【摘 要】
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长江中下游和华南地区是我国夏季平均降水最多的地方,且这两处的降水均存在显著的季节内振荡模态。因此,分别研究这两个区域季节内降水的变化特征和相关机理有助于加深对当地降水成因的理解,以及为进一步开展降水的延伸期预报提供理论参考。前人工作多是基于所有降水事件合成的结果来研究季节内降水和环流异常的平均特征,而本论文则利用聚类分析等客观分类方法,重点研究季节内降水的多样性特征。进一步,论文将阐明不同类型降水
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“MJO三维环流结构影响MJO传播的动力机理研究”(41975108); 国家自然科学基金面上项目“夏季丝绸之路与东亚-太平洋型结合模态的维持机制及对长江流域降水的影响研究”(41975085); 国家重点研发计划“10~30天极端天气过程可预报性及预报理论与方法研究”(2018YFC1505801);
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长江中下游和华南地区是我国夏季平均降水最多的地方,且这两处的降水均存在显著的季节内振荡模态。因此,分别研究这两个区域季节内降水的变化特征和相关机理有助于加深对当地降水成因的理解,以及为进一步开展降水的延伸期预报提供理论参考。前人工作多是基于所有降水事件合成的结果来研究季节内降水和环流异常的平均特征,而本论文则利用聚类分析等客观分类方法,重点研究季节内降水的多样性特征。进一步,论文将阐明不同类型降水事件背后的物理机制。得到的主要结论如下:(1)揭示了长江中下游10-30天降水的两种典型事件。通过分析长江中下游10-30天持续性强降水事件峰值位相对应的西太平洋副热带高压(西太副高)指数和南亚高亚指数,发现绝大部分降水事件(约80%)对应西太副高西伸,而部分事件中(64%)南亚高压东扩、部分事件中(36%)南亚高压西退。因此我们提出存在两种典型的长江中下游10-30天降水事件,分别是“东南亚高压事件”和“西南亚高压事件”,前者对应南亚高压东扩及西太副高西伸,而后者对应南亚高压西退及西太副高西伸。(2)阐明了“东南亚高压事件”和“西南亚高压事件”中降水的不同触发机制。对于“东南亚高压事件”,降水发生前西北太平洋出现异常反气旋,与之对应的异常西南风穿越中国东南部,向长江中下游输送水汽,增湿当地边界层,从而造成当地大气对流不稳定,触发当地对流型降水。对于“西南亚高压事件”,降水发生前西北太平洋反气旋异常较弱,长江中下游被异常北风控制,异常北风携带干冷空气南下,触发长江中下游锋面降水。两类事件中南亚高压的纬向变化都受到中高纬度扰动的影响。“东南亚高压事件”中长江中下游降水可以通过垂直位涡平流促进南亚高压东伸。在“西南亚高压事件”中,中高纬度具有相当正压结构的大尺度异常气旋引起南亚高压的西退,并触发长江中下游降水。(3)识别了华南10-30天降水事件对应的三种典型传播路径。通过对1979-2008年间夏季华南10-30天降水事件的时间-经向剖面图进行聚类分析,发现大约80%的降水事件共对应三种典型的传播路径,分别是从中国北方向南传播至华南的“南传”事件、从热带西太平洋向西北方向传播至华南的“西北传”事件、以及从南海南部向北传播至华南的“北传”事件。这三类事件数目相当,各占三分之一。(4)阐述了不同传播路径降水事件影响华南季节内降水年代际变化的物理原因。夏季华南10-30天降水变率强度在1990s初期显著增强。通过比较前一阶段(P1:1979-93)和后一阶段(P2:1994-2008)的差异,我们发现P2阶段“北传”事件的发生频次明显增多是导致此年代际变化的最主要原因,而“南传”和“西北传”事件的发生频次以及三类事件对应的降水强度并没有显著的年代际变化。基于水汽和涡度收支分析,我们揭示出对流层中低层的背景南风是引起南海季节内振荡北传的关键因子。进一步研究发现夏季南海对流层中低层的背景南风在1990s初期后显著增强,这为季节内振荡北传提供更有利的环境条件,导致“北传”降水事件频次增多。
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