北半球中高纬度地区大气环流异常与夏季江淮流域旱涝关系的研究

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本文应用52a NCEP/NCAR逐日全球500hPa高度场、风场和月平均海表温度资料,研究了北半球中高纬度环流与夏季江淮流域的旱、涝关系。   江淮流域夏季降水与中国东部其它地区降水具有反位相的分布特征,旱、涝有明显的年代际变化.江淮流域典型旱、涝年前期冬、春季全球海表温度异常的变化趋势有较大差异,北半球有三个地区海温异常变化趋势最为显著,一是南美沿岸伸向赤道中东太平洋地区;第二个区域位于西风漂流区以南的中太平洋副热带地区;第三个区域在中大西洋的中纬度地区。在江淮流域旱涝年前期冬、春季,三个关键区的海温有相反的变化趋势,涝年前期为增暖趋势,而早年为降温趋势且幅度更大。太平洋中部和大西洋中部海温在涝年前期的增暖幅度明显大于赤道中东太平洋,作为全球气候异常最强信号的ENSO事件对江淮流域夏季降水有一定影响,但关系并不显著。   本文根据阻塞高压的天气学意义设计了一个检索阻塞过程的客观方法,并将结果与其它方法进行对比,验证了本方法的合理性。本文还对45年(1961-2005年)的阻塞过程进行了统计,结果表明北半球中高纬地区有两个阻塞高压出现的高频区,一是大西洋/欧洲区,它是北半球阻高活动最为活跃的地区,另一个位于中东太平洋。除了这两个高频区以外,还有两个低频区,一个位于东亚大陆沿岸到日界线附近,另一个位于北美大西洋沿岸到东大西洋,它是阻塞出现频率最低的地区.阻高活动有明显的季节特征。春季阻高最为活跃,而夏季出现频率最低。相对冬季,春季阻高活动高频区明显东移。夏季,鄂霍次克海出现新的阻塞活动中心,北半球阻塞天数大值中心也由冬、春季的两个增加到三个。阻高活动中心出现的纬度也有季节性的南、北移动,50~60°N是出现阻塞形势的高频纬度带,夏季北移到55°~65°N,鄂霍次克海阻高还要偏北一些。阻塞天数也有明显的年际变化,总体上呈减少趋势,其中冬季减少趋势最为显著。变化显著区域均是阻塞形势出现的高频区,而北美太平洋沿岸的阻塞活动却呈增加趋势。冬季阻塞天数与ENSO有一定关系,在冬季处于El nino位相时大西洋/欧洲区阻塞天数多于La nina冬季,而东北太平洋阻塞天数却少于Lanina冬季。阻高活动范围也有不同,El nino冬季欧洲/大西洋区阻高活动中心位于欧洲的大西洋沿岸,并且向东逐渐减少。而在La nina年冬季,欧洲的大西洋沿岸和亚洲西部都有阻高活动中心存在,导致影响中国大陆的冷空气也更加频繁,这也是Lanina东亚冬季风比El nino冬季风强的原因之一.   本文研究了阻塞形势的波动特征。结果表明,大气中前三个长波的位相在北半球中高纬地区有两个相对集中的区域,一个在大西洋/欧洲区,另一个在东北太平洋,与阻高活动高频区有很好的对应关系。大气长波的位相也有明显的季节变化,春季东进、夏季后期开始西退,其位相移动在欧亚大陆最为显著。在夏季,随着长波位相东移,鄂霍次克海附近也成为位相集中区域,反映了欧亚大陆阻塞天数从春季到夏季变化的主要特点。波数为2长波位相的位置对于大西洋/欧洲、乌拉尔山、鄂霍次克海附近的阻塞形势都至关重要。当其位置偏西位于欧洲大陆时,有利于大西洋/欧洲阻塞的形成和维持,而位置偏东位于欧洲东部和亚洲西部时,则对乌拉尔山、鄂霍次克海阻高发生发展有利。这也是中高纬度环流从春季向夏季转变,江淮梅雨形势建立的重要标志之一。典型乌山阻高时,波数为1长波的振幅贡献率较小,而在典型鄂海阻高时期,其长波振幅贡献率明显增加.   东亚阻塞活动与江淮流域夏季旱、涝密切相关,是决定旱、涝的重要系统之一。夏季东亚阻塞的异常发展不仅会导致对流层中部东亚地区出现一定的遥相关结构而且低层的气旋性、反气旋性环流也有类似的配置形势。而在阻塞高压不活跃的夏季,形势分布正好相反。夏季东亚阻塞形势与前期大气环流、海温有明显联系。在夏季东亚阻塞活跃的前期春季大西洋/欧洲区阻塞高压活动明显偏强。而在夏季东阻不活跃的前期春季大西洋/欧洲区阻塞活动偏弱,并且乌山附近阻塞活动有加强的趋势。东亚阻塞活动与前期冬、春季海温异常的关系也非常显著,尤其是冬季西风飘流区的海温异常。冬季西风漂流区海温偏高对应夏季东亚阻塞高压亦活跃,反之阻塞活动较少。这两个指标可作为预测夏季东亚阻塞形势的前期信号。夏季东亚阻塞活动与冬春季赤道中东太平洋海温异常的统计关系并不显著。   本文还研究了江淮流域夏季降水偏多时同期各月平均500hPa环流特征。结果表明造成夏季各月降水偏多的环流形势并不相同,尤其是中高纬度差别较大。当7、8月降水异常时,东亚地区从高纬到低纬为典型的“+,-,+”遥相关结构,6月的环流形势差异较大,这是由于不同类型阻高在夏季各月出现的频率并不相同造成的。6月乌拉尔山阻高出现频率较高,而在7月鄂霍次克海阻高占优势。   梅雨前后中高纬度长波演变规律的研究再次验证欧洲东部到亚洲西部高压脊的形成与江淮流域梅雨形势的建立紧密联系。在入梅候,原来位于欧洲大西洋沿岸的高压脊东移到欧洲东部到亚洲西部附近,梅雨形势建立。当高压脊减弱并被低槽所替代时则意味着江淮梅雨即将结束。鄂海高压脊与欧洲东部到亚洲西部高压脊并不同时建立,即使是在异常丰梅年鄂海高压脊的建立时间也有滞后。  
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