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本文利用1979-2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料数据集、NOAA向外长波辐射资料集以及中国地面观测站共572站的站点资料,首先从气候意义上分析了热带地区低频振荡在北半球冬季的典型特征及其与中国冬季降水的一般性联系,进一步地,本文探讨了北半球中高纬大气中的低频振荡信号,并以2008年1月中国的持续性冰冻雨雪天气为个例,揭示了大气低频振荡在这一灾害性事件中所起的作用。此外,本文还从热力与动力层面,主要包括非绝热加热、瞬变加热以及瞬变涡度,利用数值模拟,研究了热带低频振荡影响中国冬季降水的机制,并揭示了与08冰冻雨雪相关的大气低频活动的维持或触发机制。主要结论如下: (1)热带内的低频活动特征主要与对流活动的系统性移动相关,并且在冬季主要表现为异常的对流活动起源于西印度洋,之后缓慢东移,其在东移过程中不断得到增强,特别是在孟加拉湾和西太平洋地区,而后在移入赤道中东太平洋附近时逐渐减弱消亡。 (2)伴随热带异常对流活动的系统性东移,中国冬季的降水异常场也呈现出低频尺度上的变化:当异常增强的对流活动处在西印度洋上时,中国长江中下游地区出现降水正异常,而华南地区的降水偏少;随着异常强的深对流系统的东移,降水偏多的地区逐渐南移且范围扩大,当深对流系统移动到东印度洋时,强度得到进一步加强,此时中国整个南方地区的降水一致偏多。 (3)冬季热带低频振荡主要存在两种空间模态,即偶极型和三极型。偶极型反映的是对流活动在东印度洋增强在西太平洋减弱(或相反)的情形,而三极型主要受三个中心支配,即在印度洋西部与赤道中太平洋的两个正中心和在印尼海洋性陆地区的负中心。对应于三极型的热带低频振荡模态,中国的降水场出现长江中下游地区多雨(少雨)华南少雨(多雨)的情形,而偶极型的模态对应的则是中国南方地区的一致性降水偏多(偏少)。 (4)数值模拟结果显示,对流层低层环流对与热带低频振荡相关的热源的响应,提供了输入中国地区的异常水汽路径,高层环流在冬季背景态下所体现出的Rossby波列结构暗示了扰动能量从低纬度向中高纬传播的方式,同时异常的垂直速度场也与观测的异常降水带结果相一致。热源模态的差异,主要是在于位置的改变,导致了异常环流形势的差别,进而在中国冬季异常降水场的形态上得到体现。 (5)与中国冬季异常降水场存在最大相关性的中高纬500hPa高度场在亚太地区呈现出高低高的三极形态,即乌拉尔山地区的正值区、中国西部青藏高原至中亚地区的负值区以及西北太平洋地区的正值区,与之相应的中国异常降水场处于一致偏多的形态,且最大中心在长江中下游以及江南地区。功率谱分析的结果显示,这种模态具有50天左右的典型周期。这种模态正位相时在物理场上体现为乌拉尔山阻高的增强,南支槽的加深以及西太平洋副高的增强北移,这种气候系统的配合一方面为中国地区提供了充足的水汽供应,另一方面也利于北方冷空气的入侵,从而为中国降水的一致增多提供了合理的解释。 (6)08年冬季持续的冰冻雨雪过程,是由中高纬地区与热带地区的低频活动配合的结果。前面所提到的中高纬地区的典型模态大概持续了一个月之久的正位相,从而提供了较长时间的利于中国冬季降水的气候背景,而热带地区的低频振荡则主要是导致了这段时间内前两次过程与后两次过程的中国异常降水场形态与强度的差异。 (7)基于同样的模式,08年实际的非绝热加热、瞬变加热以及瞬变涡度强迫的结果,证实了大气低频振荡对于08年冰冻雨雪灾害的影响,同时也表明中高纬的典型模态是由多种因子维持和导致的。首先,南支槽加深和副高的偏北西伸应当归结为北大西洋和青藏高原的变暖,乌拉尔山阻高的持续性增强则是由高纬度地区的瞬变涡度所维持的。