海温与青藏高原积雪对中国南方夏季降水协同影响及数值模拟研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:dvcsvf
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本文基于观测和再分析资料以及大气环流模式CAM5.3,利用回归/相关等现代统计诊断分析方法,探索和研究了不同海区海温外强迫以及海温与青藏高原积雪对东亚夏季环流和中国南方降水的协同影响,并试图揭示其中的物理过程和影响机制。首先,分析了中国南方初夏降水年际变率的主要变化模态及其与关键海区海温异常之间的联系和机理。其次,考察了超强El Ni(?)o背景下2016年和1998年中国东部夏季降水以及大尺度环流异常之间的异同,并通过数值模拟研究揭示了北大西洋海温在其中起到的重要作用。最后,讨论了青藏高原冬季积雪与ENSO对初夏菲律宾异常反气旋以及中国南方降水的协同影响。全文主要结论如下:(1)1979-2014年期间中国南方初夏降水年际变率的主模态呈现为东-西反相变化的偶极型分布(SCD)。SCD模态的正位相对应中国东南地区降水异常偏多,西南地区降水偏少。这种偶极型降水异常与中高纬度自北大西洋至鄂霍茨克海的大气遥相关波列以及低纬度对流层低层的菲律宾异常反气旋紧密相关。初夏,SCD模态以及相应的大尺度环流异常受前期冬季热带太平洋海温、春-夏季热带印度洋海温和北大西洋海温三因子的共同影响。当SCD为正位相时,热带太平洋由冬至夏呈现El Ni(?)o衰减型海温异常,印度洋海温自春季至初夏呈现海盆一致增暖,同时北大西洋海温自热带至副极地呈现“+-+”三极子型海温异常。观测分析和数值模拟的结果表明,热带太平洋和热带印度洋海温异常主要通过大气环流遥响应,在菲律宾海附近地区激发出异常反气旋性环流,进而对中国南方初夏SCD型降水异常产生影响。而北大西洋海温异常则通过两条途径来影响中国南方初夏降水:一是通过副热带地区大气环流遥响应来影响菲律宾异常反气旋,不过这种影响相比热带太平洋和热带印度洋的影响要弱;二是通过激发欧亚大气遥相关波列来影响中国南方初夏降水。在这三大洋的协同作用下,菲律宾异常反气旋的强度更强,同时中高纬乌拉尔山阻塞高压偏强,呈双阻型环流异常,导致中国南方初夏SCD型降水异常最为显著。(2)2016年和1998年均为超强El Ni(?)o事件衰减年,这两年前夏(6—7月)中国东部降水异常分布较为相似,但1998年江南大部降水明显偏多于2016年;在后夏(8月),中国东部降水异常则呈近似相反的分布型。2016年和1998年夏季中国东部降水异常分布之间的差异,与西北太平洋以及欧亚中高纬度环流异常的共同作用直接相关。北大西洋呈近似反相变化的海温异常则是导致2016年和1998年夏季中国东部降水及其大尺度环流异常存在明显差异的根本原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常呈显著的三极子负位相型分布,这能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温呈相对弱的三极子正位相型异常,中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋与热带印度洋一太平洋海温的强迫作用是相协调的,均对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用。然而,2016年北大西洋与热带印度洋—太平洋海温的强迫作用是相反的,前者(后者)有利于西北太平洋异常反气旋的减弱(增强)。在这三大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋异常反气旋依然偏强;但2016年西北太平洋对流层低层主要受异常气旋控制,此时北大西洋海温强迫起到了主导作用。(3)菲律宾异常反气旋是影响中国南方降水的重要环流因子。研究表明,在初夏(6月)菲律宾异常反气旋与前期冬季青藏高原积雪深度变化之间存在显著的正相关关系。当冬季青藏高原积雪深度异常偏深(偏浅)时,次年初夏菲律宾附近区域对流层低层为反气旋(气旋)性环流异常控制,这有利于我国江南地区降水偏多(偏少)。冬季青藏高原积雪对初夏菲律宾异常反气旋的影响可能独立于ENSO的影响。相对于ENSO激发的菲律宾异常反气旋,与高原积雪相联系的菲律宾异常反气旋的位置相对偏北,其西北侧伴有更强的西南气流,因此更有利于将低纬度暖湿水汽输送至我国长江流域和日本南部地区。进一步探讨了冬季高原积雪与ENSO对初夏菲律宾异常反气旋的协同影响。结果表明,当冬季高原积雪异常偏深或者发生El Ni(?)o事件,次年初夏菲律宾海附近区域易于出现异常反气旋性环流;当冬季高原积雪异常偏浅或者发生La Nina事件,次年初夏菲律宾海附近区域易于出现异常气旋性环流。当冬季高原积雪异常偏深,而且ENSO处于中性位相或者发生La Nina事件时,对应菲律宾反气旋性环流异常;而当发生El Ni(?)o事件,同时高原积雪呈中性或者偏浅时,菲律宾海附近区域也易于出现反气旋性环流异常。
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