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本文利用1955~2005年中国90°E以东地区325个地面观测站夏季(5~9月)高温资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析(ERA40)5~9月月平均再分析资料、英国Hadley中心的月平均海温数据,分析了中国夏季高温异常的时空分布特征和年代际变化规律,将异常多高温年和少高温年的大气环流特征进行对比分析,讨论了500hPa高度场、100hPa高度场及海温场与夏季高温的联系。利用IPCC第四次科学评估报告模式对比的部分(12个)全球气候系统模式资料,对中国区域21世纪的夏季高温的变化趋势进行了模拟分析。
7月的高温日数最多,高温日平均最高气温最高,分别为3.9天和36.1℃。高温同数呈现出北少南多的分布状况。高温日平均最高气温东北,西部地区以及东部滨海的某些站点较低,而华北和长江中下游地区较高。高温事件存在年际和年代际变化。除在上世纪80年代,高温日数和高温日平均最高气温都为弱负距平外,在其他时期均为正距平。对五个时期各月的高温时间也进行分析。五个时期,除5月的高温日数正距平是以60年代为最高外,其他月的高温日数正距平都是以2001~2005年期间为最高。从高温过程的月分布来看,各级高温过程都是以7月最多,9月最少。高温日数和高温日平均最高气温及高温过程,各地区的时空分布和年代际变化均有各自的特征和规律。各地区气象要素与高温日数的偏相关系数显示,平均温度和日照时数与高温日数的相关性较好,西北地区平均温度与高温日数偏相关系数最高( r=0.77),西南地区日照时数与高温日数的偏相关系数最好(r=0.58)。
对高温日数进行EOF展开分析,前三个特征场分别呈现全区域-致、长江以北-长江以南反位相分布、华北和华南-华东反位相分布三种空间分布特征。前三个模态对高温事件的解释方差分别为56.3%,15.8%和7.9%。前三个模态对应的时间系数表示我国夏季高温的时间演变趋势和年际年代际变化特点。通过对EOF三个模态时间系数与500hPa高度场做相关,发现第一模态时间系数(PCl)与500hPa高度场在中国大部分地区均为正相关,在我国山东半岛和长江三角洲地区正相关最为显著,说明夏季副高强度大,则我国夏季高温日数偏多,尤以长江中下游地区最强。第二模态时间系数(PC2)与500hPa高度场相关分布图上,负相关中心位于我国长江以南地区.相关系数-0.5以下,正相关区位于我国华北地区,说明副高的南北移动会影响高温的南北分布。PC3和500hPa高度场的相关分布图上,呈现西北.东南的反方向相关系数分布,说明副高的东西移动会影响高温的东西分布。青藏高压也对夏季高温有一定的影响作用,它的东西移动会影响我国夏季高温的东.西反向分布。对EOF前三个空间模态对应的时间系数和同期东亚lOOhPa高度场作相关,中国大片区域二者均为正相关关系,正相关中心位于青藏高原上空和日本海附近,当此区域青藏高压偏强时,高压中心及其东南部地区地面气温偏高,则我国夏季高温日数偏多。第二模态时间系数与100hPa高度场呈北正南负的相关关系,长江以北为正相关,以南为负相关,但相关系数均较小,说明青藏高压与高温日数这种南北反向分布的关系并不明显。第三模态时间系数和100hPa高度场的相关分布情况,呈现西北.东南的反方向相关系数分布,说明当青藏高压偏东时,我国华北、东北地区气温偏高,高温日数较多,而华南和东南地区高温日数偏少。
对EOF前三个空间模态对应的时间系数和同期热带太平洋和印度洋海温作相关分析,表明ENSO、赤道印度洋和西太平洋暖池海温,可以通过影响西太平洋和东亚地区大气环流而影响我国夏季高温日数频次,其中ENSO和西太平洋暖池区海温对高温日数变化第一模态的相关比较明显;而热带印度洋海温对第二模态有显著影响。与前期海温的关系分析可知,第一模态与前期夏季的西太平洋暖池和前期冬季赤道东太平洋海温相关关系最好,相关系数分别为0.32和-0.22,第二模态则与热带印度洋前期冬季海温相关关系最大,相关系数为-0.32。
对中国地区21世纪夏季高温的变化趋势分析表明,不同排放情景下各模式的模拟结果不同,且各模式对夏季高温模拟的差异大于对异常高温的模拟。模式平均而言,A2情景下高温日数最多,A1B次之,B1情景下最少。增长趋势也是A2情景下增长最快为6.0天/100a,A1B和B1情景则分别为5.4天/100a和3.4天/100a。对三种情景下各模式对高温日数的模拟能力进行了分析,从多方面比较了各模式的模拟能力。