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江淮地区夏季高温事件与北极冷异常的动力联系

董晓峣  
【摘要】:自2000年以来,夏季高温事件在全球范围内频繁出现,对人类生产生活造成严重影响,期间北极海冰呈现出一致减少的趋势,研究表明北极海冰异常与东亚夏季大气环流、高温以及东亚高温事件存在紧密联系。一方面,诸多研究探讨了东亚夏季高温事件的成因和影响,但对于东亚高温事件与同期北极冷、暖异常的关系,特别是在季节内时间尺度上的联系还尚无关注。另一方面,以往研究多关注于各季节海冰密集度/海冰范围变化对冬、夏季大气环流的影响,而对于海冰融化与夏季大气环流和夏季高温联系的相关研究尚显不足。所以本文对东亚夏季高温的研究分为以下两个方面:首先,本文利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成和相关分析,研究了2010、2013以及2016年夏季江淮地区高温事件发生时,大气环流异常的主要特征及其与北极冷异常的可能联系。结果表明,此3年我国江淮地区夏季高温事件发生频次明显偏高,高温事件发生时江淮地区500hPa位势高度为正异常,对流层中、低层平均温度为暖异常,整个对流层和平流层纬向风减弱;此时北极500hPa高度为负异常,对流层中、低层平均温度异常偏冷,而对流层和平流层纬向风明显加强。因此,江淮地区高温事件与对流层纬向风存在密切联系,在东亚中低纬地区呈负相关关系,而在北极呈正相关关系。东亚中低纬地区对流层西风减弱抑制了对流活动,导致少云,地面吸收的太阳短波辐射增加,进而有利于该区域升温和高温事件的发生。并通过动力学诊断分析讨论了导致北极和中、低纬度西风异常的可能原因。其次,本文利用海冰密集度资料,分别分析了1979-2016年5月至7月和6月至9月50°N以北区域的北极海冰融化的时空分布特征,并采用奇异值分解(SVD)方法,分别分析了其与40°N以北区域的夏季平均1000-500hPa大气厚度的统计关系,结合回归与合成分析,研究了北极海冰融化和夏季大气环流变率、夏季高温的可能联系。结果表明,两个时期北极海冰融化的年际变率明显,均呈平稳上升的趋势,但6月至9月北极海冰融化在2006/2007年发生了明显的年代际转折,不同时期50°N以北的北极海冰融化存在明显的季节差异和空间分布差异。5月至7月和6月至9月北极海冰融化与夏季平均大气厚度的SVD第一模态方差贡献率分别为64%和68%,相关系数分别为0.84和0.87,均具有显著的年际变化和相同的变化趋势,且两个要素的时间系数均在1997/1998年有负位相变为正位相;当两个时期海冰融化为正位相时,40°N以北的大部分区域对流层中、低层平均温度均为暖异常,与全球变暖背景下的大气厚度场变化一致。SVD第二模态方差贡献率分别为7%和10%,二者相关性均较强,相关系数分别为-0.69和-0.70,具有显著的年际变化。两个时期北极海冰融化与欧洲西北部和东亚地区夏季平均气温异常和高温出现频次相关显著,但对俄罗斯北部的影响存在差异。当5至7月北极海冰融化为负位相时,海冰融化以正异常为主,小部分区域为负异常,北冰洋夏季大气为冷异常,夏季平均气温异常偏低;欧亚中、高纬地区的大气厚度为正、负异常交替出现,其中,欧洲西北部、中部地区和东亚中高纬地区为暖异常,且高温发生频次和夏季平均气温均异常偏高。当6月至9月北极海冰融化为负位相时,北冰洋夏季大气为冷异常,夏季平均气温异常偏低;其周围被暖异常所包围,该区域和28°N以北的东亚地区的夏季高温发生频次、平均气温异常偏高,较5至7月,对东亚地区的影响范围更大。同时,北极海冰融化异常可能造成欧洲西北部和东亚中高纬地区处于高压控制下,正压结构抑制对流发展,导致该区域高温发生频次异常偏高,其中,6月至9月海冰融化异常的影响更强,相对而言,海冰融化异常对东亚地区影响相对较弱,而对欧洲西北部影响更显著。


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