东亚夏季经向遥相关与中国东部区域性持续极端强降水的关系研究

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东亚夏季风变率复杂,对东亚气候有重要影响。其中,经向遥相关是东亚夏季风的一个主要变率模态。东亚夏季气候中,极端降水事件会引发严重洪涝灾害,对社会和经济影响显著。本文利用观测资料,分别从经向遥相关(环流)与区域性持续极端强降水事件(降水)出发,探讨了东亚夏季经向遥相关与中国东部区域性持续极端强降水的关系及其可能形成机制,主要结论如下:年际尺度上,东亚沿岸夏季存在两类经向遥相关,分别起源于热带与热带外。二者均表现出纬向风异常的相当正压结构,并随高度略有北倾。热带起源的遥相关由西北太平洋对流异常活动异常所激发并沿东亚沿岸北传,对应西风急流的增强(减弱),会造成我国长江流域降水显著偏多(偏少)。与传统的EAP/PJ相比,本文所揭示的热带起源的遥相关能更好地反映东亚夏季降水异常特征。热带外起源的遥相关产生于喀拉海南侧并向东南方向传播至我国长江流域,它主要由东亚中高纬地区南北偶极子型异常海平面气压主导。该遥相关对应西风急流的南移(北移),在我国降水产生“南涝北旱”(“南旱北涝”)的分布。热带起源的遥相关与印太热带海温异常相关联,ENSO对其形成亦有部分贡献。热带外起源的遥相关则与喀拉海南侧土壤湿度异常以及前期春季巴伦支海的海冰异常相联系。这两类经向遥相关能共同解释东亚夏季风大部分年际变率,且热带起源的遥相关起主要贡献。次季节尺度上(10-30天),东亚夏季同样存在两支经向遥相关,也分别起源于热带外与热带地区。与年际尺度静态经向遥相关相比,次季节尺度上表现为经向传播特征,大气异常环流呈相当正压结构。其中,热带外起源的经向遥相关主要与喀拉海南侧以及我国东北地区土壤湿度异常有关,从喀拉海南侧向东南方向传播,与之相伴随的雨带从我国东北地区向长江流域移动;热带起源的经向遥相关与西北太平洋对流异常活动以及BSISO2密切联系,从西北太平洋向北传播,雨带相应地从华南向江淮流域移动。同时,这两支东亚沿岸次季节经向遥相关也会引起与雨带分布相似的极端降水概率变化传播特征。次季节经向遥相关对极端降水概率变化的影响还受到年际尺度经向遥相关的调制,当年际和次季节经向遥相关对极端降水概率变化影响一致时,极端降水概率变化将更显著且持续时间更长;当二者不一致时,极端降水概率变化则会减弱。另外,年际经向遥相关还会调制次季节经向遥相关的传播特征,使其中断或加强,但两者并非完全线性叠加。将中国东部区域至少5%格点的候平均降水超过第95个百分位的候极端强降水定义为区域性持续极端强降水。利用K-means聚类方法将其分为四个区域:华南、江南、江淮以及华北地区。其中,江南与江淮的极端持续强降水主要发生在早夏,华北和华南地区在早晚夏出现的频数相当。与区域性持续极端强降水相联系,华南地区低层大气为局地气旋式异常风场,且在晚夏更显著;其它三个区域南侧早晚夏均为反气旋异常,其中江南和江淮还伴随着北侧的气旋式异常风场,二者辐合交汇,使这两个区域持续性极端强降水更显著。在对流层高层,华南和江南早晚夏局地上空西风异常增强,其南北两侧分别为反气旋和气旋异常,而华北则主要受局地异常反气旋控制;江淮地区大气环流异常在早夏与华北地区类似,晚夏与华南和江南地区类似。总体来看,区域性持续极端强降水对应的典型异常大气环流场结构与影响相同区域极端强降水的东亚夏季次季节经向遥相关一致。典型异常大气环流场可以用来表征区域性持续极端强降水,它与降水本身所确定的所有区域性持续极端强降水的大约30%是一致的。其中,500h Pa垂直速度、低层大气涡度和散度是早晚夏区域性持续极端强降水产生均需满足的动力条件,江南和江淮地区早夏与华北地区晚夏的对流层高层散度也是相应的必要动力条件。除却动力场,充足的水汽配合对区域性持续极端强降水同样十分重要,尤其在中国南方地区;而在水汽充足的情况下,华北地区大气动力场的配置则更为关键。
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