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北半球夏季对流层高层大气遥相关波列分析

周馥荔  
【摘要】:本文利用1948–2013年的NCEP/NCAR再分析资料分析了环球遥相关(the Circumglobal Teleconnection,下文简称为CGT)和丝绸之路遥相关(the Silk Road Pattern,下文简称为SRP)的联系。结果发现,在欧亚大陆范围内CGT和SRP在时间和空间上都具有显著相关性,相关系数分别为-0.68和-0.95。利用偏相关方法从CGT中去除SRP的影响后,CGT在欧亚大陆上不存在,而从SRP中去除CGT的影响后,SRP在欧亚大陆上依然维持。这表明CGT和SRP代表的是北半球夏季中纬度欧亚大陆上的同一个遥相关波列,但CGT依赖于SRP而存在,它只是SRP的一部分,而SRP相对独立。南亚高压是北半球夏季对流层高层的反气旋系统,它强大且稳定。南亚高压的年际变化包括西北-东南向偏移、东西向偏移和南北向偏移。通过分析发现南亚高压的三类移动方式对大气环流的影响完全不同,引起的遥相关波列形态也具有明显的差异。东西向偏移可以引起与CGT高度相似的遥相关波列,表现在位势高度场和经向风场上尤其明显。南北向偏移引起的遥相关波列表现为南北偶极型,并且主要分布在亚洲大陆上,这在位势高度场和纬向风场上最清楚。南亚高压西北-东南向偏移综合体现了南亚高压的经向偏移和纬向变动特征,引起的大气遥相关波列结构清晰,与CGT之间也存在着更密切的联系。在空间分布上,南亚高压西北-东南向偏移引起的遥相关波列与CGT具有很强的相似性,特别是在60°E以东的区域,分布结构基本一致,位相相反;在时间变化上,两个遥相关波列指数的时间序列也具有很强的负相关关系,相关系数为-0.70。利用偏相关分析发现,南亚高压西北-东南向偏移对CGT的东传有重要作用,尤其是90°E以东的部分。由于南亚高压是联结印度夏季降水和东亚夏季降水的纽带,去除南亚高压西北-东南向偏移的影响,实质上是去除了印度和东亚夏季降水的共同贡献。进一步的数值试验表明,东亚夏季降水释放的潜热在对流层高层激发出与CGT负位相空间结构一致的遥相关波列。这表明CGT的产生不仅与印度夏季降水有关,也与东亚夏季降水有密切联系,CGT的维持和传播离不开这两个季风区降水释放的潜热。为了分析全球海表温度和海冰对遥相关波列的贡献,论文还利用ECHAM5模式开展了一组数值试验:即气候态AMIP2全球海表温度和海冰资料驱动的CT试验和1958–1999年逐月AMIP2全球海表温度和海冰资料作为外强迫驱动的RT试验。对比发现,CT试验中CGT、SRP以及与南亚高压西北-东南向年际偏移相关的遥相关波列在欧亚大陆上波列结构清晰,但是东亚及下游地区波列非常弱;在RT试验中,三个波列在欧亚大陆及下游地区结构明显,呈现出显著的环球性特征。造成这种差异的原因是,RT试验中,西北太平洋关键区的水汽辐散增强,导致该区域的降水偏少,释放到大气中的凝结潜热是负异常,有利于CGT的加强,并从东亚传播至北太平洋,甚至到达北美洲大陆。同时数值试验还发现,全球海表温度和海冰对欧亚大陆范围内CGT和SRP的关系影响较小,二者关系稳定,这与再分析资料中的统计分析一致。


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