百年~年代际尺度北半球中纬度水文气候时空格局探究

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亚洲中部干旱区和东亚季风区的湿度/降水变化,在全新世以来不同时间尺度上均呈现出错位相或反位相的变化关系,这种现象被称为全新世气候变化的“西风模态”(下文简称“西风模态”)。“西风模态”是区域水文气候响应全球变化的典型表现,而从更宏观的角度理解湿度/降水的时空分异特征,有助于进一步加深对北半球水文气候变化规律和驱动机制的认识,但受研究材料空间分布极不均匀等条件限制,至今对北半球不同时间尺度的水文气候变化时空格局和影响因子缺乏深入研究。因此本文基于前人成果,针对整个北半球中纬度地区(20°~60°N)陆地区域,使用1960~2019年GPCC、CRU、ERA5-Land和PREC/L四套逐月格点降水资料,分析了现代气候背景下年代际降水变化的时空分布规律;在此基础上使用NOAA太平洋年代际振荡(PDO)指数和海表温度逐月格点资料、ERA5位势场和水平风场的逐月格点资料、NCAR大西洋多年代际振荡(AMO)指数以及北大西洋涛动(NAO)指数,从海-气相互作用的角度对北半球中纬度年代际夏季降水变化的时空格局和驱动机制进行了深入探讨;此外,本文还进一步使用186条指示湿度/降水变化的高分辨率代用指标气候记录,并结合古气候再分析资料,揭示了过去千年北半球百年尺度的湿度/降水变化时空变化特征。主要得到以下结论:(1)现代气候背景下,北半球中纬度陆地区域年代际夏季降水呈现出“+-”交替变化的空间格局。前人所观察到的年代际尺度“西风模态”被包含在这种降水变化空间格局中,可以看作是其在中纬度欧亚大陆上的局地表达。在年代际尺度的其他季节中,降水变化并未在北半球中纬度区域表现出类似的某种具有规律的大尺度空间变化特征。同时,在目前的全球变暖背景下,这种降水变化空间格局在欧亚大陆上的部分没有受到太大影响,但在北美洲中东部地区,降水“+-”交替变化的空间格局不再明显。(2)这种降水变化空间格局与一种类似于年代际“丝绸之路遥相关(SRP)”的遥相关波列联系紧密。这种遥相关波列可能是北大西洋上空大气受海-气相互作用(如:AMO/NAO)影响而产生的。该波列通过高空西风急流沿纬向传播,跨越整个北半球中纬度区域,每个活动中心都具有深厚的正压结构,并具有约为10年和26年的显著变化周期,可能是现代气候背景下年代际夏季降水在北半球中纬度地区呈现“+-”交替变化的主要原因。(3)过去千年以来,北半球中纬度地区百年尺度上的湿度/降水同样存在大范围“+-”交替变化的空间格局,并将前人定义的百年尺度“西风模态”包含在内。在这种空间格局中,中亚干旱区的湿度/降水与其东侧的中国西北干旱区呈反相变化,而与其西侧的地中海地区呈同相变化,表现出与该地区年代际降水相反的变化关系。未来需要验证这一现象是否普遍存在于其他不同类型资料的分析结果当中。
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