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（2016版）复合影响因子：585（2016版）综合影响因子：512
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: 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比分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 --------------------------------------------------------------------------------Page 2 418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 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-5，只有极少数地区呈现弱的正相关，相关系数仅为 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≥0 的年份作为大值年，标准化距平≤-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、1971 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、1970、1976、1992、1994 强度小值 8 年：1952、1953、1954、1977、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 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 --------------------------------------------------------------------------------Page 3 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 --------------------------------------------------------------------------------Page 4 420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-45、-52、-43、-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-43、-51、-24、-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 5、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 69、63、40，均在 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：-58、-47、-24、-31、-60、-54、-49、-36、-27、-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 10、05、01、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 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 --------------------------------------------------------------------------------Page 5 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。-3-2-7147101316192225283134374043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52、42、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 2、7、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 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 11、13、28、20、29、24、26、40、49、24、15、27、39、23、37、12、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。-5-4-3-2-41 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 24 和-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 --------------------------------------------------------------------------------Page 6 422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): 97- [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- [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- [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- [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- [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- [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- [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- [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- [10] 彭维耿，陈楠 宁夏多、少沙尘暴年 4 月平均环流特征的对比分析[J] 高原气象, 2002, 21(6): 599- [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- [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- [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- [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- [15] 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stations in China provided by National Climate Center (NCC), the relationships among the northern polar vortex and the atmospheric circulation and SH during summer have been discussed and the joint effect of the polar vortex and SH on the precipitation in North China have 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 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 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 S 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 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 Key words：northern polar vortex；subtropical high；summer precipitation in North ChinaPDF created with pdfFactory trial version
火灾有认为，也有自然的，目前学界对于灾害的分类尚无统一方法。据笔者所知，有马宗晋先生的自然灾害七大类划分法，[1]宋乃平先生提出的灾害分类体系，[2]张波先生的农业灾害分类体系，[3]以及赵理真先生提出的人为灾害划分方法等，[4]此外还有人提出自然灾害的五类划分法。[5]各家对自然灾害的分类在某些方面表现出很大的差异。在对自然灾害的分类上有五分法、四分法、七分法等几种方法，灾种的类属也不尽相同。从各自的分类体系看，七分法、五分法难免同一灾种在不同灾类中复出的缺憾，而四分法又存在灾种遗漏现象，不能将繁杂多样的灾种囊括竭尽。这就涉及到分类方法的恰当与否、分类标准的统一与否、分类体系的完善与否等方面的问题。按照分类学的要求，灾害分类时灾种在类属之间的重复或遗漏现象是不应该出现的。有鉴于此，笔者提出灾害的三级分类体系。灾害的三级分类体系，就是把灾害按照灾型、灾类、灾种三级层次进行划分或归类。灾型为一级结构，灾类为二级结构，灾种为三级结构。灾害的三级分类体系，是建立在对灾害巨系统层次结构的认识之上的。系统是由各种既相区别又相联系的要素按一定的方式或结构组合而成的整体，具有层次结构的特征。地球本身就是一个巨系统，从结构层次上可以划分为大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等。作为地球巨系统组成部分的灾害，它本身也是一个复杂的系统。从影响范围上讲，它既涉及自然界的各个圈层，也涉及人类社会；从构成层次上看，在灾害的三级分类系统中，每一级结构都还存在着不同的次级结构，也就是亚型、亚类和亚种。就目前所知各灾种的性质而言，一般都包含致灾原因、成灾过程和为害后果三个方面。这是灾害共性之所在，因而据此可进行灾害分类的一级结构—灾型的划分。 一、灾型的划分 1、按灾因划分灾害的发生原因是多种多样的，根据各灾因在地球系统中所处位置的不同，可以归结为自然原因、社会原因和天文原因三大类，据此可把灾害划分为自然灾害型、社会灾害型、天文灾害型。2、按成灾过程划分从灾害发生过程看，一次灾害从发生到消失可分为孕育期、潜伏期、预兆期、暴发期、持续期、衰减期、平息期，[6]各个时期有长有短，而对人类影响最严重的时期是灾害的持续期。一般而言，持续期的长短与人类生命财产的损失是成正比的。因此，可以根据灾害持续期的长短把灾害划分为突变型、暂变型和缓变型灾害持续期为数小时或数日以内者为突变型，持续期为数十日至数月者为暂变型，持续期为数年、数十年甚至数十年以上者为缓变型。因为灾害本身就是一种异常或变异现象，故以“变”字来概括灾害发展过程的性质。3、按为害后果划分灾害的发生是一种自然现象，灾害的影响却是造成严重的社会危害，主要表现为生命和财产两个方面。