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本文对P-σ九层区域气候模式模拟对流层上层东亚副热带西风急流、温带急流季节变化的能力进行评估,分析模式模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料之间的差异及其热力影响机制和气候效应。本文得到的主要结论如下:1. P-σ区域气4侯模式对东亚副热带西风急流季节变化模拟能力的检验
模式模拟东亚副热带西风急流垂直结构、水平结构和季节变化等主要特征与NCEP/NCAR再分析资料基本一致,但模拟的急流强度全年偏弱。模式模拟东亚副热带西风急流的能力在洋面上空强于大陆上空,模拟低纬度急流的能力好于高纬度。
分析急流与对流层中上层经向温度梯度的季节变化发现,急流出现的位置总是对应着经向温度梯度较大区域,急流中心有追随气温南北差异大值中心移动的特征,急流中心与最大温差中心相对应,表明急流中心的位置变化是对气温南北差异季节变化的响应。与再分析资料相比,模拟的经向温度梯度比再分析资料偏小约2K/10纬距,与此相对应的模拟的急流中心风速偏小约l0m/s。
由于大气温度变化与非绝热加热有关,进一步分析发现,模式模拟的夏季副热带急流偏差与东亚地区的地面感热及潜热等非绝热加热的模拟偏差具有密切的关系。
2.春夏季节青藏高原热力异常对东亚副热带西风急流影响的数值模拟
高空纬向风场对春夏季青藏高原加热异常响应的最明显区域并不在加热异常区的上空,而是在其下游的中国东部上空。高原加热异常导致200hPa纬向风场以350 N为界,以北的中高纬地区基本为正差异区,而以南的地区为负差异区,呈南北反相的偶极子型分布,而且影响较大的时段为春末夏初的5, 6月份。高原加热异常对5-6月急流轴的北跳过程影响最大,高原地区加热偏大,急流北跳偏快。另外,急流北跳过程具有东西向的不一致性,高原加热异常对不同地区上空急流的影响也不一致。
分别从热成风原理、热力学第一定律和热力适应理论的角度,探讨了高原加热异常与高空风场变化的关系。地表加热场的变化会引起对流层中高层温度场的响应,从而导致流场的变化。
通过对比分析高原加热异常试验的结果,讨论了副热带急流轴位置异常对中国东部长江中下游地区夏季雨带移动的影响,结果表明,副热带急流轴位置异常偏北,长江中下游地区汛期偏早,6月降水偏多,7-8月降水偏少,而华北地区8月降水明显偏多。
3.东亚温带急流的季节变化特征及其数值模拟
冬春季节出现在东亚上空的温带急流与300hPa经向风的结构变化有很好的对应关系。东亚温带急流的强度变化是其最主要的季节变化特征。冬季温带急流最强,基本位于40°N~55°N、100°E~120°E之间,北风中心风速大于12m/s。夏季温带急流强度减弱,高空转为弱的南风控制。
模式模拟的温带急流水平分布和垂直结构与NCEP/NCAR再分析资料基本一致,对于东亚温带急流的位置和强度的季节变化,模式都能较好地模拟出来。
季节转换与温带急流强度变化、西风急流轴北跳存在密切关系。31-32候,西风急流轴北跳至35°N以北、温带急流区强北风消失,标志着夏季环流的建立。与上述过程相反,59候,青藏高原和中国东部上空的西风急流轴同时南撤到35°N以南、温带急流区强北风的出现标志着冬季环流的建立。
以东亚温带急流的强度(即高层强北风的出现)和东亚副热带西风急流轴南北移动为指标定量地反映大气环流的季节转换,给出确定季节转换开始日期的定义和历年季节转换日期序列,结果发现高层强北风的消失或出现和西风急流的北跳或南移,都是表征环流季节转换的良好指标。