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欧亚大陆积雪对东亚气候变化的影响

许立言  
【摘要】:本文利用欧亚大陆地区的雪水当量资料、积雪覆盖频率资料、积雪深度资料与中国台站降水资料以及大气环流场的再分析资料,采用经验正交分析(EOF)方法、奇异值分解(SVD)方法以及线性回归分析等统计诊断方法,分别研究了欧亚大陆春季融雪量与东亚夏季风优势模态的联系以及2010年2—4月欧亚积雪异常与后期5—6月中国降水异常的关系。 然后在统计分析结果的基础之上,选用CAM3.1模式,进行数值试验来研究欧亚大陆积雪异常与后期中国降水异常的联系机制、积雪两种物理效应对后期中国降水异常的不同影响,以及北半球大气环流对欧亚大陆积雪异常的瞬态响应过程,以期为建立我国降水预报业务提供参考因子和科学依据。主要结论概括如下: (1)春季融雪量EOF第一模态表现出了年代际的变化特征,这与东亚夏季风和中国夏季降水的年代际转型具有非常好的一致性。而EOF第二模态与东亚夏季风在年际尺度上具有同位相变化关系,当春季融雪量在东西伯利亚以及巴尔喀什湖附近异常偏多时,后期在东亚地区容易出现由高纬至低纬的“负—正—负”经向波列结构;融雪量异常偏少时,情况则相反。这可能是由于东西伯利亚以及巴尔喀什湖附近异常偏多的春季融雪量能够在该地区促使位势高度场表现为正异常,随着时间的演变,巴尔喀什湖附近地区的高压向东移动发展,东西伯利亚地区的高压一部分向低纬移动,最终造成夏季东亚地区的经向波列结构,进而对东亚的天气和气候产生影响。 (2)利用雪盖资料与雪深资料进行的统计分析结果均发现,SVD第二模态能够较好的代表2010年欧亚大陆2—4月积雪异常与后期5、6月我国华南降水异常的时滞耦合关系,但是具体结果有所不同。雪盖资料的分析结果表明:当积雪在欧洲、青藏高原东部和东亚地区异常偏多(少)时,后期我国降水在华南地区异常偏多(少),在华中地区异常偏少(多);雪深资料的分析结果表明:当积雪在欧亚大陆60°N以北地区异常偏少(多),同时在60°N以南地区异常偏多(少)时,后期华南降水异常增多(减少),而华东、华中以及西南地区降水异常偏少(偏多)。两者存在差别但是并不矛盾,均为欧亚大陆东、西部地区的积雪异常与后期中国华南降水存在正相关关系。 (3)试验结果与统计分析结果比较一致,表明欧亚大陆积雪异常通过反照率效应和水文效应引起地表及其上的大气热力状况异常,进而引起位势高度场、风场等各个大气环流要素场的调整,最终导致后期华南降水异常偏多,可见前期欧亚大陆积雪异常对于春末夏初我国华南降水来说无疑是一个重要的影响因子。 (4)积雪的反照率效应和水文效应都会对后期中国降水产生影响,不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异,其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大,当两种效应共同作用时产生的异常与分析结果最为接近,变化幅度也最大,但是并不等于单纯反照率效应与单纯水文效应作用之和。 (5)大气环流对欧亚大陆积雪强迫的瞬态响应过程表现为:初始阶段在强迫源及其附近地区,位势高度异常在对流层高、低层反位相变化;随后异常响应逐渐趋向于在高、低层同位相变化的特征,并且在空间范围和振幅上均显著增大;大约经过一个月左右的时间,响应特征转变为半球尺度的高、低层同位相变化的准正压结构,但是其中仍然存在强迫源及其附近地区的局部斜压扰动,而且这种斜压扰动是较为持久的,在6月底积雪异常结束后,强迫源附近地区仍然有高、低层反位相的大气响应出现。


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