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北半球对流层厚度的时空演变特征及其与大气环流和海温的关系

桑林  
【摘要】:利用1948—2010年NCEP/NCAR再分析位势高度场资料(2.5°×2.5°),美国国家海洋局提供的1948年1月到2010年12月共756个月海温再分析资料,网络分辨率为2.0°×2.0°。分别定义1000hPa与200hPa两等压面上位势高度差、500hPa与200hPa两等压面上位势高度差和1000hPa与500hPa两等压面上位势高度差为对流层厚度、对流层上部厚度和对流层下部厚度。利用EOF和SVD等气候统计的方法研究北半球对流层厚度时空演变特征及其与大气环流和海温的关系。并与南半球对流层厚度的时间演变序列进行对比分析,得到主要结论如下: 由于北半球对流层中下部厚度主要受热力因子的作用,对流层中上部厚度主要受动力因子的影响,所以不论是年平均、冬季平均和夏季平均的1000-500hPa和500-200hPa厚度的时空演变特征都存在显著的差异。受热成风的影响,中高纬度地区上下两层厚度的时空分布差异比低纬地区明显。 大气环流对对流层厚度的影响十分重要。当北太平洋和极区偏东半球的冬季海平面气压分布呈明显反位相分布时,对流层中下层厚度主要表现为太平洋北美型。而当海平面气压表现为北大西洋及附近地区与极区反位相分布时,对流层中下部厚度主要表现为东西两半球高纬地区反位相分布形势。当冬季500hPa位势高度场表现为欧亚大陆东西两岸位相一致,而欧亚大陆中部与极区和北美大陆高纬地区连成大范围的反位相分布形势时,冬季对流层中上部厚度主要表现为太平洋北美型。当欧洲北部和北太平洋地区的500hPa位势高度场表现为异常偏高时,欧亚大陆对流层厚度异常偏低的强度和水平范围较大。 夏季当海平面气压场表现为太平洋、欧亚大陆中低纬度大范围地区和极区为正距平,大西洋及欧亚大陆高纬度地区和北美大陆地区为负距平时,夏季对流层中下部厚度主要表现为半球范围内一致的正距平。而当海平面气压场表现为极区偏高,其他大范围地区偏低时,厚度场有类似的距平分布。夏季对流层中上部厚度的主要变化存在欧亚型。当500hPa位势高度场表现为极区及欧亚大陆高纬地区和北太平洋地区异常偏高,其他地区异常偏低时,夏季对流层中上部厚度主要表现为欧亚大陆地区厚度异常偏高。 对流层厚度异常不仅仅由于大气内部的动力过程,海表温度等外部强迫不容忽视。本文的研究表明大尺度准定常热源(如热带太平洋暖水区,热带东太平洋冷池区,另外还有热带印度洋、热带大西洋),可以影响整个对流层厚度,一般来讲各海域海温的热力强迫对其附近地区对流层厚度的影响尤为显著。拉尼娜或ENSO盛行时,东太平洋海温异常可使北半球中高纬度大范围地区对流层厚度呈现与其一致的距平位相。且受热带太平洋表层海温每隔3-5年重复出现的这种大规模东西向的震荡,北半球对流层厚度也具有相近的变化周期。


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