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本文的研究目的在于分析印度洋偶极型异常海温的对亚洲和中国天气气候的影响,揭示其气候效应和太平洋ENSO异常海温气候效应的区别。
本文首先分析了印度洋异常海温的气候特点和季节变化、年际变化和年代际变化特点,证实了印度洋异常海温的偶极型特点,分析了印度洋偶极型异常海温的变化特征和印度洋偶极模的特点。在此基础上着重分析研究了印度洋偶极型异常海温对亚洲和中国气候的影响,并用数值模式进行了模拟研究,在数值模拟和资料分析的基础上,得到了印度洋偶极型异常海温气候影响的主要特点。最后研究讨论了印度洋偶极子与太平洋异常海温的相互关系、年代际变化特征以及维持两者相关关系的原因,探讨了印度洋偶极型异常海温的气候影响与太平洋ENSO异常海温气候影响不同的可能原因。主要分析研究结论如下:
(1)印度洋异常海温的变化主要为全海区一致型,但东、西反相位变化也是其重要的特征,并与两类ENSO事件有密切的联系。赤道东西印度洋异常海温差异大的年份往往也是东、西异常海温位相相反的年份。因此,赤道印度洋异常海温东、西梯度的较大值基本上具有“偶极”特征,定义印度洋西部(50S-100N,50-600E)异常海温减去东部(100S-50N,85-1000E)异常海温的差值为印度洋偶极指数IODI,能够较好地表征印度洋异常海温的变化特征。
(2)印度洋偶极子指数IODI有明显的季节、年际和年代际变化。多年平均IODI变率在春季为最小,秋季最大;IODI普遍存在1.5-2.8年、4-5年周期的年际变化,同时有7-8年的准周期,在1960年代到1970年代中期演变为近10年周期,1980年代后变化周期明显缩短,逐步向4-5年的周期靠近,这一特点与ENSO的年代际变化相似,转折点发生在1970年代。
(3)印度洋偶极模有其明显的模态特征,其正、负位相典型年主要气象要素异常场均有明显的反相位特征。在印度洋偶极模正(负)相位典型年的夏季,印度洋赤道热带地区季风环流减弱(加强),但孟加拉湾、南中国海西风加强(减弱),西太平洋副热带高压偏西、偏强(偏东、偏弱),而欧亚中纬度大陆高压偏强、偏东(偏弱、偏西),太平洋赤道地区低层异常西风(东风)、高层异常东风(西风),110E-130E赤道地区上升环流受到抑制(加强),瓦克环流减弱(增强);与ENSO模态对比发现,印度洋偶极模减缓ENSO引起的效应,使太平洋地区异常海温表现出南北经向异常分布的倾向。
(4)印度洋偶极型异常海温对亚洲气候的影响:
印度洋偶极模正(负)相位异常海温使亚洲东部大陆高度场明显降低(增加),有利于形成东高西低(西高东低)形势,有利于东亚及中国大陆的冷空气活动及南下(有利于冷空气从西路持续影响中国)。索马里越赤道气流减少(加强),西北印度洋季风减弱(加强)但东北印度洋季风加强(削弱),而东亚季风趋于加强(减弱)。
初夏,印度洋偶极模正(负)相位异常海温使印度洋季风减弱(增强),而东亚季风趋于增强(减弱),印度、孟加拉湾、印度尼西亚附近地区降水增加(减少)。中南半岛附近降水减少(增加),中国南方降水区偏东(西)、偏北(南)。
夏季,印度洋偶极模正相位异常海温使西太平洋副热带高压偏强、偏东(偏南、偏西),东亚季风增强(减弱),东亚季风锋面偏北(南)。从而有利于西(东)印度洋、印度次大陆(孟加拉湾北部)降水增加,东印度洋、中南半岛、南海到西太平洋暖池地区降水减少(增加)。中国降水区偏北、偏西(偏南、偏东)。
(5)对中国气候的影响:
初夏,印度洋偶极模正相位趋向于减少中国华北东部和南部的降水,减缓中国西南地区的干旱,形成中国南方的显著降水带,中国南方的降水中心偏东;而印度洋偶极模负相位趋向于增加中国北方的降水,同时中国南方的降水显著正距平区偏西,但西南地区西部降水明显减少。
夏季,印度洋偶极模对中国降水、特别是中国南方的降水分布型有重要的影响。印度洋偶极模正相位异常海温有利于南方的雨带北抬,并增加西南地区降水;而印度洋偶极模负相位异常海温有利于在华北及以北地区、华南地区形成两个降水带,南北雨带更加分离,同时使西南地区降水减少。印度洋偶极模正相位异常海温使中国降水趋向于形成东西纬向型降水分布,而印度洋偶极模负相位异常海温使有利于形成南北经向型降水分布。
冬季,印度洋偶极模主要影响中国北方地区,显著影响区主要位于新疆北部和华南沿海。印度洋偶极模和ENSO对相关显著区新疆和华南沿海地区的影响作用相反。印度洋偶极模正相位异常海温使中国东北西部、华北、西北西部和新疆东部冬季温度明显偏高,新疆西北部、西南地区东部气温相对较低;而印度洋偶极模负相位异常海温使新疆大部冬季温度明显偏高,东北地区温度相对较低。
(6)印度洋东、西异常海温的相关关系有明显的年代际变化特征,印度洋偶极子指数与太平洋异常海温、太平洋偶极子指数的相关关系在1905年、1920年、1950年、1970年附近均发生过显著的变化。在1950年~1999年50年间其相关关系的重大变化发生在1970年,在1970年以后,东印度洋与西太平洋异常海温的协同性显著增强,西印度洋与西太平洋和东印度洋异常海温的反相位特征则更加明显,印度洋偶极子指数与太平洋东、西异常海温和太平洋偶极子指数建立了显著的密切联系。
(7)赤道印度洋和太平洋的海温联系通过大气的正、反两个Walker环流来联系,两个下沉端因为分别紧靠大面积的美洲大陆和非洲大陆而位置相对锁定,但中间的上升支在印度尼西亚附近地区(Marine Continent),极易受到海洋温度的影响而发生位置的漂移,因而使东印度洋和西太平洋的异常海温的相关性较低。1970年后印度尼西亚附近地区上升支季风环流的加强和西移,是导致东印度洋海温与西太平洋逐渐同步,印度洋偶极子指数与太平洋偶极子指数相关关系加强的可能原因。此外,印度洋偶极型异常海温对气候的影响与ENSO不同,可能是通过邻近海域海温对海陆热力差有不同的影响而产生的。