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传统的欧亚遥相关型(EU)是北半球冬季比较特殊的遥相关型,它对北半球冬季欧亚大陆的气候有重要的影响,同时也是东亚地区气候变化的重要影响因子;欧亚1型遥相关(EU1;也称为斯堪的纳维亚型,SCAND)和欧亚2型遥相关(EU2;也称为东大西洋/俄罗斯西部型,EATL/WRUS)是影响大西洋—欧亚大陆气候的重要因子,对我国气候变化也有重要影响。本文利用NCEP/NCAR的再分析资料、中国160站的气温和降水数据、CPC/NOAA的全球陆地降水数据、英国哈德莱中心的历史海温数据以及美国国家冰雪数据中心(NSIDC)的雪水当量数据,对1948/49-2008/09年冬季的EU,SCAND以及EATL/WRUS的季节及年际变化进行了对比分析,并对SCAND的年代际变化进行了研究。论文研究内容和结果如下:
(1)三种欧亚遥相关型的逐月及季节变化。对北半球逐月的500hPa高度场做旋转经验正交(REOF)分析,得到三种欧亚遥相关型,并对这三种欧亚遥相关型逐月和季节的时间变化做了对比研究。结果表明,传统EU,SCAND和EATL/WRUS都可以通过对逐月500hPa高度场进行REOF分析得到。EU和EATL/WRUS存在4-8年的显著周期,而SCAND的显著周期是2-4年。从三种欧亚遥相关型指数逐月的方差分布来看,三个遥相关型指数的最大方差出现的月份不同,对于传统EU来说,方差的最大值出现在12月; SCAND的方差最大值出现在11月;而对于EATL/WRUS来说,方差最大值出现在1月;但三者方差最小值都出现在夏季7月。这三种欧亚遥相关型都具有显著的季节变化,在夏季都很弱,在秋季和冬季比较强,各个季节这三种遥相关型的变化特征以年际变化为主。
(2)北半球冬季三种欧亚遥相关型的年际变化特征及其气候影响。对北半球冬季500hPa高度场进行了REOF分解,得到了北半球冬季存在的三种欧亚遥相关型。随后对这三种欧亚遥相关型的时空分布特征,Rossby准定常波活动通量,气候影响以及可能的外源强迫进行了对比分析。结果表明,这三种欧亚遥相关型在欧亚大陆都表现为一个自西向东的波列分布,并呈现出准正压的结构特征,但三个遥相关型的波源和活动中心各不相同。此外,这三种遥相关型对北半球冬季热带外地区的降水和气温的影响也不同。北大西洋海温异常可能是影响EU的外部强迫, SCAND则与热带印度洋海表温度的关系很密切;与EU和SCAND不同,从11月持续到12月的积雪异常可能是激发EATL/WRUS的外强迫源。
(3)北半球冬季三种欧亚遥相关型形成和维持的可能机制。对三种欧亚遥相关型异常的Rossby波源和能量转换进行了诊断分析,并进一步研究了定常波和瞬变波的波动反馈过程在这三种欧亚遥相关型形成和维持中起到的作用。结果表明,Rossby波波源与位势高度场异常有很好的对应,反应了局地Rossby波能量频散对位势高度场异常的强迫;这三种欧亚遥相关型的波源异常主要来自于与这三种遥相关型有关的辐散风场异常的贡献。三种遥相关型都受到正压过程和斜压过程的影响,但斜压过程在这三种遥相关型中的贡献要大于正压过程。在不同区域,斜压过程和正压过程对这三种遥相关型的影响不同,在亚洲急流出口区,EU和SCAND以正压能量转换为主;从中国东部—朝鲜半岛—日本南部区域以及中南半岛,EATL/WRUS以正压过程为主。对位势倾向方程的诊断表明,高频瞬变波强迫作用对EU位于大西洋上的中心,以及SCAND和EATL/WRUS位于斯堪的纳维亚半岛附近的中心的形成和维持起着重要作用;而异常准定常波和气候态准定常波相互作用产生的强迫是EU位于斯堪的纳维亚半岛附近以及西伯利亚这两个中心、SCAND英国西南部的中心、SCAND位于西伯利亚的中心、EATL/WRUS位于北大西洋上的中心以及EATL/WRUS位于里海北部的中心的重要影响因子。
(4)北半球冬季斯堪的纳维亚遥相关型在20世纪70年代末的年代际变化。SCAND在1979年前后发生了明显的年代际突变,其500hPa高度场上的欧洲中心和西伯利亚中心在1979年之后均向东南方向移动,但斯堪的纳维亚半岛附近的中心位置没有明显变化。与此相对应,1979年之后SCAND对北半球气温的影响有很大加强,主要表现为其正(负)位相引起的极区增温范围明显扩大,欧亚大陆北部的温度负(正)中心显著向东南方向延伸,甚至可以影响到我国长江流域和日本的温度变化。1979年之后,SCAND正(负)位相可以引起欧亚大陆沿60°N左右纬度带的降水显著减少(增加),这与1979年之前SCAND主要引起乌拉尔山以西地区的降水变化有所不同。对准地转位势倾向方程的诊断表明,SCAND在1979年前后的年代际变化基本可以用异常定常波引起的涡度强迫、异常定常波与气候态定常波相互作用引起的涡度强迫以及高频瞬变波引起的涡度强迫三者的变化来解释。