有些灾害对人类的生命构成威胁，有些灾害造成财产损失，而更大一部分的灾害，其为害后果是两者兼而有之。因此，从灾害的成灾对象或为害后果上，可把灾害划分的三种类型：一为财产损失型，二为生命威胁型，三为生命财产危害型。4、灾型间关系按同一方法划分的灾型，它们之间是并列共存的关系，而不同方法划分的灾型，彼此之间没有并列共存关系，但可能具备部分藕合的性质。 二、灾类的划分 划分灾类就是对同一灾型内部各灾种根据某些性质的异同而进行的归类，性质不同或差异较大者另归他类。由于灾型的划分方法不一致，所得灾型也不相同，对灾类的划分也就难以统一地进行。从原则上讲，根据灾型内部各灾种在地球系统中所处的层次、灾害发生的地域范围以及灾害发生频率进行划分比较适宜。1、按灾害在地球系统中所处的层次划分这种方法适用于自然灾害型、天文灾害型和社会灾害型灾害的分类(表1)。自然灾害型灾害可根据灾种在自然界各圈层中的位置来进行分类，依次可分为气象类灾害、水文类灾害、地质类灾害和生物类灾害四大类。气象类灾害指发生于大气圈的各灾种；水文类灾害指发生于水圈的各灾种；地质类灾害指发生于岩石圈的各灾种；生物类灾害指发生于生物圈的各灾种。社会灾害型可划分为政治类灾害、经济类灾害、文化类灾害三类。政治类灾害指战争、犯罪、社会动乱等一系列社会问题，其影响层面主要在政治系统；经济类灾害指发生于经济系统(农业、工业、交通运输业、货币金融领域等等)中的各种灾害；文化类灾害指在文化领域泛滥成灾的各种问题或现象，天文型灾害可在更大的层次上(以太阳系为界)划分为地外灾害与宇宙灾害。地外灾害指发生于地球之外太阳系之中而对人类社会造成灾难事件的各种灾害；宇宙灾害指发生于太阳系之外而对人类社会造成灾难或产生不良影响的各种灾害。表1 灾害分类体系——I 2、按灾害发生的范围大小划分灾害发生、成灾的范围有大有小，因此它也可以做为灾类划分的一个标准。这种方法主要适用于生命威助型、财产损失型、生命财产危害型灾害的分类(表2)。生命威胁型灾害可根据受害人的数量多寡划分为群发类灾害和散发类灾害。群发类灾害指在一定时间内(<1天， 1月或1 年)使成百上千人受害的灾种或灾难性事件。散发类灾害指零星暴发、危害个别或少数人人身安全的灾种。财产损失型灾害可根据发生的地域范围进行划分，有村镇建筑设施类和土地植被类两类。村、镇建筑设施类指造成房倒屋塌、设施破坏的一系列灾害；土地植被类指侵害农田、森林、草场等的灾害。生命财产危害型灾害可根据成灾范围的大小划分为地区类灾害和局地类灾害两类。地区类灾害指使成片的地带受灾或跨区、跨省成灾的灾害；局地类灾害指在较小的范围发生、影响不过一市、一县或数县，且多是零星分布，不能成片、连带的成灾。表2 灾害分类体系——II 3、按灾害的发生频次进行划分灾害发生的频次有多有少，根据灾害在成灾地区复发的次数进行分类，也是一种可行的方法。这种划分法主要适用于突变型、暂变型和缓变型灾害的分类(表3)。突变型灾害破坏性大，可根据某个成灾区内重现的概率进行分类，划分为多发类灾害和偶发类灾害。多发类灾害指在一定时间内在某一灾区中多次重现的灾害；偶发类灾害指重现的可能性较小或重现的概率较低的灾害。暂变型灾害成灾面积大，后果严重。根据暂变型灾害在l年中的发生频次划分为复发类少害和单发类灾害。凡在l年中发生达到两次或两次以上者，为复发类；l年仅发生一次者，为单发类。缓变型灾害的成害过程漫长而持久，有的长达数十年，有的长达百年甚至数百年之久，故可根据一次灾害持续期的长短划分为世纪类灾害和历史类灾害。持续时间在百年以内者，为世纪类灾害，持续时间在百年以上者，为历史类灾害。表3 灾容分类体系(三) 4、灾类之间的关系如上所述，已有三种灾型划分方法，与之相对应的也有三种灾类划分方法。每一种方法均自成体系，不相混杂因而也就构成三种灾类分类体系，每一体系内部灾类之间的关系是并列共存关系，不同体系的灾类之间则可能存在部分藕合关系。 三、建立灾害分类体系的意义 灾害分类是灾害学研究的一项重要课题建立正确的灾害分类体系，对于进行灾害历史的研究、目前做好减灾防灾工作以及进行灾害的定量化研究等等都具有重要作用，特别是在进行灾情评估、灾害史料的定量化研究方面具有重要的指导意义。1、有助于灾情评估灾害评估是一项复杂的工作，它既涉及灾害的自然属性，也涉及灾害的社会属性。灾害的自然属性即灾害发生的强度和烈度，以灾级表示，不同灾种有不同的灾级计量方法；灾害的社会属性即灾害对人类的生命和财产破坏的程度，以灾度表示，各类、各种灾害应该有统一的灾度计量方法。以学科范围看，灾级属于气象学、水文地质学的范畴，灾度则属灾害学范畴。灾情评估应该包括灾级和灾度两个方面灾度计量可以参照表2进行，对这个问题，将作专文论述。2、有利于历史灾害史料的定量化分析根据表2进行灾度判定，将为历史灾害史料的定量化处理提供理论基础和适当的方法。历史灾害史料一般都包括人员伤亡和财产损失两项，可以根据不同时期社会承灾能力确立人员伤亡和财产损失双因子的灾度标准，进行历史灾害的灾度计算，然后进行历史灾害的定量化研究。[1] 全国重大自然灾害调研组《自然灾害与减灾600问答》P5，地震出版社，1990。[2] 宋乃平《灾害和灾害学体系及其研究方法》，《自然杂志》1992(3)。[3] 张波、李洪斌、冯风、张纶《农业灾害学刍论》，《西北农业大学学报》1993(2)。[4] 杜一主编《灾害与灾害经济》P83，中国城市经济社会出版社，1988。[5] 谢应齐编著《自然灾害与减灾防灾》P4－6，中国农业出版社，1995。[6] 郭强《论灾害行为》，《灾害学》1993(1)
