论文部分内容阅读
亚马逊热带雨林蕴藏着丰富的动植物资源，其热带雨林面积占世界的40％，能释放全球20％的氧气，被称为“地球之肺”，对延缓全球变暖、调节区域以及全球气候有重要意义。近年来，森林的砍伐造成了水土流失、荒漠化等问题，并为旱灾、森林大火提供了有利条件，对当地生活、气候及全球气候都造成了重要影响，这使得研究亚马逊地区的降水尤其是其冬季降水变得至关重要。基于NCEP/NCAR再分析数据、GPCP降水数据、ERA-interim再分析数据以及HadISST海表温度数据，本文首先分析了亚马逊地区(15°S-5°N，75°W-45°W)气候态降水、气温的基本特征，然后分离出了影响亚马逊冬季（6-8月）降水年际变化的主导海温模态，并研究热带海温影响冬季（6-8月）亚马逊降水的过程及机制，最后用AMIP6部分模式数据对前面的分析进行了验证。论文的主要结论如下:
(1)亚马逊地区基本气候特征
亚马逊地区全年高温，分为明显的雨季和旱季，其中6-11月为旱季，12-次年5月为雨季。
对亚马逊冬季（6-8月）和夏季（12-2月）降水做EOF分析，结果显示冬季降水第一模态呈现北多南少的分布，近年来亚马逊北部降水减少;夏季降水第一模态显示亚马逊东部降水偏少，且近年来无明显变化。根据其时间序列与前冬nino3.4指数的关系可知，El Nino对亚马逊夏季降水影响更显著，使其东部降水减少，而对冬季影响则偏弱。
(2)影响亚马逊冬季（6-8月）降水年际变率的热带海温模态
用偏最小二乘(Partial Least Square，PLS)回归方法分析了影响冬季（6-8月）亚马逊降水年际变率的海温模态。第一模态解释了64％的方差，表现为前期南半球夏季（12-2月份）到南半球冬季（6-8月份）热带东太平洋型La Nina型海温异常演变。12-2月份热带东太平洋出现La Nina型海温冷异常;3-5月份热带东太平洋La Nina型海温冷异常增强，并且在热带印度洋、热带北大西洋出现冷异常，在热带南大西洋有暖异常;6-8月份热带东太平洋冷异常向东收缩，同时热带南大西洋暖异常仍然存在;9-11月份整个热带海温异常均快速衰退。第二海温模态解释了19％的方差，表现为前期南半球夏季（12-2月份）到南半球冬季(6-8月份）中太平洋Modoki El Nino型增暖。12-2月份在热带中太平洋有暖异常，印度洋和南大西洋同样也出现暖异常，热带中太平洋和南大西洋暖异常能持续到9-11月份，而印度洋暖异常在9-11月份衰减。也就是说，当前期12-2月份出现La Nina或者中太平洋Modoki El Nino事件时，海温的演变会对南半球冬季亚马逊降水产生影响，使其降水增加。
这两个海温模态对降水的贡献与亚马逊冬季降水指数的相关关系高达0.92，并且这两个模态对冬季亚马逊降水的贡献有年代际变化，总体来说贡献是下降的，2000年以前比较平稳，2000年以后有明显的波动。
(3)主导海温模态影响亚马逊冬季（6-8月）降水年际变率的机制
第一海温模态（南半球夏季到南半球冬季热带东太平洋型La Nina型海温异常演变）和第二海温模态（前期南半球夏季到南半球冬季中太平洋Modoki El Nino型增暖）可以通过影响亚马逊地区的环流场、水汽通量以及大气对流层稳定性来对降水产生影响。环流场方面，第一海温模态使亚马逊东部低层有东南风异常，亚马逊西北部有西风异常，二者交汇使亚马逊北部出现辐合气流;高层亚马逊北部被来自大西洋的异常东风和东北风控制，有反气旋异常，气流辐散，这样的高低层配置会加强上升运动，导致亚马逊北部降水增多。第二海温模态在对流层低层使亚马逊东部被来自热带南北大西洋的异常东南风和东北风所影响，有异常气旋，气流辐合;在对流层高层，亚马逊西部气流辐合形成气旋，而东部有气流辐散形成反气旋，这使亚马逊东部降水偏多，西部降水偏少。
