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EAP和EU遥相关型的配置对东北亚夏季降水的影响研究

胡泊  
【摘要】:西北太平洋对流活动激发往北传播的Rossby波源形成的东亚-太平洋(EAP)遥相关型和从北大西洋上空激发Rossby波源并向东传播并形成的欧亚(EU)遥相关型在天气尺度上从发展到衰亡大约可以持续10-15天,同时也具有非常显著的气候效应。在EU遥相关型形成过程中,向东传播的中高纬度Rossby波也会在东亚季风区往下游频散,进而影响到EAP遥相关的形成,因此EAP和EU遥相关型存在一定的相互影响过程。同时北大西洋和太平洋地区作为这两个遥相关型的发源地,异常的海温信号也会对遥相关型产生作用。因此有必要进一步研究外强迫对遥相关型的影响,以便更好的了解受EU和的EAP遥相关型共同影响的东北亚地区的夏季降水对农作物和人们的生产活动有着重要的意义。本文围绕EAP和EU遥相关型对东北亚夏季降水影响这一主题,从外强迫和两者相互作用的角度来探究EAP和EU遥相关型对东北亚夏季降水的影响。首先,本文对东北亚地区夏季降水和环流进行逐步分析,确定东北亚地区夏季降水会受到EAP和EU遥相关型的影响。然后分别确定不同外强迫(ENSO)和局地海气相互作用(NAO)对EAP和EU遥相关型的影响。接着指出EAP和EU遥相关型不同位相下对东东北亚至北亚夏季降水的影响。最后从低频尺度研究EAP和EU遥相关型的相互作用。本文的主要结论如下:(1)东北亚夏季降水年际和年代际特征及其环流背景东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导,其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致,而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上,东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水量都呈现“南多北少”特征,初夏的降水EOF第一模态表现为“+-+”的三极型分布,而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征;时间演变方面,初夏降水表现为5-6a振荡周期,盛夏为2-3a为主的振荡周期,传统夏季则兼具上述两类年际振荡周期;在年代际调整方面,在1990s末,只有盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区在1999年前后发生了显著的年代际转折。这主要是扰动风场内部作用和AMO/PDO外部强迫共同作用对西风带水汽产生影响,进而导致东北亚夏季降水发生年代际转折。此外,分析了三个时段降水与环流的联系发现:由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送,且受到欧亚II型遥相关(EUII)的作用,造成东北亚地区初夏降水异常,并使其具有明显纬向特征。盛夏,东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚I型(EUI)和东亚-太平洋(EAP)遥相关型与我国东北以西和沿海地区盛夏降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在“西北-东南”的波列特征,EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。(2)北大西洋三极子海温对EU遥相关型的影响增强研究春季北大西洋三极子海温在20世纪90年代初期之后对同期EU遥相关型的影响增强,主要是因为在1990s初期之前,北大西洋三极子海温更容易受到前冬La Nin?a事件的影响。前冬La Nin?a事件通过大气对中东太平洋海温Matsuno-Gill响应,在东北太平洋形成异常反气旋,有利于激发PNA波列,进而在北大西洋副热带地区形成异常反气旋特征。同时赤道地区的Walker环流往东传播过程中加强了北大西洋地区的Hadley环流,进而对北大西洋三极子海温产生影响。而在1990s初期之后,NAO使得北大西洋副热带地区的850hPa风场为反气旋环流异常,大气非绝热加热为负异常,减弱了大气的对流活动,从而减弱了海气相互作用,有利于北大西洋暖海温的维持。异常反气旋的南侧的东南风加强了气候态的异常东风,增加海表面蒸发,从而有利于北大西洋热带地区为冷海温异常。副极地地区的异常气旋,会使得副极地地区上空的云量增加,减小了向下的辐射,进而使得副极地地区海温为负异常,进而影响到北大西洋三极子海温。同时NAO与北大西洋海温的相互作用加强,减弱了北大西洋海温与前冬ENSO的联系,导致后期北大西洋上空激发向东传播的Rossby源更有利于形成EU遥相关型。(3)前冬ENSO对次年夏季EAP遥相关型的影响减弱研究前冬ENSO在1990s末对次年夏季EAP遥相关的影响减弱主要是因为前冬ENSO在衰减的过程中,由于海温自身的记忆性,可以将前冬ENSO信号在太平洋地区持续到春季,而前冬ENSO通过电容器充电效应可以使印度洋海温偏暖维持到夏季。热带印度洋海温持续偏暖激发向东传的开尔文波,西北太平洋地区为下沉运动并伴随着异常辐散,并通过“风-蒸发-SST”作用导致西北太平洋地区异常冷海温减弱。同时由于1990s末之后,ENSO从CP型转变为EP型,导致赤道中太平洋地区异常暖海温持续,不利于西北太平洋异常冷海温的维持,因此西北太平洋冷海温异常不显著,下沉运动位置偏西,不利于西北太平洋地区的异常反气旋的维持,进而不利于EAP遥相关型中菲律宾地区的异常中心的形成。(4)EAP和EU遥相关型不同位相下北亚夏季降水特征EAP和EU遥相关型在季节尺度上相互独立,其指数的相关系数为0.03。两类遥相关根据其不同的位相组合,可以区分为四类配置,分别对应欧亚中纬度地区不同的环流和降水分布型。当EAP和EU同为正(负)位相时,贝加尔湖到鄂霍次克海地区为异常低压(高压)和气旋(反气旋)所控制,从而导致欧亚北部地区夏季降水呈现东西向分布特征和欧亚中纬度地区夏季降水呈现“-+-”(“+-+”)三极子型;当EAP为正(负)位相,EU为负(正)位相时,纬向型EU与经向型EAP遥相关主要在贝加尔湖到鄂霍次克海地区叠加,欧亚中纬度地区夏季降水呈现从北向南“+-”(“-+”)偶极子分布。此外,EAP遥相关与贝加尔湖东部到鄂霍次克海地区降水呈正相关,而与我国东北到日本地区降水呈现反相关。EU遥相关型与乌拉尔山和鄂霍次克海地区降水呈现反相关,而与贝加尔湖地区降水呈现正相关。通过基于EAP和EU指数对夏季降水和环流异常的二元线性模拟,进一步验证了正是EAP和EU型的协同作用,共同造成了不同配置下欧亚中纬度地区夏季环流和降水异常的空间模态。(5)EU遥相关型在低频尺度上与EAP遥相关型的联系通过定义在低频尺度上的7月份EU和EAP遥相关指数,并选取2007年、1994年、1989年和1993年这四个代表EU和EAP遥相关型不同情况的年份来进行个例分析,从而说明EU遥相关型对EAP遥相关型的影响过程。研究结果表明:当EU遥相关为“-+-”波列时,无论是处于发展位相还是衰减位相都有利于北大西洋上空罗斯贝波往西伯利亚上空传播,并往下游能量频散时,有利于EAP遥相关型位置偏北偏东。当EU遥相关为“+-+”波列时,有利于罗斯贝波往中下游传播,不利于在鄂霍次克海上游地区形成正异常,从而EAP遥相关的位置偏南偏西。


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