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南海夏季风是亚洲季风系统的重要成员,影响着世界上人口最为稠密的地区。本文使用观测资料、再分析资料及多个耦合模式的模拟及回报结果,对近百年南海夏季风变率强度变化特征及成因、物理机制以及南海夏季风的气候预测及其改进等进行研究,主要得到以下四个结论:
(1)近百年来,在太平洋年代际振荡(PDO)的调制下,南海夏季风的年际变率强度存在年代际变化。当PDO处于正(负)位相时,南海夏季风年际变率强度偏强(弱)。这种变化主要由PDO调制热带太平洋海表面温度及厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)的年际变率强度引起。与PDO处于负位相时相比,当PDO处于正位相时,ENSO变率偏大,同时ENSO引起的夏季西北太平洋环流异常更强,ENSO与南海夏季风的关系更为紧密。由于南海夏季风的年际变化主要受ENSO影响,所以当ENSO变率大且ENSO与南海夏季风关系紧密时,南海夏季风的年际变率强度也更强。
(2)近百年来,南海夏季风与ENSO的相互作用存在年代际变化,且受到大西洋多年代际振荡(AMO)的调制。一方面,当AMO处于负位相时,热带太平洋上空的风场异常使得太平洋温跃层变浅,海气相互作用增强,ENSO强度增大,从而ENSO引起的西北太平洋异常环流维持时间更长,可以从冬季维持到夏季,对南海夏季风强度造成显著影响,导致前期ENSO对后期南海夏季风的影响更强;而当AMO处于正位相时,ENSO强度较弱,ENSO引起的西北太平洋环流异常在夏季无法维持,从而前期ENSO事件对南海夏季风的影响较弱。另一方面,当AMO处于正位相时,北大西洋暖海温异常引起的准定常罗斯贝波活动异常使得南海上空有低压异常存在,南海上空出现气旋性环流异常,且异常气旋南侧的西风异常可以从当年夏季维持到次年冬季,在这一背景下,南海夏季风与其后厄尔尼诺事件的发展变得更为紧密;而当AMO处于负位相时,则没有这种特征。
(3)受南海夏季风与ENSO关系不稳定的影响,厄尔尼诺事件带来的季风区降水异常也随着AMO位相的变化而发生年代际变化:AMO调制下的厄尔尼诺降水异常在初夏(五月、六月)和盛夏(七月、八月)展现出不同特征。当AMO处于负位相时,厄尔尼诺事件下的海温异常强度偏强,引起的西北太平洋异常反气旋可以从冬季维持到初夏。反气旋异常西北(西南)侧的偏南(西)气流增强(削弱)华南(中南半岛)上空的水汽输送,从而在当地造成降水正(负)异常;当AMO处于正位相时,厄尔尼诺事件下的海温异常强度偏弱,引起的西北太平洋异常反气旋在初夏强度较弱且位置偏北,对华南及中南半岛地区降水的影响也偏弱。对于盛夏(七月、八月)降水异常而言,随着厄尔尼诺强度衰减,西太平洋海气相互作用逐渐减弱,北大西洋海温异常引起的大气遥相关对降水的影响变得更为重要。当AMO处于正位相时,北大西洋异常偏暖引起的异常罗斯贝波列沿大圆路径传播,在华南地区上空形成高压异常,削弱了华南及中南半岛部分地区的水汽输送,形成降水负异常;而当AMO处于负位相时,北大西洋偏冷,热带大西洋偏暖,经向温度梯度增大,北大西洋上空副热带急流增强,在这种背景下,波列异常倾向于向东沿亚洲夏季急流从欧洲向东北亚传播,而不是沿大圆路径传播,从而对南海季风区的影响较弱。
(4)二十世纪七十年代末期,随着全球变暖及PDO等大尺度气候系统位相变化,南海夏季风的可预测性也发生变化。在二十世纪七十年代末期之前(1960-1978),热带太平洋、印度洋及北太平洋等海域海温的年际变率较弱,南海夏季风与这些海域海温的关系亦弱;二十世纪七十年代末期之后(1979-2005),上述海域海温的年际变率增大,海温异常引起的南海上空的环流异常更强,从而导致南海夏季风与上述海域海温的关系更强,同时季风自身变率增强。由于系统变率增大有助于提高其可预测性,故模式在二十世纪七十年代末期之后能更好地预测出南海季风及其相关环流场的年际变化特征。此外,使用年际增量方法,将动力预测与统计方法相结合,可以有效地提升模式对季风区降水场的预测能力。