在水汽通量方面，第一海温模态使亚马逊北部受到来自大西洋的水汽影响，为降水的形成提供有利条件，而第二海温模态对亚马逊地区水汽通量的影响不显著。
在大气对流层稳定性方面，第一模态导致亚马逊地区对流层低层湿静能的增加大于高层，增加了气层的不稳定性，降水增加。第二模态使对流层低层亚马逊东南部、西部湿静能增加量大于高层，使气层变得更加不稳定，降水增多;而亚马逊中部低层湿静能增加量小于高层，气层更加稳定，不易形成降水。
(4)AMIP6数值模拟
AMIP6中7个模式(BCC-CSM2-MR、CESM2、CNRM-CM6-1、CanESM5、GFDL-CM4、IPSL-CM6A-LR、MRI-ESM2-0)数据集合平均的模拟结果与再分析资料所得结果总体上是一致的，这说明热带海温确实与亚马逊冬季降水有密切关系，具体结论如下:
由AMIP6数据分析所得影响亚马逊冬季降水的前两个主导海温模态和再分析资料所得结果是基本一致的。第一模态都表现为La Nina型东太平洋海温异常演变，区别在于AMIP6模式数据所得第一模态在DJF期间的冷异常更弱一些;第二模态都表现为Modiki El Nino型增暖，区别在于在AMIP6数据中，印度洋海温无明显异常，而再分析资料所得第二海温模态中DJF-JJA期间热带印度洋明显偏暖。两个模态的共同贡献与亚马逊降水指数的相关高达96％，且有年代际变化趋势，与再分析资料的结果是一致的。
这两个海温模态对环流场、湿静能变化的影响与再分析资料结果基本一致。第一、第二模态都使亚马逊北部对流层低层有辐合气流、高层有辐散气流，有利于降水;并且都会使亚马逊对流层低层湿静能正异常大于高层，使气层更加不稳定，使上升运动加强，降水增加。而两个海温模态对水汽通量的影响与再分析资料所得结果有差异:第一模态使亚马逊北部水汽辐散，南部水汽辐合，而再分析资料的结果是使北部水汽辐合;第二模态使亚马逊南部水汽辐合，而再分析资料中第二模态对亚马逊地区水汽影响不明显，这可能与模式本身误差有关。
(1)亚马逊地区基本气候特征
亚马逊地区全年高温，分为明显的雨季和旱季，其中6-11月为旱季，12-次年5月为雨季。
对亚马逊冬季（6-8月）和夏季（12-2月）降水做EOF分析，结果显示冬季降水第一模态呈现北多南少的分布，近年来亚马逊北部降水减少;夏季降水第一模态显示亚马逊东部降水偏少，且近年来无明显变化。根据其时间序列与前冬nino3.4指数的关系可知，El Nino对亚马逊夏季降水影响更显著，使其东部降水减少，而对冬季影响则偏弱。
(2)影响亚马逊冬季（6-8月）降水年际变率的热带海温模态
用偏最小二乘(Partial Least Square，PLS)回归方法分析了影响冬季（6-8月）亚马逊降水年际变率的海温模态。第一模态解释了64％的方差，表现为前期南半球夏季（12-2月份）到南半球冬季（6-8月份）热带东太平洋型La Nina型海温异常演变。12-2月份热带东太平洋出现La Nina型海温冷异常;3-5月份热带东太平洋La Nina型海温冷异常增强，并且在热带印度洋、热带北大西洋出现冷异常，在热带南大西洋有暖异常;6-8月份热带东太平洋冷异常向东收缩，同时热带南大西洋暖异常仍然存在;9-11月份整个热带海温异常均快速衰退。第二海温模态解释了19％的方差，表现为前期南半球夏季（12-2月份）到南半球冬季(6-8月份）中太平洋Modoki El Nino型增暖。12-2月份在热带中太平洋有暖异常，印度洋和南大西洋同样也出现暖异常，热带中太平洋和南大西洋暖异常能持续到9-11月份，而印度洋暖异常在9-11月份衰减。也就是说，当前期12-2月份出现La Nina或者中太平洋Modoki El Nino事件时，海温的演变会对南半球冬季亚马逊降水产生影响，使其降水增加。
