【摘 要】
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青藏高原是中国最大,世界上海拔最高、地形最复杂的高原,它在冬季为冷源夏季为热源的特点使得其对全球的气候变化及灾害性天气都起着至关重要的调制作用。而作为地球上一块隆起高地的下垫面,青藏高原积雪可以直接影响中对流层大气,使得与其有关的大气信号可以传播的更远,从而与全球各个地区的大气环流相互作用。本文着重利用卫星积雪资料,探讨了青藏高原积雪与北半球中高纬大气主模态的非平稳联系及物理机制。在进行高原积雪气
【基金项目】
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国家自然科学基基金(41790475,91637312,91437216,41575075); 国家“973”计划项目(2015CB453201,2015CB953904); 国家重点研发计划(2016YFA0601801);
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青藏高原是中国最大,世界上海拔最高、地形最复杂的高原,它在冬季为冷源夏季为热源的特点使得其对全球的气候变化及灾害性天气都起着至关重要的调制作用。而作为地球上一块隆起高地的下垫面,青藏高原积雪可以直接影响中对流层大气,使得与其有关的大气信号可以传播的更远,从而与全球各个地区的大气环流相互作用。本文着重利用卫星积雪资料,探讨了青藏高原积雪与北半球中高纬大气主模态的非平稳联系及物理机制。在进行高原积雪气候效应研究前,首先通过统计定量化分析、台站资料对比及EOF模态分析,厘清卫星积雪资料青藏高原地区四季时空分布特征;在此基础上,我们发现夏季青藏高原积雪气候态及年际变率大值区主要位于帕米尔天山区域,借此探讨了夏季帕米尔天山积雪与上游北大西洋涛动可能存在的联系及年代际变化,并解释相应的物理机制;而在冬季,青藏高原整体积雪偏多,年际变率大值区位于高原东部,基于此发现了冬季青藏高原东部积雪与下游西太平洋型遥相关的可能联系及存在的年代际变化,并解释了可能的物理机制。具体结论如下:(1)1972-2007年四季青藏高原积雪气候态大值中心主要位于帕米尔天山和高原东部两个地区,其中前者积雪仅在夏季存在较强的年际变率,而后者积雪在冬季年际变率最强。通过比较卫星及台站积雪资料,发现高原东部在冬季二者反映的积雪时空分布特征较为类似,而在高原西部,仅有的几个高海拔站点反映的积雪变率与卫星资料也较为相似,从而肯定了卫星积雪资料反映高原积雪时空分布的能力,同时也进一步确认了积雪的时空分布特征。而通过对高原积雪的EOF分析表明,冬夏季高原积雪主模态大值中心与年际变率大值中心一致,并且时间序列存在显著的2年和5年的年际周期;而四季主模态时间序列均表现出一定的年代际变化特征。(2)春季北大西洋涛动在1967-1981年会影响夏季帕米尔天山积雪,但这种联系在1982年以后消失了。通过分析表明1981年前后,春季北大西洋涛动其自身形态发生年代际变化,北部中心显著西移。通过风-蒸散-海温的反馈机制,使得北大西洋有关的春季三极子海温型发生转变,不同的三极型海温都可以维持到夏季,但会激发下游不同的Rossby波列。前一个时段,北大西洋涛动正位相时,与之相关的三极型海温激发的Rossby波列使得东欧平原和东亚地区的反气旋异常,而冰岛及帕米尔天山地区气旋异常,后者则会造成帕米尔天山高原温度偏低,降水偏多,从而有利于积雪维持,反之亦然。而在后一个时段,这样的波列仅能到达黑海-里海附近,无法影响帕米尔天山积雪。(3)冬季(1月)青藏高原东部积雪在1968-1990年会影响初春(3月)西太平洋型遥相关,但是这种联系在1991年以后消失了。分析表明在前一个时段,当冬季高原积雪偏多时,其上游的反气旋异常有利于平流层极涡向大西洋欧亚大陆延伸,而同时北美靠极区上空整层反气旋异常,南侧的东风在近地面强迫海洋造成东北太平洋负海温异常,而这样的“海洋桥”又会通过局地气旋调制上述“大气桥”,并通过高原北侧反气旋促进积雪维持,产生积雪-大气-海洋的正反馈,使二者都可以维持到3月,后者进一步调制WP南部中心;而在1991-2013年,与冬季高原积雪有关的环流异常无法影响关键区海温。
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