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城市是人口、商业、工业、交通高度集中的区域，由于人类的活动和工业生产排放出大量的热量，使城市气温比周围郊区气温高，这一新现象就称为“城市热岛效应”。我国曾观测到的最大城乡温差（城市热岛强度），上海是8℃（1979年11月13日20时），北京是0℃（1966年2月22日清晨）。城市热岛最早见之于科学记载的，可能是1818年英国出版《伦敦气候》。作者L·赫华德对城市气候的两大发现，就是伦敦市中心气温比郊外高（各月平均分别高5℃—2℃），以及城乡温差夜间比白天大。随着世界各地城市的发展和人口的稠密化，“城市热岛效应”变得日益突出。 城市热岛效应的产生因素及危害 城市热岛主要是由以下几种因素综合形成：①人口高度密集、工业集中，大量人为热量喷发。②高耸入云的建筑物是气流通行的障碍物，造成的地表风速小且通风不良。③城市绿地的缺少。④人类活动释放的废气排入大气，改变了城市上空的大气组成，使其吸收太阳辐射的能力及对地面长波辐射的吸收增强。据统计，热岛的80%归咎于绿地的减少，20%才是城市热量的排放。由此可见绿地对城市的重要性。 城市热岛的危害主要表现在：①“热岛效应”引起自然环境和植物生态发生变化，夏季城市更加闷热，“热岛效应”使大气中的粉尘增多，威胁市民的健康。②“热岛效应”的产生不仅使人们工作效率降低，而且中暑人数增加，夏季高温导致火灾多发，加剧光化学烟雾的危害。③产生热岛效应后，阻碍城乡空气交流，新鲜空气进不来，有害气体排不出去，烟尘、二氧化碳、汽车尾气等污染物便会在地表空气磨擦层长时间滞留，形成灰蒙蒙的大气状态，诱发多种疾病。 武汉市热岛遥感成果 应用遥感技术，特别是应用卫星遥感资料TM6热图象研究城市热岛，在国内外都有过报导。武汉市曾于1988年、2000年分别利用遥感技术对武汉市冬季和夏季的热岛效应做了研究，初步掌握了武汉市热环境的空间和变化规律。其对武汉市环境质量的改善和规划都有十分重要的科学价值和现实意义。 城区热岛分布规律和特征（1988年的分布状况） （一）城区热岛的水平结构 根据白天（12-15时）和夜间（0-3时）热环境资料的分析，武汉市区热岛日周期水平变化较大，白天构成以市区为主、面积大、分布集中的多中心城市热岛为主要特征，市区被长江、汉江分割形成三镇（汉口、汉阳、武昌）四片（汉口、汉阳、武昌、青山）的多中心热岛结构，其中汉口有三个强热岛中心（以9 ℃）为界：一是从武胜路—三阳路，从中山大道—建设大道呈“凸”字形，范围最大，强度最高，基本分布在人口稠密区；二是堤角工业区，从黄浦路沿工农兵路到新村街，为一直径2公里的圆形；三是易家墩工业区，从汉宜路南端沿解放大道到古田一路呈南北宽1公里的东西向带状，与工业区的分布位置吻合。 青山区有两个强热岛中心：一是武钢厂区，呈北西向排列长约5公里，宽1公里的平行四边形；二是生活区，以红卫路街和新沟桥街为中心两个相邻的小热岛，直径小于1公里。 武昌有两个弱热岛中心，分别位于武昌老城区沿江呈岛带状 和四美塘的两端，面积较小。 夜间城市热岛范围较小，强度较弱，以工业热源和水体效应为主构成热岛呈零散分布为主要特征，青山武钢为热岛最强，以炼铁厂为中心呈同心圆向外扩散，直径为1公里。汉阳汉钢为一弱热岛中心，汉口城区温度略高于背景温度（1℃）强度极弱，而大面积的水体都表现出较市区更高的温度，形成与水体形状相类似的热岛和热带，分布于市区外围或横穿市区。 （二）城区热岛的强度分布 总的来说，武汉市在温差较小的秋未季节（11月份）整个城市热岛强度较小，特别是在午后和午夜时，最大强度仅有1℃。并且汉口几个热岛中心的强度均大于武钢热岛中心强度，白天市区均呈不同强度的热岛，热岛边界出现的范围基本上与建城区吻合，只有在大的水体附近和广埠屯以东没有热岛出现，呈“冷湖”特征。 夜间热岛强度大小主要与工业热源有关，武钢最强，达1℃。汉阳的七里庙工业区次之，达3℃，汉口人口稠密区为1℃。并且汉口几个热岛中心的强度均大于武钢热岛中心强度，白天市区均呈不同强度的热岛，热岛边界出现的范围基本上与建城区吻合，只有在大的水体附近和广埠屯以东没有热岛出现，呈“冷湖”特征。 白天热岛强度除与下垫面类型有关外，各具特色的工业区对热岛形成起了重要作用，如易家墩工业区，堤角工业区，七里庙工业区，青山工业区等，绿化较好的地区（解放公园）和较大水体对气温具有一定调节作用，形成市区内的低温区。 总之，城市热岛强度夜间大于白天，上半夜大于下半夜，具有热源的工业区大于一般市区，人口密集，建筑密度大的城区高于稀疏区，白天水体植被具有调节气温作用，削弱了热岛强度；夜间水体具有保温作用，形成热岛。不同季节的城市热岛心基本不变，热岛强度差别较大。 利用2000年遥感温度片对城区热岛效应综合分析 中国共产党武汉市第九次代表大会，武汉市第十届人民代表大会和97年市政府第112次常务会议决定，用五年时间把我市初步建成“山水园林城市”，这是我市园林绿化事业一个难得的历史发展机遇。经过这几年大力度的绿化建设，一大批环境创新工程相继竣工，江城面貌发生了前所未有的改观。截至2000年，武汉市城区公园由25座增至33座，绿化广场由2个增至12个，街头游园由232个增至254个，绿地覆盖面积已达到6981公顷，绿地覆盖率达24%，人均公共绿地44平方米，武汉市市容环境正日新月异地改变着。 根据ETM+传感器于2000年9月21日上午10:00～10:15获取的第6波段的高增益影像资料分析，武汉市热岛的白天构成仍以市区为主，市中心并不存在一个明显的热岛中心，而是呈现一种复杂的镶嵌式结构，呈多中心分布模式。但比照88年的热岛分布状况，大片的热岛被瓦解或已成点状分布，较明显的例证有以下几处： 其中，原汉口从武胜路——三阳路，从中山大道——建设大道呈“凸”字形，范围最大，强度度最高的区域，已明显在菱角湖、机器荡子湖等五湖组成的“绿心”周围挖空，这同近几年通过水体保护和环湖绿化将这“五湖”建成汉口中部的湖泊公园是分不开的。这里已形成绿色空间相对集中的汉口中心区“绿心”，再加上这里旧城区改造，增加绿化量，都大大降低了周围温度。