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影响中国极端天气气候事件变化的初探

杜予罡  
【摘要】:极端天气(气候)事件是指天气(气候)的状态严重偏离其平均态,在统计意义上属于小概率事件。主要包括:极端温度、极端降水、热带气旋等。虽然极端天气气候事件的发生频率较低,但是往往给自然环境和人类社会带来较大影响。近年来极端天气气候事件在世界各地频频发生,因此有关极端天气气候事件的研究具有重要意义。本文主要对近年来一些极端天气气候事件(包括:极端温度、极端降水和热带气旋)的变化进行了研究,并给出一些极端天气气候事件变化的可能动力学影响机理。主要研究内容以及结论如下: 1、利用532个台站的日最低、最高气温资料,选取了4个极端温度指数(冷日、冷夜、暖日和暖夜),对近20年(1990-2007年)极端温度事件相对于过去30年(1960-1989年)的变化进行了研究。主要有以下结论:近20年极端温度事件的变化尤为显著。其中,冷夜在全国大部分地区表现出显著减少;冷日显著减少的区域位于西北、华北和东北;暖夜和暖日显著增加的区域位于华北、西北、华南和西南。分季节讨论发现,冷夜和冷日减少最多的季节均为冬季,暖夜和暖日分别在夏季和秋季增加最显著。从月变化来看,近20年中国地区的极端温度事件(除暖日以外)均表现出2月变化明显且远大于其他月份的特征。 2、利用532个台站的日降水资料,选取了两个极端降水指数(极端降水量和极端降水频次),研究了1990年以来中国地区极端降水事件相对于1960-1989年的变化。主要结论为:近20年(1990-2007年)强极端降水事件出现概率增加。年极端降水量和年极端降水在西北和长江中下游地区显著增加。从季节分布来看,极端降水事件的增加主要集中在湿季(4月-9月),其变化的空间分布和年极端降水事件类似。干季(10月-次年3月)的极端降水事件主要在东北和西北地区表现出显著增加。从月变化来看,月极端降水事件增加最大的月份为6月和7月,月极端降水频次增加比较多的月份为1月、2月和3月。 3、为研究环境因子对西北太平洋热带气旋(TC)气候特征的影响,选取影响TC活动的4个环境因子:海表温度(SST)、1000hPa气温、对流层中层比湿(925-500hPa)以及风速垂直切变(200-850hPa)。通过分析这4个环境因子与西北太平洋TC活动的相关关系,进而定义了两个指数:一个为考虑海洋加热作用的第二类边界条件(海气温差指数:ΔT=Ta-SST,其中Ta为1000hPa的气温),另一个为考虑海洋上方湿空气稳定度的指数(静力稳定度指数:Δθse=θse1000-θse850,其中θse1000和θse850分别表示1000hPa和850hPa的假相当位温)。结果表明,两个指数与TC累计气旋能量(ACE)均表现出显著的正相关。对于频数而言,△T与之表现出显著的正相关,而△θse对TC频数的影响并不显著。综合来看,TC的生成(TC频数)可能和稳定度关系较大,而TC的发展(ACE)与稳定度和水汽条件密切相关。 4、利用偏最小二乘回归方法对登陆我国TC频数年际变率的影响因子进行诊断,发现标准ENSO和ENSO Modoki是登陆我国TC频数年际变率的主要影响因子。进一步对两类ENSO年以及反位相年的登陆TC生成位置、路径和登陆位置进行研究,并对可能影响机制进行了讨论。得到以下结论:相对于气候平均态,El Nino Modoki年登陆TC较多,标准El Nino年登陆TC较少。从登陆TC的生成源地来看,两类El Nino年登陆TC频数的不同主要表现在:El Nino Modoki年热带西北太平洋北部生成的登陆TC要远多于标准El Nino年。对850hPa风场距平和向外长波辐射(OLR)距平进行分析,发现标准El Nino年热带西北太平洋为对流抑制区域配合一个经向对称偶极子(热带为气旋性异常,副热带为反气旋性异常)。El Nino Modoki年热带西北太平洋25°N以南为对流发展区配合一个大尺度强气旋性异常,相较于标准El Nino年,这样的一个配置更有利于TC的生成。对于两类La Nina年,标准La Nina年的登陆TC频数相较于气候平均值略高,而La Nina Modoki年的登陆TC频数较少。主要原因为:标准La Nina年,南海以及热带西北太平洋西部地区表现为对流加强区域,使得登陆TC的生成位置偏西。而La Nina Modoki年,5°N至25°N之间的纬带表现出对流抑制配合低空反气旋性异常,不利于TC的生成。对TC路径的分析可以发现,El Nino Modoki年登陆我国北部海岸的TC多于标准El Nino年,主要原因为:El Nino Modoki年生成于西北太平洋北部的TC远多于标准El Nino年,而这一部分TC主要影响我国北部沿海地区。对于两类La Nina年,La Nina Modoki年的西北太平洋副热带高压西伸至中国内陆地区,阻碍了TC登陆我国北部海岸。 5、为了研究近年来一些极端天气气候事件频发的可能影响机理,分析了1948-2010年北半球中低纬度(20-60°N)大气运动特征尺度的变化特征。发现北半球中低纬度陆地大气运动特征尺度呈显著减小趋势,海洋地区的变化趋势并不显著。值得一提的是,不论海洋还是陆地,自20世纪90年代开始大气运动特征尺度的下降趋势均非常显著。以1960-2007年中国东部湿季(4月-9月)暴雨比(总暴雨量与总降水量的比值)为例,来说明大气运动特征尺度的变化对极端天气气候事件可能造成的影响。主要有以下结论:1960-2007年中国东部地区湿季暴雨比表现出显著增加趋势,1990年以后增加尤为显著。而大气运动特征尺度则表现出与其相反的长期变化趋势。对比来看,两者表现出较好的负相关关系。自80年代中期以后,两者的负相关关系尤为显著。


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