(1)近百年来,在太平洋年代际振荡(PDO)的调制下,南海夏季风的年际变率强度存在年代际变化。当PDO处于正(负)位相时,南海夏季风年际变率强度偏强(弱)。这种变化主要由PDO调制热带太平洋海表面温度及厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)的年际变率强度引起。与PDO处于负位相时相比,当PDO处于正位相时,ENSO变率偏大,同时ENSO引起的夏季西北太平洋环流异常更强,ENSO与南海夏季风的关系更为紧密。由于南海夏季风的年际变化主要受ENSO影响,所以当ENSO变率大且ENSO与南海夏季风关系紧密时,南海夏季风的年际变率强度也更强。
(2)近百年来,南海夏季风与ENSO的相互作用存在年代际变化,且受到大西洋多年代际振荡(AMO)的调制。一方面,当AMO处于负位相时,热带太平洋上空的风场异常使得太平洋温跃层变浅,海气相互作用增强,ENSO强度增大,从而ENSO引起的西北太平洋异常环流维持时间更长,可以从冬季维持到夏季,对南海夏季风强度造成显著影响,导致前期ENSO对后期南海夏季风的影响更强;而当AMO处于正位相时,ENSO强度较弱,ENSO引起的西北太平洋环流异常在夏季无法维持,从而前期ENSO事件对南海夏季风的影响较弱。另一方面,当AMO处于正位相时,北大西洋暖海温异常引起的准定常罗斯贝波活动异常使得南海上空有低压异常存在,南海上空出现气旋性环流异常,且异常气旋南侧的西风异常可以从当年夏季维持到次年冬季,在这一背景下,南海夏季风与其后厄尔尼诺事件的发展变得更为紧密;而当AMO处于负位相时,则没有这种特征。
(3)受南海夏季风与ENSO关系不稳定的影响,厄尔尼诺事件带来的季风区降水异常也随着AMO位相的变化而发生年代际变化:AMO调制下的厄尔尼诺降水异常在初夏(五月、六月)和盛夏(七月、八月)展现出不同特征。当AMO处于负位相时,厄尔尼诺事件下的海温异常强度偏强,引起的西北太平洋异常反气旋可以从冬季维持到初夏。反气旋异常西北(西南)侧的偏南(西)气流增强(削弱)华南(中南半岛)上空的水汽输送,从而在当地造成降水正(负)异常;当AMO处于正位相时,厄尔尼诺事件下的海温异常强度偏弱,引起的西北太平洋异常反气旋在初夏强度较弱且位置偏北,对华南及中南半岛地区降水的影响也偏弱。对于盛夏(七月、八月)降水异常而言,随着厄尔尼诺强度衰减,西太平洋海气相互作用逐渐减弱,北大西洋海温异常引起的大气遥相关对降水的影响变得更为重要。当AMO处于正位相时,北大西洋异常偏暖引起的异常罗斯贝波列沿大圆路径传播,在华南地区上空形成高压异常,削弱了华南及中南半岛部分地区的水汽输送,形成降水负异常;而当AMO处于负位相时,北大西洋偏冷,热带大西洋偏暖,经向温度梯度增大,北大西洋上空副热带急流增强,在这种背景下,波列异常倾向于向东沿亚洲夏季急流从欧洲向东北亚传播,而不是沿大圆路径传播,从而对南海季风区的影响较弱。
(4)二十世纪七十年代末期,随着全球变暖及PDO等大尺度气候系统位相变化,南海夏季风的可预测性也发生变化。在二十世纪七十年代末期之前(1960-1978),热带太平洋、印度洋及北太平洋等海域海温的年际变率较弱,南海夏季风与这些海域海温的关系亦弱;二十世纪七十年代末期之后(1979-2005),上述海域海温的年际变率增大,海温异常引起的南海上空的环流异常更强,从而导致南海夏季风与上述海域海温的关系更强,同时季风自身变率增强。由于系统变率增大有助于提高其可预测性,故模式在二十世纪七十年代末期之后能更好地预测出南海季风及其相关环流场的年际变化特征。此外,使用年际增量方法,将动力预测与统计方法相结合,可以有效地提升模式对季风区降水场的预测能力。