东亚地区海平面气压准两年振荡研究

摘 要：利用NCEP/NCAR海平面气压再分析资料，对1948年到2012年共65年的东亚地区各个季节的气压做经验正交函数（EOF）分析，发现西太平洋和亚欧大陆的气压变化位相相反。为了进一步确定东亚海平面气压的振荡周期，对其中的204个格点的海平面气压进行了扩展经验正交函数（EEOF）分析，结果表明，东亚海平面气压2-3年的周期振荡非常明显。

关键词：海平面气压；准两年振荡；EEOF

准两年振荡是大气环流年际变化的基本特征，针对这方面研究可以追溯到20世纪60年代初，Reed等[ 1 ]分析了热带平流层的纬向风，发现了准两年周期振荡信号，之后Belmont等[ 2 ]第一次使用quasibiennial oscillation（QBO）命名此周期信号。自从Reed等发现了准两年振荡信号，关于准两年振荡的研究就没有停止过，尤其以对流层准两年振荡[ 3 ]最为明显，人们发现了许多气候要素和天气系统的准两年振荡。James[ 4 ]在北半球海平面季节气压的功谱率中发现明显的准两年周期，邹力等[ 5 ]的研究也表明， 东亚季风存在明显的准两年振荡，并通过激发热带太平洋上空的强对流对ENSO循环产生影响。朱乾根，智协飞[ 6 ]关于中国降水的准两年振荡采用的EEOF方法进行的研究也产生了重大影响。卢峰，王黎娟，郑彬等[ 7 ]还研究了南海地区对流层大气准两年振荡的垂直结构特征。

众所周知， 海平面气压的变化可以表征低层大气环流的变化特征， 从而影响到气温、降水、风场等气候要素的变化。因此对其特征的研究长期以来得到广泛重视。

本文希望通过研究分析，确定出海平面气压是否也存在准两年振荡，如果存在，将对未来天气气候的变化及其预测有一定的指导作用，我国东临太平洋，气候系统及天气现象受太平洋气象要素影响巨大。东亚海平面气压的变化对我国整体的天气气候变化的都有比较明显的作用。因此选择了东亚1948-2012年（65a）的海平面气压场（SLP）的资料。

本次研究就是针对东亚地区海平面气压，探索其是否存在准两年振荡变化，以及振荡是否明显，如果是的话，将会对研究东亚海域的天气系统和环流形式产生一定的参考价值和帮助作用，对我国东部以及全国范围的气象预报能够起到指导作用，由于海平面气压的变化引起的天气气候的变化直接影响着人们的日常生活和生产活动，研究海平面气压的变化甚至对灾害天气的预测方面也有很大的帮助，可以起到防灾减灾的作用。

1 海平面气压场四季变化的研究

利用NCEP东亚地区（0°-55°N，70°-150°E）1948-2012年（65a）的海平面气压场（SLP）的季平均资料，做EOF分解，得到了四季的第一第二模态空间场图和时间系数图。

图1是四个季节的第一特征向量的空间分布以及它们的时间系数序列，春季前两个模态的方差贡献率分别为39.632%，14.927%。在第一模态的空间分布图中，发现东亚海域地区处于负值最大值区，为-0.025，而在印度洋处于最小值区；在第二模态的空间分布图中，东亚地区处于正值最大区，达0.05，在亚欧大陆地区处于最小值区，说明该亚洲东部的海平面气压有最大的年际变率。

在时间系数序列图中，同样可以看出，第一特征向量时间系数都具有较为明显的周期为两年的振荡变化，1951到1965年气压变化为正值且较大，在1957年和1963年取得最大值；1975年到1999年间气压变化为负值且较小，在1987年取得最小值。夏季，东亚海域地区处于负值最大区，为-0.015，振幅最大，在亚欧大陆区取得最小值，为-0.045。

由第一特征向量的时间系数序列图可以较好地发现时间系数存在两年振荡，即振幅存在两年左右的振荡周期，1955到1964年气压变化为正值且较大，在1961年取得最大值；1980年到2010年间气压变化为负值且较小，在1980年取得最小值。

