我国东部夏季降水在20世纪90年代末的年代际变化及其机理

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q4828079
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在20世纪90年代末,我国东部夏季降水出现了一次显著的年代际变化。对应这次年代际变化,我国华北和东北地区发生了持续性的干旱,江淮流域洪涝和极端降水事件频发,我国北方极端高温天数显著增多,同时我国东部夏季降水异常主模态由“三极型”向“偶极型”转变。为研究这次年代际变化发生的可能原因,更好地理解我国夏季降水年代际变化规律,提高我国夏季气候预测能力,本文围绕我国东部夏季降水在1990s末的年代际变化,通过资料诊断分析和数值模拟,研究了这次年代际变化发生的大尺度气候背景异常、可能原因和影响机理,全文主要结论如下:   (1)我国东部夏季降水在20世纪90年代末发生了显著的年代际变化,是全球夏季降水年代际变化在东亚的区域表现。通过对我国东部夏季降水进行EOF和气候均值突变检验分析,本文发现在20世纪90年代末我国夏季降水出现了显著的年代际变化。对应这次年代际变化,我国东部降水异常主模态由“三极型”向“偶极型”转变,我国华北和东北地区夏季降水显著减少,淮河地区和华南地区降水增多,我国东部降水异常呈现“南正北负”的分布特征。研究发现,全球夏季降水在1990s末也经历了显著的年代际变化,表现为热带和中纬度地区降水减少,副热带和高纬度地区降水增多,具有明显的纬向对称性和半球对称性特征。从全球范围看,我国夏季降水1990s末的年代际变化,对应着一次全球尺度的气候年代际异常事件。   (2)东亚地区夏季环流在20世纪90年代际末也发生了显著的年代际变化,表现为全球气候年代际异常在东亚的区域表现。就东亚地区来说,副热带和中纬度地区夏季环流年代际异常呈现南北反相的“偶极型”分布,这是造成我国夏季降水1990s末的年代际变化的直接原因。具体为:对应这次年代际变化,东亚地区北部为异常的高压控制,低层为反气旋式环流异常,下沉运动增强。东亚地区南部为弱的低压控制,低层为气旋式环流异常,上升运动增强。东亚地区副热带急流强度显著性减弱,位置北移。东亚地区夏季水汽输送也出现了显著变化,异常的水汽输送通量辐散位于东亚北部地区,水汽输送通量辐合位于我国华南地区。研究发现,水汽输送通量辐合年代际异常主要是由大气平均风场的变化引起的,特别是纬向风的变化。   从全球范围来看,这次年代际变化对应着一次全球尺度的气候年代际异常。全球海温年代际异常特征表现为:太平洋海温异常呈现年代际的La Nina-like海温异常模态,印度洋和大西洋地区海温为正异常。全球夏季环流表现为:热带地区对流层大气温度为弱的正异常,热带外地区为显著的正异常。与此相对应,热带地区200hPa纬向风为显著的西风异常,副热带为东风异常,中纬度地区为西风异常,对应着副热带急流强度减弱,位置北移。全球大气环流异常也具有明显的纬向对称性和半球对称性特征,但在欧亚大陆中纬度地区位势高度场和纬向风异常呈准正压的波列式分布,表现为对热带海温异常强迫的响应。   (3)热带太平洋、印度洋海温年代际异常对我国东部夏季降水1990s末的年代际变化的可能影响和机理。研究结果表明热带太平洋、印度洋海温年代际异常可能是导致20世纪90年代末东亚夏季气候年代际变化的重要原因。热带太平洋、印度洋海温年代际异常影响东亚夏季气候1900s末年代际变化的可能途径包括:(一)对应热带海温年代际异常,热带和副热带地区(印度至南中国海、北非和北大西洋热带地区)的对流异常通过激发Rossby波响应影响对流层上层位势高度场异常,由于副热带急流的波导作用,东亚地区上游的异常扰动在急流中传播至东亚地区,使得东亚地区北部为异常的高压控制,下沉运动增强,导致东亚地区北部降水减弱。(二)对应热带海温年代际异常,北半球副热带急流减弱,位置北移。副热带急流的减弱影响中纬度定常波和瞬变波动量输送,进而影响其激发的平均经圈环流,导致副热带地区上升运动增强,中纬度地区下沉运动增强,这与我国东部地区夏季降水“南正北负”的偶极型异常分布相对应。通过上述两种途径,热带太平洋、印度洋海温年代际异常使得我国东部夏季降水在1990s末发生了显著的年代际变化。   (4)数值模式研究结果表明热带太平洋海温年代际异常可能是导致我国东部夏季降水1990s末年代际变化的主要原因。利用GFDL全球大气模式AM2.1,本文研究了全球不同海域海温异常对这次年代际变化的作用,结果表明热带太平洋海温年代际异常可能是引起东亚夏季气候在1990s末的年代际变化的主要原因。对应热带太平洋海温年代际异常强迫,热带地区200hPa位势高度场为弱的正异常,热带外地区为显著的正异常,其中欧亚大陆地区200hPa位势高度场呈现出明显的波列式异常特征,与此相对应,北半球副热带急流强度减弱,位置北移,这与观测结果比较一致。同时,北半球夏季降水也表现出与观测-致的异常特征,表现为副热带地区降水增多,中纬度地区减少。在东亚地区,降水异常呈现“南正北负”的分布特征。进一步分析表明,对应热带太平洋海温年代际异常强迫,模式模拟的定常波和瞬变波活动与观测也较为一致。
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