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本论文的研究可分为两个部分,第一部分是利用近五十年我国华南降水、海温及再分析环流资料,重点分析了我国华南春季降水的年际、年代际变化特征及其相应的大气环流背景和水汽输送特征,进一步探讨了热带海温异常及PDO对华南春季降水年际、年代际变化的可能影响及其作用机制.本论文的第二部分则是针对1990s以来华南春旱日趋严重的事实,通过选取1995年典型的华南春旱事件,利用区域气候模式(RegCM3)进行数值模拟,揭示了人为排放气溶胶硫酸盐、黑碳和有机碳对华南春季干旱的可能影响。主要结论如下:
华南春季降水具有显著的年际、年代际变化特征,小波分析和功率谱分析均表明华南春季降水具有显著的2年、5年、7年以及16年左右周期。用谐波分析法对华南春季降水进行了年代际和年际的尺度分离,年代际和年际的方差贡献分别为20.25%和79.75%,说明降水的年际变化占主要地位,但同时降水的年代际变化也非常显著。对原始降水距平及其年代际和年际分量进行EOF分解,结果表明,它们的空间模态分布相似,均表现为整体一致性、东西反位相以及南北反位相等特点,但是时间系数差异却很大。
华南春季降水从1950s末期到1970s初相对偏少,1970s初到1990s初,降水相对偏多,1990s初以后,降水又相对偏少。Mann-Kendall检验也表明华南春季降水在70年代初发生突变,从之前的降水偏少转为降水偏多。水循环的各个分量,如大气可降水量、850hPa风场、水汽输送均发生了显著的年代际变化。在1958~1970年华南相对偏干时期,华南地区的水汽为异常辐散(divQ的距平为正),这导致了该地区降水的减少。在1971~1990年相对偏湿时期,华南地区的水汽为异常辐合(divQ的距平为负),这导致该地区降水的增加。华南春季各个月份的降水均具有显著的年代际变化,只是发生年代际转变的时间稍有所不同。
华南3月份降水在1978年左右发生突变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。在降水偏少时期,PDO处于负位相(北太平洋海温偏高,中东太平洋海温偏低),北太平洋海平面气压场和高度场偏高,亚洲大陆海平面气压场和高度场偏低,东亚对流层大气偏暖,西太平洋副热带高压偏东,东亚高空急流偏北,东亚Hadley环流偏弱。在降水偏多时期,PDO处于正位相,大气环流情况则与降水偏少时期相反。华南3月份降水与PDO指数、Nino3.4指数以及北印度洋及南海海温有着显著的正相关,相关系数均通过99%的显著性检验。由此表明华南3月份降水可能与以上3个海区的海温异常有着密切的关系,并且提出了前期海温异常影响我国华南3月份降水的可能影响机理。在降水偏少时期,PDO处于负位相,北太平洋形成异常反气旋,造成华南北边界异常偏南风,造成水汽异常辐散,降水减少。反之,情况相反。厄尔尼诺通过影响副热带高压的东西位置进而影响降水。北印度洋和南海附近海温通过影响东亚Hadley环流的强弱,影响中国东部低层的风场,进而影响降水。
华南4、5月份的降水均在1971年左右发生年代际转折,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份和5月份降水与前期中西太平洋海温有着显著的负相关,但影响4、5月份降水的海温关键区以及敏感时段稍有所不同。在降水偏少时期,前期中西太平洋海温偏暖,会导致该地区气压偏低,菲律宾以东洋面出现异常气旋性环流,副热带高压偏弱偏东,南海的南风偏弱,向华南的水汽输送减少,导致华南4、5月份降水的减少。反之,情况相反。
利用区域气候模式(RegCM3),进行了人为排放气溶胶硫酸盐、黑碳和有机碳对华南1995年春季干旱影响的数值模拟。首先进行了3种气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)综合气候效应敏感性试验,结果表明,四川盆地以及我国东部是气溶胶浓度及其产生辐射强迫的高值区,气溶胶对大气层顶和地面产生负的短波辐射强迫,并且引起春季地面气温显著降低,这些均与气溶胶的分布和浓度有较好的对应关系。
对3种气溶胶加倍试验说明气溶胶对华南春季降水有着显著的抑制作用,尤其在4、5月份,华南大部分地区降水减少幅度最大可达到25%以上。气溶胶在我国东部大陆地区形成降温作用,我国东海和南海气温相对增加,增温则会引起我国东海、南海和华南东南部海平面气压以及高度场降低,因此在东海、南海以及华南东南部形成强大的气旋性环流,华南地区盛行偏北风,不利于水汽向华南地区输送,因此导致华南地区春季的干旱。
通过不同成分气溶胶的敏感性试验研究,结果发现不同的气溶胶均可以导致华南春季降水减少。