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影响我国夏季降水的因子很多,但总体可归纳为南方水汽输送的影响和北方冷空气的影响两大方面。西风环流的异常必然影响夏季进入我国的冷空气路径和强度,从而影响我国夏季雨带类型的分布。北半球的西风异常对我国夏季雨带类型有直接影响,南半球的西风波动通过南、北半球大气环流的相互作用与我国夏季雨型的关系也十分密切。本项工作研究了南、北半球西风环流的时空变化特征;分析夏季北半球西风指数波动与我国夏季雨带类型分布之间的关系;探讨了南半球前期冬季和同期夏季西风指数波动与我国夏季雨型的关系;并讨论了前期南半球西风异常对夏季北半球西风变化的影响。通过本项工作找到了南半球和北半球西风环流对我国夏季降水影响显著的波动关键区,从而为夏季降水的研究增加新的依据,加深对夏季旱涝的认识,并为进一步研究南、北半球西风环流相互影响的物理机制提供了线索和依据。根据此研究工作,我们得到如下结论:
首先,分析南、北半球西风指数的特征发现,两半球的西风指数在高、中、低纬分布不同,西风指数极大值出现的纬度略有差别,但都在中纬。并且南半球西风环流比北半球平直,北半球西风带多槽、脊分布。南、北半球的高度场70年代以来低纬的高度场显著上升,高纬的高度场显著下降,伴随这种变化高、低纬间的气压梯度变大,使中高纬度环绕纬圈的西风环流强度增强。研究表明70年代以来两半球的西风指数都有明显的增强趋势。通过功率谱分析,南半球西风指数年际变化的显著周期为2.7~3年,而北半球西风指数年际变化的显著周期为4~4.8年。并且两半球西风指数的年代际显著振荡周期都为8~12年。
其次,分析同期夏季(6~8月)北半球西风指数与中国夏季雨带类型的关系。分析表明,夏季北半球三种类型雨带对应的西风指数差异最大的关键区在110°E~140°E,35°N~55°N。在关键区内,Ⅰ类雨带对应高指数环流,Ⅱ类雨带对应多年平均环流形式,Ⅲ类雨带对应低指数环流。而在降水场上与关键区平均西风指数高相关的区域在长江和江南一带,为负相关。高、低西风指数年的u、v风场显著性关键区和Ⅰ、Ⅲ类雨带的u、v风场的显著性关键区基本相同,经度在100°E~130°E,纬度分别位于35°N~55°N(A关键区)和25°N~30°N(B关键区)。高指数年对应Ⅰ类雨带,在A关键区南风加强,在B关键区东风加强。低指数年对应Ⅲ类雨带,在A关键区东北风加强,在B关键区西风加强。而多年平均环流形式对应Ⅱ类雨带,A、B两个关键区都主要是西风控制。说明由于西风带的南进北退导致冷空气南下北上的路径、强度发生变化,影响夏季雨带的分布。
再次,探讨南半球春、夏、秋、冬各季节西风指数与我国夏季雨带类型的关系。研究发现,南半球冬季、夏季和春季都存在与中国夏季三种类型雨带相对应的西风指数变化显著差异区——关键区A,分别在20°W~2.5°W、145°E~157.5°E、32.5°W~12.5°W。冬季和夏季在关键区A三种类型雨带对应的西风指数之间的差异较明显,春季却不明显,但单独在3月份差异显著,关键区A在57.5°E~72.5°E。南半球冬季、夏季和春季3月关键区A的平均西风指数与中国夏季降水有显著相关关系。冬季显著负相关区在淮河流域和长江流域以南部分地区,显著正相关区在黄河上游。表明冬季高指数环流时,中国夏季可能出现Ⅱ类或Ⅲ类雨带。夏季显著正相关在长江以南,表明夏季高指数环流时,中国夏季可能出现Ⅲ类雨带。3月在淮河流域有显著负相关关系,在长江流域以南有小片正相关区,表明3月高指数环流时,中国夏季可能出现Ⅲ类雨带;反之,中国夏季出现Ⅱ类雨带的可能性比较大。
最后,南半球冬季、夏季的西风指数与北半球夏季关键区平均西风指数的显著相关区与南半球冬、夏季各自的关键区A的范围大体一致。且冬季的显著相关性高于夏季,表明冬季的西风环流对北半球夏季关键区的西风环流的变化有预测意义,可以成为预测中国夏季降水分布的一个因子。冬季南半球关键区A的平均西风指数与夏季北半球高度场有显著负相关,主要区域在80°E~120°E,40°N~50°N,与贝加尔湖以西的平均槽范围一致,说明冬季南半球关键区A的西风强(弱)时,北半球夏季贝湖的平均槽减弱(加深),北半球关键区的平直西风增强(减弱)。南北向的经向环流减弱(增强),冷空气不易于(易于)南下,中国夏季雨带位置可能偏北(偏南),出现Ⅰ类(Ⅲ类)雨带的可能性较大。