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中国东部陆架海增暖对大气环流的影响

王晓君  
【摘要】:全球变暖背景下,海洋温度也随之升高,在过去30年中海表面温度在西边界流区升温异常显著,尤其是流经中国东部沿海的黑潮。黑潮是中低纬度热量、动量、水汽通量输送的重要纽带,它实现了中低纬度之间的能量交换,因此其热状况发生变化必然对其上空大气甚至全球大气环流产生重要影响。 本文围绕海表面温度(Sea Surface Temperature, SST)异常增暖对大气环流的影响这一科学问题,运用新一代中尺度天气研究和预报模式—WRF(WeatherResearch and Forecasting Model)通过控制实验和SST异常敏感性实验,对中国东部陆架海增暖进行数值模拟,以期揭示SST暖异常强迫对大气环流的影响。 为了排除其他因素对大气环流影响的干扰,实验设计中控制实验和敏感性实验采用完全相同的模式设置及参数化方案选择,积分相同的时间,唯一不同在于底边界海温条件;且为了消除大气随机噪声,两组实验分别各做50个样本实验求平均作为最终结果。此外,为了便于比较,研究中选取了冬季(DJF)和夏季(JJA)两个季节作为对比,积分三个月,并且将后两个月的平均作为一个样本的最终结果,样本实验进行平均得出最终海温变化后大气的响应信息。 通过对比分析冬、夏季的风场、温度场、位势高度场、降水等在海表面温度增暖后(敏感性实验和控制实验之差)的异常响应,主要有三方面发现:从季节上看,夏季大气对SST异常的响应显著强于冬季,冬季以局地响应为主;从垂直剖面看,夏季响应信号可以到达对流层(250hPa),而冬季大气响应只维持在边界层,SST异常在冬季对大气的影响厚度较浅;从海、陆区域影响看,中国内陆几乎对SST异常无响应,强响应信号都位于海上。从各个研究变量方面讨论发现,无论冬、夏季,SST暖异常强迫下,都在局地或下游区域出现气旋式环流异常,在低层出现气流的辐合,产生上升运动,水汽充足则极易发生降水,因此在增暖区东侧降水最多。根据达因补偿原理,低层辐合必然在高空有气流的辐散,即对应位势高度场的“脊”—冬季(700hPa),夏季(250hPa),低层为低压“槽”异常,高层为“脊”异常,可见大气为斜压响应,而夏季若只关注500hPa以下则为正压响应。降水异常主要分布在增暖区域东侧,这与冬夏季风强弱及上升运动有关。此外,文中描述了冬季北太平洋风暴轴在海温异常强迫下的变化:中心减弱,南北两侧加强,风暴轴在其入口处分成两支。 综上,陆架海增暖对大气环流的影响不容忽视,冬(夏)季风在海温异常增暖下增强(减弱),直接导致北方冷空气南下,对中国内陆冬季气温有重大影响,进而影响降水,海温变暖下降水分布在增温区域东侧,使得中国陆地降水减少。


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