据估算，一公顷绿地昼夜蒸发水的调温效果相当于500台空调连续工作20小时的制冷效果。可见，多植树、多植草给整个城市居民带来的益处多多。 其次是青山区，根据96年普查资料统计，绿地面积为07公顷，99年普查资料统计，绿地面积为70公顷，增加63公顷，单位附属绿地面积96年普查资料为12公顷，99年普查资料为44公顷，增加32公顷，88年热岛较集中的武钢厂区、生活区热岛范围明显减少，红色（温度最高位置）区域基本上由88年片状打散成局部、点状，面积大大减少。这同近几年武钢以加入WTO为契机力求创建具有国际一流企业水准的环境容貌，掀起大规模的拆除闲置房植树造林的活动密不可分。武钢仅从1998年～2000年就投资将近四千万兴建绿化工程，而且力度逐年加大。仅2001年就拆除各类闲置房等建筑5万平方米，建成绿地9万平方米。武钢的居住区还被评为全国绿量最大的工业人口居住区 武昌区在96年普查资料中绿地面积是13公顷，99年普查资料绿化面积是66公顷，增加了53公顷，比较 显著减少的是长江大桥沿武珞路与中南路附近，这同近几年这里大型广场红楼广场、洪山广场的建成密不可分，红楼广场由2万平方米的小游园改建成42万平方米的大型绿化广场，拆除2万平方米的建筑及商业门面，搬迁了阅马场小学，使南北两个广场连成整体，基本上保留了原有的大树，体现了“绿色广场”的新概念，洪山广场将原东、西广场贯通形成8万平方米的绿化广场，新建公共绿地2万平方米。大型绿地带给我们最大的生态效应——减缓城市热岛效应，其降温效应主要归功于它能对水分进行吸收和蒸腾，清洁空气中的毒气。 以上是从三处较大变化的面的角度作以概述，从点上说，最明显的例证是位于两江交汇处的半岛型地域——南岸嘴，南岸嘴地理位置非常重要，东临长江，北依汉水，南枕龟山，西接月湖，南岸嘴地区总用地面积为172公顷。一直以来，这里民居稠密，街道纵横，解放后，由于交通、防洪等方面的因素限制了该地区的发展，这里的面貌较为破旧。从88年热岛分布图上，可看到此处正是热岛明显集中的区域，由于近几年市政府重视对其的改造和绿化，这里的面貌发生巨大变化，从2000年热岛分布图上可以看到这里核心区的热岛已基本消失。随着改造力度的加大，这里将逐渐形成武汉市的一颗璀璨的“明珠”。 从2000年热岛分布状况中，仍可见许多热岛区域的存在，并有新的热岛中心产生，较大的区域如武汉沌口经济开发区工业密集区，这是整个城市发展、延伸、新工业园产生的过程中不可避免的，关键在于如何最大限度地降低热源的危害，这就给整个绿地系统规划工作带来新的课题，怎样更好地利用绿色植物减缓城区热岛效应。利用绿色植物，减缓城区热岛效应的方法和措施。 武汉市绿化建设应遵循科学合理，因地制宜的原则，绿化、规划、环保、城建部门联手，使过去的“见缝插绿”变成今天的“规划建绿”。在规划建绿中，依据生态学理论，结合大型城市的特点，逐步形成平面绿化和空间绿化相结合，公共绿地、居住区绿地、单位绿化同步发展，城乡一体化的大型城市绿化发展特色，具体方法和措施如下： （1）加强绿廊建设 由于道路处于交通污染严重的环境下，更应进一步加强对道路绿化的建设，道路绿化带及河流绿化带属于人类塑造的一种特殊的绿廊，直观地看，廊道（绿化带）的树冠阻挡了阳光和风，达成了微环境条件，除改变小气候外，还起分割屏障，连通的作用，在规划市区外缘，根据地形和可能条件，设置营造宽展的城市防护林带，并和邻县的农田防护林网相联结，在规划市区内，要在居住区、集团之间营造隔离林带，特别是工业区和居住区必须尽可能设置一定宽度的卫生防护林带。在这方面，上海市已做了不少努力，提出并着手建设长97km，宽500km的外环线绿化带，并且注意绿色廊道的相互连通。这样，夏季就可以利用绿色廊道引凉风入城，消除一部分热岛，而冬季，大片树林可以减低风速，发挥防风作用。 （2）在市中心创建大型绿地——“绿心” 大型绿色地带给我们最大的生态效应——减缓城市热岛效应，气象专家认为，绿地是城市的天然的“空调”和“空气清洁器”，夏季林区的太阳辐射量为非林区的66%，平均辐射温度可降低1%。赤裸的街道气温如40℃的话，公园林地可降低64℃，仅为36℃。例如，在上海市中心的黄浦区、卢湾区、静安区是上海“热岛效应”最强的地区，而三区的交汇处更是一直受到气象部门关注的“特高温区”，在此规划建设延安中路大型公共绿地等于为城市打开一扇“天窗”。一期工程竣工后，市气象局对该地块测试表明，在7、8、9三个月间，白天气温与同期相比，平均下降6℃,晚上气温平均下降1℃多。有专家推算，面积7万平方米的延中绿地一期工程在每小时吸收的热量相当于1385台两匹空调的工作量。目前，面积23万平方米的延中绿地已经建成，缓解“热岛效应”的范围达到5平方公里。可见，延中绿地的建设对缓解上海市中心“热岛效应”已经起到了有效的作用。并且在上海建成的和在建的绿地中，面积过万的信手拈来，7万平方米的徐家汇公园，10万平方米的陆家嘴中心绿地，13万平方米的虹桥花园，23万平方米的延中绿地，140万平方米的浦东世纪公园……这些都是上海对改善城市生态环境，缓解中心城区热岛效应，提高市民生活质量所作出的重大措施， （3）加强屋顶绿化 对城市屋顶进行绿化是美化城市环境，削减城市“热岛效应”的有力措施。如果从空中向下俯视江城武汉，大都是“素面朝天”的水泥屋顶，很少见绿。这样的屋顶对光热日储夜放，不仅使江城夏季燥热难当，而且空中俯瞰，更是有碍观瞻。截至2001年底，武汉市建成区面积约 88 平方公里，其中已建房屋占地面积约70平方公里，并且每年还以一定的速度增长，如果将已建成的房屋中的半数屋顶用来绿化,可增加绿地 35平方公里，相当于106个中山公园的面积。屋顶绿化还大大可以降低绿化成本，据市园林局统计,在市中心建造绿地，绿化、养护，连同拆迁费等成本一起计算在内，每平方米绿化成本在1万元以上，而屋顶绿化的成本每平方米在200—500元左右。