[科普中国]-副热带反气旋

概念

在南、北半球副热带地区（20℃～35℃纬度地区），经常维持着沿纬圈分布的高压带，称为副热带高压带。由于海陆分布，纬圈方向上产生不均匀的加热作用，副热带高压带常断裂成若干个具有闭合中心的高压单体，称为副热带反气旋。1

形成原因副热带反气旋呈椭圆形，其长轴大致同纬圈平行，是大型、持久的暖性深厚行星尺度天气系统（暖中心与高压中心并不一定完全重合），它是控制热带、副热带地区的大气活动中心，是组成大气环流的重要成员之一。由于副热带反气旋占据广大空间，稳定少动，它的维持和活动对低纬度地区与中高纬度地区之间的水汽、热量、能量、动量的输送和平衡起着重要的作用，对低纬度环流和天气变化具有重大影响。如出现在西北太平洋上的副热带反气旋（又称西太平洋副热带反气旋），其西端的脊常伸到我国沿海，夏季可伸入我国大陆，冬季在南海上空还形成独立的南海高压，对我国及东亚的天气起到直接的和重大的影响。

副热带反气旋的形成既有动力因子的作用，也有热力因子的作用，不同地区副热带反气旋的形成原因也各有差异。副热带反气旋形成过程的经典解释是：赤道附近的大气比其他纬度的大气受热更多，形成上升运动，到高空后流向高纬。受地转偏向力作用，向高纬流去的气流产生向东的分量，纬度愈高向东的分量愈大而向极地分量愈小，因而在副热带地区对流层高层产生辐合下沉气流，引起对流层中下层气压升高形成高压。这支下沉气流是哈德莱环流的下沉支，除它之外，费雷尔环流的下沉支也作用于副热带地区，在它们的共同作用下形成副热带反气旋。1

气旋结构副热带反气旋结构比较复杂，在不同高度以及不同季节、不同地区都有所不同。从垂直剖面看，600hPa～100hPa层空气质量以辐合为主，尤以200hPa附近质量辐合最突出。600 hPa层以下质量辐散占优势，整层空气质量辐合大于辐散，有净质量堆积。

在对流层的中、下层，副热带反气旋的强度是随高度升高而增强的，高压的中心位置随高度升高向暖区偏移，因而高压中心与高温中心并不完全重合，高压脊线也不垂直。夏季时，陆地增温显著，下层暖中心便移向高压脊线的陆地一侧（在北半球是北侧）；冬季时，陆地冷却明显，暖中心便移到高压脊线的南侧。到对流层中、上层（500hPa以上），地表海陆热力差异的影响已大为减弱，高压中心与暖中心基本重合，高压脊线也大体垂直。1

特征副热带反气旋区内的水平温度梯度一般都比较小，而高压边缘由于同周围系统相交，温度梯度明显增大，尤其是北部和西北部更大。这种温度梯度分布特点造成了副热带反气旋脊线附近气压梯度小、水平风速小，而南北两侧气压梯度大、水平风速大的现象。

副热带反气旋范围内盛行下沉气流，因而在低层普遍形成逆温层，尤其高压东部逆温层较厚、较低。逆温层阻挡着对流运动的发展和水分垂直输送，导致逆温层以下空气潮湿，相对湿度达80%以上；而逆温层以上空气干燥，相对湿度在50%以下。1

在天气分析预报中，副热带反气旋范围多以等压面图上的特定等高线来表示，在500hPa等压面图上用588位势什米线的范围来确定，700hPa等压面图上一般以312位势什米线、850hPa等压面图上以152位势什米线、地面天气图上以1010.0 hPa等压线所围范围来确定。

副热带反气旋常年存在，由于太阳直射点的南北移动，使其位置有明显的季节变化。其位置一般以高压脊所在的纬度来确定：一般冬季脊线在15°N左右，到达最南的位置。从春到夏逐渐到7、8月，移到25°N-30°N。9月以后则南退；同时，在季节变化过程中，也存在短期变化，北进过程中有短时南退，南退过程中也有短时北进。并且，北进常与西伸相结合，南退常与东撤相结合。

在副高脊附近，下沉气流强，风力微弱，天气炎热，长江中下游地区8月份常出现的伏旱高温天气就是由副热带反气旋较长时间的控制造成的。脊的西北侧与西风带相邻，常有气旋、锋面、低槽等天气系统活动，多阴雨天气，例如我国主要的雨带位于副高脊线以北5-8个纬距，随着副热带反气旋位置和强度的变化，阴雨天气的分布也随之发生变化。当脊线位于200°N以南时，雨带在华南；6月份位于20～25°N时。雨带在江淮流域，即“梅雨”季节。7月份脊线越过25°N后，雨带移到黄淮流域.。7月底至8月初脊线越过30°N时，则华北、东北进入雨季，副高脊南侧为东风气流，当其中无气旋性环流时，一般天气晴好，但当东风气流发生波动，形成所谓东风波，或有热带气旋形成时，则会出现云雨、雷暴等恶劣天气。副高脊短期的东西进退，对其西部地区的天气也有很大的影响；当高压脊刚开始西伸时，常有热雷雨产生，在东撤时，其西部常有低槽东移，空气对流加强，造成大范同的雷阵雨天气。2

应用与发展1、东亚地区的降水在未来将会增加，在21世纪40年代末(2040s年代末)出现阶段性变化，在此之前降水的增加量较小(～1%)，并有较明显的振荡特征，而在2040s年代末之后降水明显增加(～9%)，中国东部地区进入全面的多雨期。这种变化以华北最为明显，华南和长江中下游地区次之。而气候模式对未来中国东部夏季降水型预测的EOF分析表明，未来百年中国东部的雨型将以多雨型为主，相应的时间系数在2040s年代末后进入正位相的高值期，而其它降水型的方差贡献较小，无明显变化趋势。相应，未来东亚地区的夏季风环流将会加强，在低层这主要是由于西北太平洋地区的副热带反气旋西北侧西南气流加强的结果;而在高层主要是由于南亚上空异常反气旋东侧东北气流加强的结果。这一季风环流的加强在中国东部也呈现出阶段性的变化特征，在2040s年代末之后东亚夏季风得到全面加强。同时，未来东亚大气中的水汽含量将会逐渐增加，进入中国东部地区的西南水汽输送在2040s年代末也出现阶段性的增强。这说明，在全球气候变化的背景下，东亚地区的水循环和环流场对全球变暖的响应基本一致，即降水和水汽的增加对应着季风环流的加强，降水的变化是气候变暖条件下动力和热力学因子共同作用的结果。3

2、在夏季风爆发前，华东-华南沿岸附近高空槽前的正涡度平流区随高空槽的东南移动向南海和菲律宾中部附近地区推进;正涡度平流是引起上述地区850 hPa气旋性涡度增大的最主要的物理因子，其次是暖平流。在夏季风爆发后，潜热加热项的作用迅速增大至与正涡度平流项大小相当，这两项是引起区域平均气旋性涡度增加的最主要的物理因子;它们和暖平流项一起抵偿了辐散项和绝热项的负贡献，令季风区的气旋性涡度得以发展/维持。因此，正涡度平流是直接导致南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱最重要的物理因子。4

3、副热带高压是位于南北半球副热带地区的高压系统。关于副热带高压的研究一直是我国气象学者所关注的问题，特别是西太平洋副高的活动，始终是人们关注的热点，研究结果指出，西太平洋副热带高压对我国天气影响显著，其位置与我国夏季雨带的位置密切相关。5