秋季，东亚海域地区处于负值最大区，为-0.005，振幅最大，在印度洋取得最小值，为-0.05。 在是第一特征向量的时间系数序列图中，可以较好地发现时间系数存在两年振荡， 1956到1976年气压变化为正值且较大，在1961年取得最大值；1978年到2005年间气压变化为负值且较小，在1997年取得最小值。

冬季，东亚海域地区处于正值最大区，为-0.045，振幅最大，在亚欧大陆取得最小值，为-0.01。在第一特征向量的时间系数序列图中，可以较好地发现时间系数存在两年振荡，1978到1998年气压变化为正值且较大，在1992年取得最大值；1956年到1962年和2007年到2011年间气压变化为负值且较小，在2010年取得最小值。

2 海平面气压场的EEOF分析

由于EEOF分解的矩阵较大，耗费大量的计算机资源和计算时间，取分辨率低一些的海平面气压资料进行分析。本文选取5°×5°共204个格点的65年气压资料进行EEOF分析。前五个特征向量分别解释了总方差的46%，23%，21%，2.2%，1.1%，第一、第二特征向量之和解释了总方差的67%，因此它们的典型场是描述准两年变化的最主要分量。

图2给出的是不同滞后时间的EEOF1和EEOF2（EEOF1表示第1特征向量，EEOF2表示第2特征向量）的典型场分布。根据特征向量的正交性，发现图中EEOF2滞后8个月的图同EEOF1滞后0月的图比较相似，基本上描述了相同的形势，而EEOF1滞后8个月的图和EEOF2滞后0月的图描述的形势相似，但是符号相反（即具完全相反的特征）。这样就可认为EEOF1和EEOF2所描述的典型场是同一准两年周期过程中不同时刻的形势，其中EEOF2超过了EEOF1四分之一周期的位相。将EEOF1和EEOF2的不同时间滞后图按下列次序排列。EEOF2滞后0个月，滞后4个月，滞后8个月和EEOF1滞后0个月，滞后4个月，滞后8个月，这样正好构成了准两年振荡的半个周期（8×2=16个月）。后半个周期的演变情况类似于上半个周期，而符号相反。因此可以得出结论，东亚海平面气压具有约32个月（2～3）的的振荡周期。

3 结论

本文通过对1948年到2012 年共65年的759个格点的东亚地区四季气压做EEOF分析，得到如下结论：

1）东亚海域处于气压振幅最大值区，说明此处有较为明显的振荡，而与此相反的是在亚欧大陆上常处于最小值区，表明它与东亚海域有相反的位相。另外，1950至1975年的振荡以正变化为主，1975至2005年的振荡以负变化为主，而在冬季却相反，1950至1975年已负变化为主，1975至2005年已正变化为主；

2）东亚海平面气压的振荡大约32个月为一个周期，准两年周期振荡非常明显。

参考文献：

[1] Reed R G，Campbell W J，Rasmussen L A， et al.Evidence of the downward-propagating annual wind reversal in the equatorial stratosphere[J].J Geophys Res，1961，66（6）：813-818.

[2] Belmont A D， Dartt D G.Variation with longitude of the quasi-biennial oscillation[J].Mon Wea Rev，1968，96（5）：767-777.

[3] 郑彬，梁建茵.对流层准两年周期振荡的研究进展[J].热带气象学报，2005，21（1）：79-86.

[4] James W A.Long-period variations in seasonal sea-level pressure over the Northern Hemisphere[J].Mon Wea Rev，1971，99（1）：49-66.

[5] 邹力，吴爱明，倪允琪.在准两年尺度上ENSO与亚洲季风相互作用的研究[J].热带气象学报，2002，18（1）.

[6] 朱乾根，智协飞.中国降水准两年周期变化[J].南京气象学院学报，1991，14（3）： 261-268.

[7] 卢峰，王黎娟，郑彬等.南海地区对流层大气准两年振荡的垂直结构特征[J].热带气象学报，2011，27（4）：484-494.

作者简介：周鑫，男，解放军理工大学研究生。