很显然，屋顶绿化潜力巨大，可以成为城市绿地的重要增长点。其对改善市民的居住条件，提高生活质量，降低城区热岛效应以及美化城市的环境景观，改善生态效应都有着重要意义。目前，屋顶花园在国外已不再是“空中楼阁”，美国芝加哥为减轻城市热岛效应，正推动一项屋顶花园工程来为城市降温，日本东京明文规定：新建筑与地面面积只要超过1000平方米，屋顶的1/5必须有绿色植物覆盖，否则开发商就得接受罚款。国内深圳、长沙、兰州等城市也把城市楼群的屋顶作为新的绿源，武汉市应根据本市的实际情况，研究制定一些相应的政策和规定，鼓励相关企业，房地产开发企业和建设业主单位绿化建筑屋顶。让武汉的上空绿来、美起来，必将成为人们的共识！ （4）发展针对性强的垂直绿化 凡有条件的地方，都要下大力度继续拆墙透绿，把绿色亮出来。广泛栽种爬墙虎、常青藤等攀援植物，研究材料表明，有垂直绿化的墙面表面温度比清水红砖表面温度低5℃～14℃,并且可减少墙面热辐射1464千卡/平方米·小时。 充分利用绿色植物来减缓城区热岛效应较典型的例证就是广州市。广州城外远郊森林围城，市区绿化遥相呼应。从“一年一小变”开始规划建绿、动迁造绿、见缝插绿、破墙透绿、环城围绿……地面绿化的同时，空中也建设立体性绿化。技术人员根据对遥感影象图和城市气象观测数据综合分析发现，近几年来，广州城区“热岛效应”已有减弱迹象，温差大于2℃的热岛面积已停止扩大，温差大于6℃的热岛面积已有缩小趋势，闹市区的“热岛效应”明显降低，特高温区减少。 总之，武汉市应当应用“生态系法”，以减缓热温为主，规划生态轴、生态绿心、生态环和放射生态走廊相互联系的“环状——放射”型框架结构，创造新的城市绿地体系。并运用航空红外遥感技术资料的热岛分布，因害设防，在中心城区按照服务半径和防灾、消防功能要求布局绿地；按城市组团要求设置结构性绿地；在主城外围造人工森林、绿色廊道 、楔形绿地成为新鲜空气的库地和通道，走社会、经济与生态环境相协调的持续发展的绿色道路，形成树木成荫、成林、成片、成景，碧水蓝天的空间绿色城市。从而有效地缓解城市热岛的影响。 参考资料： 【1】 卢大远,万远翔等著城区热环境污染武汉市环境质量报告书(一九八六年～一九九零年度) 【2】 缪义民，赖宝清著 对屋顶绿化中几个常见问题的认识与探讨 中国园林2001(4) 【3】 中国环境在线日本城市楼高 市区绿化招多 【4】 大洋网讯森林围城 【5】 千龙新闻网绿色住宅闪亮登场
自己找个网页或者文献吵去吧
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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: 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比分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 --------------------------------------------------------------------------------Page 2 418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 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-5，只有极少数地区呈现弱的正相关，相关系数仅为 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≥0 的年份作为大值年，标准化距平≤-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、1971 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、1970、1976、1992、1994 强度小值 8 年：1952、1953、1954、1977、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 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 --------------------------------------------------------------------------------Page 3 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 --------------------------------------------------------------------------------Page 4 420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-45、-52、-43、-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-43、-51、-24、-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 5、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 69、63、40，均在 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：-58、-47、-24、-31、-60、-54、-49、-36、-27、-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 10、05、01、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 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 --------------------------------------------------------------------------------Page 5 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。-3-2-7147101316192225283134374043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52、42、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 2、7、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 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 11、13、28、20、29、24、26、40、49、24、15、27、39、23、37、12、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。-5-4-3-2-41 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 24 和-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 --------------------------------------------------------------------------------Page 6 422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): 97- [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- [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- [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- [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- [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- [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- [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- [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- [10] 彭维耿，陈楠 宁夏多、少沙尘暴年 4 月平均环流特征的对比分析[J] 高原气象, 2002, 21(6): 599- [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- [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- [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- [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- [15] 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stations in China provided by National Climate Center (NCC), the relationships among the northern polar vortex and the atmospheric circulation and SH during summer have been discussed and the joint effect of the polar vortex and SH on the precipitation in North China have 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 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 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 S 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 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 Key words：northern polar vortex；subtropical high；summer precipitation in North ChinaPDF created with pdfFactory trial version
大气科学进展是SCI收录期刊，国内大气科学领域时最好的，其他的气象学报与大气科学差不多，好于另外两个。版面费是都要收的，但是如果没有资助的话可以申请减免，能不能成就看运气了～
（2016版）复合影响因子：585（2016版）综合影响因子：512