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本文利用NCEP/NCAR 1948-2005年全球再分析资料计算了东亚地区大气水汽含量以及水汽输送通量,分析了东亚地区大气水汽含量、水汽输送的季节变化以及垂直分布特征,并通过EOF(经验正交函数)分解,揭示了东亚地区近50年来夏季大气水汽含量、水汽输送的时空变化特征。本文还利用1958-2004年中国160站月降水资料,分析了中国夏季降水近50年来的变化趋势,着重研究了华北地区夏季降水异常与同期大气水汽含量及水汽输送的关系,并初步探讨了华北夏季降水异常与东亚大气环流的关系。得到主要结论如下:
1.东亚地区夏季大气水汽含量的垂直分布特点
对流层低层是水汽含量最为丰富的层次,东亚地区夏季对流层低层水汽含量呈经向分布,存在明显的东西和南北差异,表现为东部多,西部少、南部多,北部少;对流层中层是上、下层的过渡区域,水汽含量比低层明显减少,逐渐趋向于纬向分布,水汽含量最大值中心区域也逐渐南移、西进。对流层上层水汽含量最少,主要受西风系统影响,基本呈纬向分布。
2.东亚地区夏季大气水汽含量的异常分析
EOF分解表明,东亚地区夏季大气水汽含量的时空分布存在两种主要的模态:第一模态呈现全场同位相变化的模态,第二模态是一种以30°N为界的南北反位相变化的模态,第二模态对应的时间系数显示出该模态有着明显的年代际变化特征。与东亚地区夏季大气水汽含量这两种模态相对应,中、低层湿度场在夏季大气水汽含量异常有着类似的分布特征,而在低层尤为显著,同时低层风场也与水汽含量的异常分布高度相关。
3.东亚地区夏季大气水汽输送垂直分布特征
在东亚地区夏季对流层中、低层,西南通道和南海通道的水汽输送最为强盛,经向输送占据了水汽输送的主导地位,随着高度的增加,以纬向输送为特点的西风气流明显加强,说明在东亚地区夏季,水汽输送在低层为经向输送,高层为纬向输送。夏季东亚地区上空的水汽输送存在着倾斜的现象,随着高度的增加,气流辐合区有南移的趋势,纬向水汽输送逐渐取代经向输送。
在夏季东亚地区,纬度越低,水汽输送越集中于对流层低层,而在中、高纬度地区,对流层中层的水汽输送也起着重要作用。
4.东亚地区夏季大气水汽输送异常分析
EOF分解表明,东亚地区夏季对流层低层经向水汽输送主要呈现为全场同位相的变化模态,同时还存在一种较弱的南北反位相变化的模态,这两种变化模态与水汽含量的同期变化模态类似,只是水汽输送的全场同位相变化模态更为明显;而高层纬向水汽输送表现为南北反位相变化的基本模态,同时存在一种全场同位相变化的模态。东亚地区夏季大气水汽输送存在着较为明显的年代际变化特征。
5.华北地区夏季降水异常与同期大气水汽含量及水汽输送关系密切
在1951-2004年的55年间,华北地区夏季降水存在着明显的年代际变化特征,华北夏季降水总的来说是减少的趋势,现在是华北降水偏少期。
在华北夏季严重旱(涝)年份,华北地区上空大气水汽含量也都相应的减少(增多),华北上空大气水汽含量与华北降水的异常型完全一致。而华南、中南半岛则存在着相反的异常型,即:在华北夏季严重旱、涝年份,东亚地区大气水汽含量基本以30°N为界,早年南正北负,涝年北正南负。
在华北夏季严重旱、涝年,经向水汽输送的变化明显大于纬向水汽输送的变化,华北的旱涝趋势也与经向水汽输送的强弱变化趋势完全一致,说明东亚地区夏季水汽的经向输送对华北地区旱涝的影响至关重要,输送强则华北涝,输送弱则华北旱。