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热带降水年际变化时空分布特征研究

赵京华  
【摘要】:本文主要利用National Center for Environmental Prediction/ National Center of Atmospheric Research(NCEP/NCAR)再分析资料和Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation(CMAP)降水资料,使用Season-reliant Empirical Orthogonal Function(S-EOF)分析、连续功率谱分析方法、回归分析和相关分析等方法,对全球热带降水随季节演变的空间分布特征及其年际年代际变化进行了分析,主要对前两个可以互相区分并且能够与剩余模态区分开来的主模态进行了详细讨论,并探讨了与每个主模态相对应的海表面温度、大气环流异常等因素对热带地区降水空间分布的影响。 文章中使用了S-EOF分析方法提取了热带地区降水的主模态,根据各主模态的特征值可知,前两个模态分别占总方差的23.7%和12.2%,统计检验结果表明这两个模态是可以区分的并且占方差贡献最大,而剩余模态并不独立,所以我们将研究重点放在了这两个模态上。第一主模态空间分布特征是热带海洋大陆区、赤道美洲地区和赤道大西洋地区常年均为一个负值区,赤道中西太平洋均为一个正值区,而赤道东太平洋尤其南半球的太平洋地区则为小值区,正值区和负值区的季节变化表现为从北半球夏季开始逐季增强,到冬季时达到最强,之后开始减弱,到第二年夏季达到最弱;方差贡献最大的区域主要有热带海洋大陆区和赤道太平洋地区,季节变化主要体现在春、夏季节方差贡献较小,而秋、冬季节较大。第二主模态空间特征是北半球赤道中西太平洋和200S附近的地区常年均为一个沿赤道地区的狭长正值区,南半球赤道中东太平洋地区为一个沿赤道地区的狭长负值区,而南半球太平洋东南部和南大西洋地区则为小值区,而海洋大陆区和印度洋地区则受季节影响较大;方差贡献最大的区域主要为赤道太平洋地区,即亦为热带辐合带地区,季节变化主要体现在夏、秋季节方差贡献较小,而冬、春季节较大。功率谱分析表明,PC1存在准4.5年的周期变化,而PC2存在准6年和9年的波动周期。 主导热带降水第一模态空间分布的因素为El Nino的季节演化。由回归分析可知,在太平洋地区,SST分布为西太平洋冷异常而中东太平洋暖异常,对流层低层西太平洋地区出现异常高压而东太平洋出现异常低压,导致赤道地区出现异常西风,从而将热带中西太平洋的水汽输送到热带中东太平洋,根据质量守恒原理,西太平洋地区必然有向赤道的辐合运动,加强了该地区Hadley的环流,同时赤道两侧出现的不对称的异常气旋性环流导致经向风在西太平洋向赤道辐合,而在东太平洋离赤道辐散,由于这种双重作用导致第一模态的异常降水仅仅集中在沿赤道地区的单一的狭长区域内,随着El Nino的发展,赤道西风不断增强,该异常降水带可以穿过整个太平洋地区而到达美洲海岸;在对流层高层,赤道中东太平洋出现异常东风,整个热带中东太平洋均为异常高压,由于高压的辐散作用,该地区的上升运动进一步增强;垂直速度场也说明1400W以东的太平洋地区均为异常上升运动,该上升运动亦加剧了该地区的降水异常偏多。 主导热带降水第二模态空间分布的因素为El Nino Modoki模态的季节演化。由回归分析可知,在太平洋地区,SST分布呈现中太平洋异常暖区、热带东太平洋和西太平洋异常冷区的El Nino Modoki模态,对流层低层南太平洋中纬度地区存在一个巨大的低压,而东南太平洋副高和澳大利亚高压在春季增强,导致西太平洋地区出现异常西风而东太平洋地区出现异常东风,西风和东风在太平洋中西部辐合上升,造成该地区异常多雨,来自于热带西太平洋的西风异常在1800E附近地区分成两支,分别在南北太平洋转向成西北和西南,将热带西太平洋的水汽异常向东输送,与之对应的是在中太平洋地区存在两支多雨带,处于赤道以北的一支表示ITCZ向北伸展,而赤道以南的一支表示SPCZ加强;对流层高层日界线附近的异常高压的辐散作用,加强了中太平地区的上升运动,而垂直速度场亦表明该地区为强烈的上升运动,而西太平洋、海洋大陆区和东太平洋地区为异常下沉运动,从而导致中西太平洋湿润而太平洋东部和西部干旱的降水异常分布。


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