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本文利用NCEP/NCAR和ECMWF两组再分析资料、中国气象局国家气候中心的大气环流指数以及Hadley中心的GISST海表面温度资料,通过统计分析,揭示我国上空可降水量的气候变化规律,并分析了大气环流及海温异常对我国上空可降水量的影响,讨论了我国可降水量变化的可能影响机制。主要结论如下:
1.可降水量的气候特征
我国上空可降水量的气候变化具有鲜明的特征。由于受纬度、海陆分布、地形及环流等因素影响,可降水量由东南向西北递减,但在西北地区西部和四川盆地,常年存在相对的湿区。气候平均的可降水量有显著的年内变化。夏季大,冬季小。从1958年至2001年,我国大部分地区年可降水量呈线性减少趋势,西北地区和华南沿海则相反,为线性增加。除冬季以外,其他3个季节均表现为全国大部分地区可降水量的线性减少,而西北部分地区各季节可降水量都呈增加趋势。经站点探空资料验证,ECMWF在西北地区可信度更高。我国上空可降水的总量表征了去倾后可降水量EOF第一模态的时间变化特征,在1965年左右发生了由多到少的跃变。
2.可降水量与大气环流的关系
年际尺度和年代际尺度的环流场异常对冬季可降水量的影响相同,而在夏季,对东北大部、华北、华中、青藏高原和西南地区可降水量的影响相反。冬季,当东亚大槽变浅,西风急流减弱,西伯利亚高压、阿留申低压强度变弱,东亚冬季风减弱,我国可降水量增加。夏季,当南亚高压增强,西太平洋副高偏弱偏东,热带东太平洋SLP正异常,我国大部年际可降水量增加,而东北大部、华北、华中、青藏高原和西南地区年代际可降水量减少。年代际尺度冬季可降水量对各层环流响应一致;年际尺度冬季、年代际尺度夏季可降水量对中高层和低层的响应有所不同,部分地区甚至相反:年际尺度夏季最为特殊,500hPa对可降水量的影响与其它环流层有明显差异,华北与全国其它地区反相变化。
在年际和年代际尺度上,共同影响冬季可降水量变化趋势的环流因子主要有东亚冬季风指数、极涡强度指数及欧亚纬向环流指数:共同影响夏季可降水量变化趋势的因子主要是极涡强度指数和面积指数。阿留中低压指数、东亚冬、夏季风指数、西太平洋副高位置指数、极涡强度指数、极涡面积指数、欧亚经向环流指数与同期及滞后一至两年的可降水量年代际变化有显著相关性,而极涡面积指数、欧亚纬向环流指数对滞后一至两年的可降水量年代际变化有一定的预报意义。东亚夏季风指数,西太平洋副高脊线和西伸脊点指数,欧亚经向和纬向环流指数都与西北地区夏季可降水量的年代际增长显著相关。
全国可降水总量年际尺度冬、夏季时间序列和年代际尺度冬季时间序列与相应的可降水量异常SVD第一模态时间系数相关性很好,能够在一定程度上反映可降水量与大气环流的关系。
3.可降水量与海表面温度的关系
年际尺度SSTA对PWA影响显著的区域表现为类似El Ni(n)o的特征。我国可降水量对年际尺度冬、夏季SSTA的响应相反,当赤道中、东太平洋为SST正异常时,可降水量在冬季增加,而夏季减少。
年代际尺度下,SSTA与PWA的显著相关区表现为类似PDO的特征,冬季明显于夏季。当热带中太平洋和北美沿岸SST正异常,北太平洋中、西部SST负异常时,我国大部可降水量在冬季减少,而夏季在东北南部、长江上游部分地区增加。
4.可降水量变化的可能影响机制
海表面温度异常,引起大气环流的异常变化,从而影响我国上空可降水量的气候变化。
年际尺度冬季,当SSTA为El Ni(n)o成熟期特征,SST异常的分布型引起Walker—环流减弱,抑制菲律宾以东对流活动,从而在热带和副热带西太平洋地区产生强大的反气旋式异常风场。中、高层东亚大槽在高纬加深而中纬变浅,西风急流减弱,使得东亚冬季偏北风在高纬增强而在中纬减弱。两个异常风场的相峙,使得中国南部地区出现暖冬而北部地区尤其是东北出现冷冬,引起我国可降水量年际的异常增加。
夏季,当SSTA表现为El Ni(n)o发展期特征时,热带太平洋东、西海温梯度减弱,造成Walker环流减弱,赤道中、东太平洋地区对流活动加强,而在热带西太平洋对流活动减弱,赤道太平洋洋面上的对流活动异常形成一个偶极子结构,并影响赤道太平洋上空的热源异常。这种热力异常结构有利于在热带西太平洋和我国南海地区强迫出反气旋环流的异常;并且由于准定常行星波的传播,中、高纬地区环流也将产生异常。南亚高压减弱,东亚北部偏北风异常加强,引起我国北方上空可降水量年际减少。