论文部分内容阅读
本论文系统分析了东亚夏季风的季节内演变特征,考察了以西太平洋副热带高压(副高)两次北跳为主要特征的东亚夏季风环流的次季节突变过程。作为东亚夏季风季节内变化的表征,我们分析了副高两次北跳与热带海温异常的联系。在此基础上,进一步研究了季节内振荡对平常年和异常年副高两次北跳过程的影响。此外,对于无显著海温异常的副高第二次北跳异常年(1980、1981)东亚夏季风的季节内演变过程,也进行了细致的个例分析。最后,还评估了新近发展的IAP AGCM4.0大气环流模式对所揭示的东亚夏季风季节内变化规律的模拟能力。论文主要结论如下:
一、东亚夏季风环流的次季节突变
基于气候态的分析表明,东亚大气环流在夏季期间存在两次明显的次季节突变,表征为副高的两次东退北跳,第一次是在6月中旬,第二次是在7月下旬。相对于第一次北跳而言,副高第二次北跳更为强烈。对应于副高两次北跳,风场变差度上,东亚地区也呈现出两次变差度的高值中心,特别是第二次北跳阶段,变差度高值中心贯穿整个对流层,表明高低层环流呈现出一致的次季节突变过程。而从风场相似度的变化上也可以看到,副高第二次北跳后东亚地区呈现出明显不同的环流状态。
副高两次北跳的影响因子不尽相同。第一次北跳主要受南海对流活动加强所激发的东北向传播的Rossby波列(PJ型或EAP型遥相关)的影响,而第二次北跳则是暖池对流增强所激发的Rossby波列与中高纬度东传Rossby波的锁相作用造成的。6月中旬,南海对流活动的增强是由于其西边界西风加强并向东扩展造成的,这与马斯克林高压的加强有关。7月下旬,澳大利亚高压的增强使其东北部的越赤道气流加强,南半球大量冷空气入侵到暖池地区,加强了暖池地区的不稳定性和低层的辐合,从而使得暖池地区的对流活动增强。
二、副高两次北跳与热带海温异常的联系
副高两次北跳均呈现出显著的年际变化,特别是第二次北跳年际变化幅度更大,它是东夏季风琢流季节内变化和年际变率的主导模态。相关分析表明,副高两次北跳的年际变率相互独立,影响因子各有不同。副高第一次北跳与热带中太平洋海温异常存在显著正相关,并且这种相关具有很好的持续性,从前冬一直维持到次年6月。而副高第二次北跳与前冬ENSO呈显著正相关,但这种相关随ENSO的衰减而减弱,到7月已不显著。取而代之的是,在北印度洋出现显著正相关区,表明ENSO可以通过印度洋的“电容效应”而间接影响到副高第二次北跳。
三、季节内振荡对副高两次北跳的影响
在季节内尺度上,平常年和异常年影响副高两次北跳的季节内振荡周期不同;气候态上,以10～20天和准60天为主;第一次北跳异常年和第二次北跳偏早年,以30～60天为主;第二次北跳偏晚年,则呈现10～20天和30～60天两个主导周期。
不论气候态还是异常年,东亚一暖池地区低频振荡在年循环背景下均呈现出明显的北传特征,这是导致副高发生两次北跳的重要原因之一。而印度季风区低频振荡在东北向传播过程中所引起的西风东伸是造成副高第一次北跳更为明显的原因。澳高冷空气入侵所激发的暖池对流的准双周振荡更则是造成气候态和偏晚年副高第二次北跳更为显著的原因。
由于前期春季西北印度洋海温出现异常,造成局地低频振荡发生位相迁移,进而导致副高第一次北跳发生异常。而副高第二次北跳异常则是因为:ENSO改变了暖池地区季节内振荡的尺度和振幅所造成的。
四、无显著海温异常强迫下东亚夏季风的季节内变化
典型个例分析表明,无显著海温异常强迫下东亚夏季风的季节内变化也呈现出显著的异常,尤以1980年和1981年最为典型。1980年,副高第一次北跳异常偏早,第二次北跳异常偏晚,而1981年则相反,第一次北跳接近气候态,第二次北跳却异常偏早。从变差度上看,1980年夏季环流稳定少变,而1981年夏季除副高两次北跳之间环流少变外,其它时段环流调整强烈。
不同于气候态,1980年副高两次北跳主要受热带西太平洋对流增强的影响,而1981年副高两次北跳则是由于暖池对流增强后所激发的极向传播的Rossby波列与中高纬度东传的Rossby波的锁相作用造成的。
与副高北跳早晚异常相比,副高北跳前后环流的维持时间更为重要。分阶段研究表明,1980年夏季副高异常程度堪比强El Ni(n)o衰减年,这主要是由于不同阶段南半球环流和中高纬度环流的相互配合与接力造成的。相比之下,1981年夏季马高和澳高均异常偏弱,因而南半球环流对副高异常的影响有限。中高纬度环流的季节内变化是这一年夏季副高快速北进和南退的主要原因。
五、IAP AGCM4.0模拟的东亚夏季风的季节内变化
新发展的IAP AGCM4.0对东亚夏季风环流和降水的气候态分布及其季节演变特征具有较好的模拟能力,而且也很好地再现了副高的两次北跳过程。但与观测相比,模式仍存在不少偏差,主要体现为:(1)副高模拟偏强,主体范围位势高度偏离近20gpm,导致模拟的东亚和热带西北太平洋夏季降水系统性偏少。(2)因5月中旬至6月中旬模式副高偏高北偏强,模式未能模拟出华南前汛期雨带;模式中西伯利亚热低压异常偏强,导致东亚夏季风衰退较观测偏迟近一个月。(3)副高两次北跳时间与观测不一致。模式中,副高第一次北跳大致在36候(6月25～29日),较观测偏晚约2候,而第二次北跳则在40候(7月15～19日)左右,比观测偏早约1候。单独大气模式中,暖池对流季节内振荡周期模拟偏短是导致副高两次北跳时间出现偏差的重要原因。因此,对于东亚夏季风季节内振荡的预测而言,西太平洋海气相互作用至关重要。