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由于东亚冬季风南北跨度大,可从西伯利亚地区往南一直延伸到南中国海,其强度变化以及影响因子都存在一定的地理差异性,因此,综合研究东亚冬季风不同区域变异的特征和因子是东亚冬季风研究的一个新方向。本论文利用NCEP再分析资料、NOAA海表温度资料、HadISST海表温度以及海冰密集度资料、NOCS和OAFlux的表面热通量资料、SODA海洋数据等资料,区分了东亚冬季风南北分量,探讨了南北分量各自对应的环流特征、气候特征、影响因子以及对东亚邻海海温的影响。论文的主要研究结论如下: (1)东亚冬季风南北分量的区分。东亚冬季1000hPa经向风场的EOF分解结果表明,东亚冬季风活动的空间结构既有全区一致变化型(EOF1),也有南北反向变化型(EOF2),即东亚中高纬度和低纬度区域的冬季经向风变化并不总是一致的,两者也存在一定的差异性。而REOF分解结果则进一步指出,东亚低纬度(REOF1)和中高纬度(REOF2)区域的冬季经向风变化是可区分的,且具有同等重要性。由此将东亚冬季风区分为南北两个分量,即低纬度的东亚冬季风南分量和中高纬度的东亚冬季风北分量,并且将南海-菲律宾海地区(10°~25°N,105°~135°E)和包括中国东北在内的东亚中高纬度地区(35°~55°N,110°~125°E)的冬季1000hPa区域平均经向风分别定义为东亚冬季风南指数(Sindex)和东亚冬季风北指数(Nindex),用以表征不同区域内的东亚冬季风强度。1962-2011年间,南北指数的相关系数为0.35,超过了95%的信度检验,说明南北分量的变化并不完全独立。 (2)东亚冬季风南北分量各自对应的环流特征。通过对不同东亚冬季风异常情况下的环流场进行合成分析,得到了东亚冬季风南北分量各自对应的环流特征。东亚冬季风北分量的变化主要与中高纬度的环流系统关系密切。当北分量偏强时,北太平洋的气压降低,欧亚大陆中高纬度的气压升高;对应地,北太平洋和欧亚大陆对流层低层分别出现了异常的气旋性环流和反气旋性环流,东亚沿岸显著的偏北风异常位于30°N以北的区域;同时,东亚大槽以及东亚西风急流均表现为强度加强。当北分量偏弱时,上述系统的异常情况相反。东亚冬季风南分量的变化主要与热带的环流系统密切相关,与中高纬度环流系统关系较弱。当南分量偏强时,海平面气压场上的正异常位于赤道东太平洋,负异常位于赤道西太平洋以及赤道印度洋;850hPa风场上,菲律宾附近出现了显著的气旋性异常环流,其西北侧的异常东北风控制了中国南部沿海地区;500hPa位势高度场和200hPa纬向风场上的异常信号均位于热带区域,东亚大槽和东亚西风急流的强度无明显变化。当南分量偏弱时,上述热带地区的环流异常情况相反。 (3)不同的东亚冬季风异常情况对应的气候特征。不同的东亚冬季风异常情况对应着不同的东亚冬季气候异常。当东亚冬季风南北分量同时偏强时,欧亚大陆60°N以北和以南的区域分别出现大范围的温度正异常和负异常,朝鲜半岛、中国、日本等地降水减少。当南北分量同时偏弱时,欧亚大陆高纬度区域降温显著,而在中国东部以及东南亚一带出现了显著增温;此时朝鲜半岛、日本、中国东部的降水增多。当北分量独立偏强时,温度异常在欧亚大陆呈现出“正-负-正”的三极子型,正温度异常位于60°N以北和东亚15°N以南的区域;中南半岛、中国南方、中国北方-朝鲜半岛分别表现为“负-正-负”的降水异常。当南分量独立偏强时,中国南方沿海以及中南半岛温度降低,降水减少;中国中部的温度异常和降水异常不明显。上述结果说明了综合考虑东亚冬季风南北分量状况对冬季气候异常预测的重要性。 (4)东亚冬季风南北分量各自的影响因子。本文主要关注东亚冬季风年际变化的影响因子。厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是影响东亚冬季风南分量的重要因子,但与东亚冬季风北分量关系较弱。强的东亚冬季风南分量对应着LaNi(N)a事件,弱的东亚冬季风南分量对应着El Ni(N)o事件。这一影响主要是通过ENSO在对流层低层激发西太平洋异常反气旋(气旋)和南风(北风)异常来实现的。秋季北极海冰异常则主要影响东亚冬季风北分量的变化,对东亚冬季风南分量无明显影响。具体而言,东亚冬季风北分量与秋季海冰密集度在喀拉海-东西伯利亚海呈负相关,而在西北冰洋呈正相关。秋季海冰异常首先改变表层热通量的分布,并通过异常的热力过程使位势高度场发生相应的改变。热力异常和高度异常共同作用,激发出准静止Rossby波的传播,从而在欧亚形成异常的大气环流,影响冬季东亚气候。此外,欧亚积雪既能影响东亚冬季风北分量,又能影响东亚冬季风南分量,并且可能是导致南北分量反向变化的一个因子。 (5)东亚冬季风南北分量对东亚邻海海温的影响及物理过程。东亚冬季风南北分量均可影响东亚邻海冬季海温的异常变化,并且形成的海温异常可持续到随后的春季。但南北分量影响的海域存在一定的差异:北分量对黄海、日本海一带的海温变化有显著影响,而南分量对包括东海、中国南海在内的中低纬度西北太平洋的海温变化有显著影响。异常的东亚冬季风南北分量可通过改变表面热通量和(或)海洋动力过程来影响海温变化。在北分量影响黄海-日本海海温的过程中,表面热通量和海洋平流都起着重要作用,但前者的贡献强于后者。同时,表面热通量的异常又主要来自潜热通量,短波辐射的贡献较小。南分量影响海温的过程中,除日本海,其余区域均表现为表面热通量,尤其是潜热通量的作用占主导地位,海洋过程和短波辐射作用较小。而在日本海,表面热通量和海洋过程对海温变化的贡献相反,不利于海温异常的发展。