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中纬度海陆热力差异的可能影响因子

程华琼  吴统文  
【摘要】:季风产生的根本原因就是海陆差异,目前对东亚夏季风环流影响显著的海陆差异研究主要集中在青藏高原与印度洋、西太平洋之间的经向海陆热力差异的影响方面。但中纬度副热带地区海陆分布对东亚夏季风环流和降水的影响也不可忽略,本文就从这个角度出发,定义了一个中纬度海陆差异指数,研究了中纬度夏季对流层大气海陆热力变化特征,探讨了影响该热力变化的主要因子。主要结论可归纳为以下几个方面:1.定义了中纬度夏季海陆热力差异指数并讨论了其变化特征利用对对1958-2000年夏季(6-8月)东亚太平洋地区(60o-180oE,10o-80oN)夏季500hPa位势高度场的EOF分析,我们得到能反映东亚夏季500hPa高度场环流年际变化的主要模态,该模态显示中纬度欧亚大陆与东部其邻近海洋的大气内部热力状态呈反相变化关系。据此我们选取了陆地区域A(75o-90oE,40o-55oN)和海洋区域B(140o-150oE,35o-42.5oN)的500hPa位势高度距平代表欧亚内陆和东部海洋的大气热力状态,并定义两者之差为中纬度海陆热力差异指数LSI(middle-latitude Land-Sea thermal contrast Index),该指数反映了中纬度对流层中低层大气热力差异,同时也反映了东亚夏季风环流和西风带的相互作用。中纬度海陆热力差异指数存在显著的年际和年代际变化特征。该指数在1978年附近有明显的年代际变化,1978年之后指数有明显的上升趋势。通过周期谱分析表明,海陆热力差异指数存在周期为3年左右的年际变化和10年左右的年代际变化,其年际变化主要归因于日本及邻近海洋区域大气热力状况的年际变化,该区域大气热力变化存在3-5年周期的年际变化特征,而欧亚内陆大气热力状况10年左右周期的年代际变化明显,对海陆热力差异指数的年代际变化的贡献更显著。2.研究了陆面和海洋不同的下垫面热通量及大气内部非绝热加热对海陆热力差异指数的影响。从非绝热加热角度出发,分析了表面热通量和大气非绝热加热率对陆地热力差异指数和海洋热力指数的影响。结果显示,分析表明,欧亚内陆陆-气热通量的变化对陆地热力指数的影响不显著,与此相比,在日本附近的西北太平洋海域海-气感热通量和长波辐射的变化对海洋热力指数的年际变化作用较明显。在欧亚内陆地区和日本邻近西北太平洋区域,大气的非绝热加热率随高度的变化各有特点,影响陆地热力指数最显著的是对流层中层的长波辐射和短波辐射加热,其次是对流层低层的长波辐射,短波辐射和深对流加热;而对海洋热力指数有显著影响的主要是近地面边界层的垂直湍流扰动加热,大尺度凝结潜热加热和长波辐射加热,对流层中低层的大尺度凝结潜热加热和浅对流加热对海洋热力指数也有一定影响。导致海洋热力指数与对流层低层大气温度的关系更密切,而陆地热力指数与对流层中层大气温度的关系密切,后者可能更主要受大气内部大尺度准定常波动或遥相关的影响所致。3.探讨了前期全球海表温度异常对海陆热力差异指数的影响通过对陆地、海洋热力指数及海陆差异指数与前期及同期全球海表温度的相关分析,发现北印度洋(50°-130°E,10°S-20°N)区域的前期海温异常对欧亚内陆陆地热力指数的影响最显著,而影响日本附近海洋热力指数的前期海温关键区是西北太平洋(140°E-180°,10°-20°N)区域。通过对整个北太平洋冬季海温的EOF分析,表明了该西北太平洋区域的海温年际变化与整个北太平洋冬季海温的主要变化模态密切相关。通过合成分析中纬度海陆热力差异指数强、弱年,全球海表面温度距平从前期秋季到同期夏季的空间分布及随季节的演变,发现海表面温度距平的空间分布特征与各个季节海表面温度和海陆热力差异指数LSI相关系数的空间分布特征基本相似,进一步证实这两个海洋关键区对海陆热力差异指数的影响。为此,我们分别讨论了西北太平洋区域前冬、春季海表面温度变化与夏季海洋热力指数,北印度洋关键区前冬、春季海表面温度变化与夏季陆地热力指数的年际变化特征,其相关系数分别为0.55,0.51和0.48,0.57。北印度洋区前冬SST异常增暖(变冷)时,欧亚内陆的夏季陆地热力指数偏强(弱);西北太平洋区前冬SST异常增暖(变冷)时,日本及邻近海洋地区的夏季海洋热力指数偏强(弱)。我们还进一步分析了这两个关键区前期海温与中纬度海陆热力差异指数LSI的关系,结果显示这两个关键区域的前冬、春季海温异常对中纬度海陆热力差异指数的变化具有很重要的预报意义。我们还讨论了北太平洋、北印度洋前期冬季海表面温度变化与东亚地区夏季环流的联系。西北太平洋冬季海温异常增暖(变冷)时,次年夏季日本及邻近海域大气易出现深厚的反气旋性(气旋性)环流,欧亚内陆哈撒克斯坦地区也易出现弱的气旋性(反气旋性)环流;而北印度洋冬季海温异常增暖(变冷)时,欧亚内陆哈撒克斯坦地区易出现深厚的反气旋性(气旋性)环流。

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