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《中国气象科学研究院》 2011年
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高原地区NASA与NCEP再分析资料对比和南亚高压活动及其旱涝影响分析

王斌  
【摘要】:利用NASA高分辨率再分析资料MERRA、NCEP-DOE(NCEP-2)再分析资料、国家气象中心提供的中国160站降水资料,通过双线性插值、相关分析、合成分析、Morlet小波分析、SVD分析等分析方法,围绕新高分辨率再分析资料MERRA的可用性,对MERRA和NCEP-2资料在青藏高原区域的环流特征及两种资料中南亚高压系统特征进行了对比分析,并进一步探讨了MERRA资料100hPa高度场与500hPa高度场的耦合关系及其对我国夏季降水场的影响,最后对MERRA资料100hPa南亚高压活动特征及其对我国长江流域夏季旱涝的影响及可能物理机制等问题进行了研究。主要结论如下: (1)在东亚地区,NCEP-2和MERRA再分析资料高度场和温度场分布基本一致,但也存在差异:差异最大区域位于青藏高原主体区域,且低层差异大于中高层,中层差异最小。NCEP-2和MERRA资料反映的经、纬圈环流在高层有着很好的一致性,两者的主要差异出现在低层、近地面,特别是复杂地形区域垂直运动差异较大,次级环流位置也不同。另外,MERRA和NCEP-2资料在对散度、涡度分布和强度描述的一致性上,青藏高原周边区域好于青藏高原区域,中高层好于低层。NCEP-2与MERRA资料在青藏高原主体区域及周边地区中低层位势高度、温度的年际变化趋势基本一致,均通过了α= 0.002的显著性检验;高层100hPa,MERRA和NCEP-2资料温度年际变化趋势一致,但两者位势高度年际变化存在显著差异。综合分析可以得到:MERRA资料是目前较好的一种高分辨率再分析资料,尤其在青藏高原及其周边地区。 (2)100hPa上,NCEP-2和MERRA资料南亚高压的特征线数值不同,NCEP-2资料为1680dgpm,比MERRA资料大4dgpm,但MERRA资料南亚高压的范围明显大于NCEP-2资料。除东伸指数外,NCEP-2和MERRA资料反映的南亚高压同一特征指数年际变化趋势基本一致,特别是两种资料南亚高压脊线指数的年际变化曲线基本重合。以20世纪90年代初为界,之前,NCEP-2资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数正异常,MERRA资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数负异常,NCEP-2中的指数值大于MERRA中对应的指数值;之后,反之。NCEP-2和MERRA资料南亚高压面积指数、强度指数的气候均值间存在显著差异。NCEP-2和MERRA资料南亚高压强度指数的方差间存在显著差异。两种资料反映的夏季南亚高压同一特征指数的显著周期在1979~2009年有很好的一致性:都具有相同的显著周期,并且位相也基本吻合,但两种资料在反映南亚高压主周期特征上存在一定差异:南亚高压面积指数、强度指数在MERRA资料中以准4年周期为主,在NCEP-2资料中则同时表现为准4年和8~9年两个周期。 (3)MERRA资料夏季100hPa高度场与同期500hPa高度场SVD分析的前两个模态的累积协方差贡献达到了99.22%,收敛速度快,并且前两个模态左右场间的相关系数均在0.75以上,通过了α= 0.001的显著性检验,具有很好的代表性,可以很好地反映100hPa高度场与500hPa高度场的主要特征和耦合关系。MERRA资料夏季500hPa高度场与同期中国降雨场具有密切的时空相关,前两个模态的累积协方差贡献达到了74.95%,收敛速度较快,并且前两个模态左右场间的相关系数,均通过了α= 0.001的显著性检验。100hPa高度场与500hPa高度场第一模态空间分布型和时间系数表明:当南亚高压区域100hPa高度场异常偏低(高),南亚高压强度偏弱(强)时,同期西太平洋副高区域500hPa高度场也偏低(高),西太平洋副高强度偏弱(强)。500Pa高度场与中国降水场第一模态空间分布型和时间系数表明:当西太平洋副高区域500hPa高度场异常偏低(高)时,同期中国长江中下游流域降水偏少(多)。两个SVD分析第一模态500hPa高度场关键区均是32°N以南110~160°E,表征西太平洋副高强度变化的主要信息,这样通过西太平洋副高,建立起对流层高层100hPa南亚高压影响我国大范围降水的物理图像。100hPa高度场与500hPa高度场第二模态空间分布型和时间系数表明:100hPa关键区(25~40°N,40~85°E)高度场正距平,100hPa南亚高压脊线位置偏北,对应500hPa关键区(30 ~40°N,110~145°E)高度场也是正距平,西太平洋副高脊线偏北;反之亦然。500Pa高度场与中国降水场第二模态空间分布型和时间系数表明:500hPa关键区(30~40°N,110~145°E)高度场正距平,500hPa西太平洋副高脊线位置偏北,对应华南地区、西南地区南部的云南和江南地区东部、华北地区东部、内蒙古地区中部和东北地区中南部偏涝,整个长江流域一致偏旱;反之亦然。两个SVD分析第二模态500hPa高度场关键区均是30~40°N,110~145°E,表征西太平洋副高脊线位置变化的主要信息。100hPa高度场变化是通过影响500hPa高度场,继而影响中国夏季降水异常。 (4)1979~2009年,长江流域夏季降水经历了“偏少~偏多~偏少”的年代际变化:20世纪70年代末到80年代末,长江流域降水普遍偏少,20世纪90年代初到90年代末,长江流域降水明显偏多,2000年以后,长江流域出现了持续性的干旱,降水持续偏少。旱、涝年850、500和100hPa大气环流和海温场差异显著。涝年,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度偏强,南亚高压东伸到100°E以东,中心强度为1680dgpm,850hPa风场上来自低纬度的暖湿气流和来自北方的冷空气在长江中下游流域汇合,形成了一个明显的辐合区,暖湿气流丰沛,中国临海海域的西太平洋、西北太平洋、南海和北印度洋海表温度为正距平;旱年,西太平洋副热带高压偏东偏北,强度偏弱,南亚高压西退到100°E以西,中心强度为1676 dgpm,850hPa风场上长江中下游流域是东南风和东北风的辐散区,水汽条件也不足,中国临海海域的西太平洋、西北太平洋、南海和北印度洋海表温度为负距平。相关分析表明:前一年夏季5°S~5°N,120~170°W (Nino3+4区)海温正(负)异常,会造成下一年夏季南亚高压偏强(弱)、偏东(西);以及从100hPa南亚高压与500hPa西太平洋副热带高压“相向而行”的关系,继而影响我国长江流域夏季降水。
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