合，是大气中的水汽、各种水体中的水分子运动的普遍形式。蒸发过程中液面上的水分子由于热运动结果，脱离水面进入空中并向四周散逸的现象，就是典型的分子扩散。由于这种现象难以用肉眼观察封，可以通过在静止的水面上瞬时加入有色溶液，观察有色溶液在水中扩散得到感性的认识。在有色溶液加入之初，有色溶液集中在注入点，浓度分布不均，而后随着时间的延长，有色溶液逐渐向四周展开，一定时间后便可获得有色溶液浓度呈现正态分布的曲线，最终成为一均匀分布的浓度曲线。这种现象就是由水分子热运动而产生的分子扩散现象，扩散过程中，单位时间内通过单位面积上的扩散物质(E)，与该断面上的浓度梯度成正比。

紊动扩散紊动扩散又称紊动混合，是大气扩散运动的主要形式。特点是：由于受到外力作用的影响，水分子原有的运动规律受到破坏，呈现“杂乱无章的运动”，运动中无论是速度的空间分布还是时间变化过程都没有规律，而且引起大小不等的涡旋，这些涡旋也像分子运动一样，呈现不规则的交错运动，这种涡旋运动又称为湍流运动。通常大气运动大多属于湍流运动，由湍流引起扩散现象称为湍流扩散。

与分子扩散一样，大气紊流扩散过程中，也具有质量转移、动量转移和热量转移，其转移的结果，促使质量、动量、热量趋向均匀，因而亦称紊动混合。但与分子扩散相比较，紊动扩散系数往往是前者的数千百倍，所以紊动扩散作用远较分子扩散作用为大。

空中水汽含量的变化，除了与大气中比湿的大小有关外，还要受到水分子热运动过程、大气中湍流运动以及水平方向上的气流运移的影响。所以说上述两种扩散现象经常是相伴而生，同时存在。例如，水面蒸发时的水分子运动，就既有分子扩散，又可能受紊动扩散的影响。不过，当讨论紊动扩散时，由于分子扩散作用很小，可以忽略不计，反之，讨论层流运动中的扩散时。则只考虑分子扩散。

2.水汽输送

水汽输送是指大气中水分因扩散而由一地向另一地运移，或由低空输送到高空的过程。水汽在运移过程中，水汽的含量、运动方向、路线、以及输送强度等随时会发生改变，从而对沿途的降水有着重大影响。

同时，由于水汽输送过程中，还伴随有动量和热量的转移，因而要影响沿途的气温、气压等其他气象因子发生改变，所以水汽输送是水循环过程的重要环节，也是影响当地天气过程和气候的重要原因。

水汽输送主要有大气环流输送和涡动输送两种形式，并具有强烈的地区性特点和季节变化。时而环流输送为主，时而以涡动输送为主。水汽输送主要集中于对流层的下半部，其中最大输送量出现在近地面层的850～900nPa左右的高度。由此向上或向下，水汽输送量均迅速减小，到500～400nPa以上的高度处，水汽的输送量已很小，以至可以忽略不计。

影响水汽含量与水汽输送的因素很多，主要因素如下：

(1)大气环流的影响。如前所述水汽输送形式有两种，其中环流输送处于主导地位。这是和大气环流决定着全球流场和风速场有关。而流场和风速场直接影响全球水汽的分布变化，以及水汽输送的路径和强度。因此大气环流的任何改变，必然通过流场和风速场的改变而影响到水汽输送的方向、路径和强度。

(2)地理纬度的影响。地理纬度的影响主要表现为影响辐射平衡值，影响气温、水温的纬向分布，进而影响蒸发以及空中水汽含量的纬向分布，基本规律是水汽含量随纬度的增高而减少。

(3)海陆分布的影响。海洋是水汽的主要源地，因而距海远近直接影响空中水汽含量的多少，这也正是我国东南沿海暖湿多雨，愈向西北内陆腹地伸展，水循环愈弱，降水愈少的原因。

(4)海拔高度与地形屏障作用的影响。这方面的影响包括两方面：其一是随着地表海拔高度的增加，近地层湿空气层逐步变薄，水汽含量相应减少，这是我国青藏高原上雨量较少的重要原因，其次是那些垂直于气流运行方向的山脉，常常成为阻隔暖湿气流运移的屏障，迫使迎风坡成为多雨区，背风坡绝热升温，湿度降低，水汽含量减少，成为雨影区。

关于我国水汽输送，以2003年为典型年进行了比较系统的分析、计算与研究，得出了如下的基本结论。

(1)存在三个基本的水汽来源，三条输出入路径，并有明显的季节变化。三个来源是极地气团的西北水汽流、南海水汽流及孟加拉湾水汽流。西北水汽流自西北方向入境，于东南方向出境，大致呈纬向分布，冬季直达长江，夏季退居黄河以北；南海气流自广东、福建沿海登陆北上，至长江中下游地区偏转，并由长江口附近出境，夏季可深入华北平原，冬季退缩到北纬25。以南地区，水汽流呈明显的经向分布，由于水汽含量丰沛，所以输送通量值大；而盂加拉湾水汽流通常自北部湾入境，流向广西、云南，继而折向东北方向，并在贵阳—长沙一线与南海水汽流汇合，而后亦进入长江中下游地区，然后出海，全年中春季强盛，冬季限于华南沿海。

(2)水汽输送既有大气平均环流引起的平均输送，又有移动性涡动输送。其中平均输送方向基本上与风场相一致。而涡动输送方向大体上与湿度梯度方向相一致，即从湿度大的地区指向湿度小的地区。涡动输送的这一特点对于把东南沿海地区上空丰沛的水汽向内陆腹地输送，具有重要作用。

(3)地理位置、海陆分布与地貌上总体格局，制约了全国水汽输送的基本态势。青藏高原雄踞西南，决定了我国水汽输送场形成南北两支水汽流，北纬30°以北地区盛行纬向水汽输送，30°以南具有明显的经向输送。而秦岭—淮河一线成为我国南北气流的经常汇合的地区，是水汽流海陆的分布制约了我国上空湿度场的配置，并呈现由东南向西北递减的趋势，进而影响我国降水的地区分布。

(4)水汽输送场垂直分布存在着明显差异，在850nPa大气层上，一年四季水汽输送场形势比较复杂，在700nPa大气层上，在淮河流域以北盛行西北水汽流，淮河以南盛行西南水汽流，两股水汽流在北纬30°～35°一带汇合后由东流入海，在500nPa高度上，一年四季水汽输送呈现纬向分布，而低层大气中则经向输送比较明显，因而自低层到高层存在经向到纬向的顺时针切变。