这两个海温模态对降水的贡献与亚马逊冬季降水指数的相关关系高达0.92，并且这两个模态对冬季亚马逊降水的贡献有年代际变化，总体来说贡献是下降的，2000年以前比较平稳，2000年以后有明显的波动。
(3)主导海温模态影响亚马逊冬季（6-8月）降水年际变率的机制
第一海温模态（南半球夏季到南半球冬季热带东太平洋型La Nina型海温异常演变）和第二海温模态（前期南半球夏季到南半球冬季中太平洋Modoki El Nino型增暖）可以通过影响亚马逊地区的环流场、水汽通量以及大气对流层稳定性来对降水产生影响。环流场方面，第一海温模态使亚马逊东部低层有东南风异常，亚马逊西北部有西风异常，二者交汇使亚马逊北部出现辐合气流;高层亚马逊北部被来自大西洋的异常东风和东北风控制，有反气旋异常，气流辐散，这样的高低层配置会加强上升运动，导致亚马逊北部降水增多。第二海温模态在对流层低层使亚马逊东部被来自热带南北大西洋的异常东南风和东北风所影响，有异常气旋，气流辐合;在对流层高层，亚马逊西部气流辐合形成气旋，而东部有气流辐散形成反气旋，这使亚马逊东部降水偏多，西部降水偏少。
在水汽通量方面，第一海温模态使亚马逊北部受到来自大西洋的水汽影响，为降水的形成提供有利条件，而第二海温模态对亚马逊地区水汽通量的影响不显著。
在大气对流层稳定性方面，第一模态导致亚马逊地区对流层低层湿静能的增加大于高层，增加了气层的不稳定性，降水增加。第二模态使对流层低层亚马逊东南部、西部湿静能增加量大于高层，使气层变得更加不稳定，降水增多;而亚马逊中部低层湿静能增加量小于高层，气层更加稳定，不易形成降水。
(4)AMIP6数值模拟
AMIP6中7个模式(BCC-CSM2-MR、CESM2、CNRM-CM6-1、CanESM5、GFDL-CM4、IPSL-CM6A-LR、MRI-ESM2-0)数据集合平均的模拟结果与再分析资料所得结果总体上是一致的，这说明热带海温确实与亚马逊冬季降水有密切关系，具体结论如下:
由AMIP6数据分析所得影响亚马逊冬季降水的前两个主导海温模态和再分析资料所得结果是基本一致的。第一模态都表现为La Nina型东太平洋海温异常演变，区别在于AMIP6模式数据所得第一模态在DJF期间的冷异常更弱一些;第二模态都表现为Modiki El Nino型增暖，区别在于在AMIP6数据中，印度洋海温无明显异常，而再分析资料所得第二海温模态中DJF-JJA期间热带印度洋明显偏暖。两个模态的共同贡献与亚马逊降水指数的相关高达96％，且有年代际变化趋势，与再分析资料的结果是一致的。
这两个海温模态对环流场、湿静能变化的影响与再分析资料结果基本一致。第一、第二模态都使亚马逊北部对流层低层有辐合气流、高层有辐散气流，有利于降水;并且都会使亚马逊对流层低层湿静能正异常大于高层，使气层更加不稳定，使上升运动加强，降水增加。而两个海温模态对水汽通量的影响与再分析资料所得结果有差异:第一模态使亚马逊北部水汽辐散，南部水汽辐合，而再分析资料的结果是使北部水汽辐合;第二模态使亚马逊南部水汽辐合，而再分析资料中第二模态对亚马逊地区水汽影响不明显，这可能与模式本身误差有关。