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我国地域辽阔,气候复杂多变,在全球变暖的背景下研究中国近百年来的气候变化具有重要的意义。本文利用根据史料插补完整的1880-2004年中国东部71站的四季气温、降水量资料和500hPa高度场资料及大气环流模式CAM2对1881-2000年的集合模拟结果分析了近百年来中国的气候变化及其环流机制。
通过对1880-2004年四季气温资料的EOF分析发现了中国气温变化的两种最基本的模态:东部一致变化和关内关外相反变化。这两种模态不随季节变化,而且在不同时期也是稳定的。研究发现中国东部1980年代以来的变暖主要是由于第一模态在该时期持续的正位相增强造成的;而1920-1940年代的变暖主要是由于第二模态所呈现的正位相所造成的。以冬季为例,利用500hPa高度场资料通过合成分析进一步研究了这两种模态的环流机制。上述气温的基本模态和环流机制在模式中得到了一定程度的印证。
对气温变化的季节特征研究发现19世纪末到20世纪初是125年来最寒冷的一段时期,各个季节温度都偏低。20世纪初中期的变暖在夏季最为突出。而20世纪末的变暖则冬季最强,春、秋其次,夏季最弱。近百年来温度变化趋势季节特征明显。冬季变暖趋势最强;夏季最弱,是四个季节中唯一出现变冷趋势的季节。春、夏、秋三季温度变化趋势空间分布非常相似,其中华北和云贵地区是变暖最不明显的地区。
通过对1880-2004年四季降水量序列的EOF分析得到了各个季节降水量空间分布的主要形态,并且按其特点分为两类,冬春秋季为一类,夏季为一类。降水异常分布形态与500hPa的环流形势有很好的对应关系,并且近百年来这种对应关系比较稳定。对各季降水量空间结构的周期变化研究显示各个季节降水量空间分布形态都存在高频的年际变化和低频的年代际变化。功率谱和子波分析表明,高频集中于2-4a、5-8a,而低频则集中在15a、20.25a、60a,共同代表了中国季节降水异常变化的主要周期。
对降水量变化的季节特征的研究表明,近百年来中国东部的四季降水呈现出明显的旱涝交替变化。主要有3个干旱期1890-1905、1920-1930、1965-1970.和4个湿润期1880s、1910s、1950s、1990s。对华北和长江中下游地区夏季降水的研究显示两者在1970年之前总体呈现同向的变化,之后则表现出明显的相反变化,在本世纪初又再次呈现出同向变化的趋势。利用1880-2004年的四季500hPa高度场资料分析了年代际和年际尺度上东亚地区的大气环流变化的特征。研究显示四季高度场在各个纬度都有明显的年代际变化。年际尺度上EOF分析显示在东亚沿岸10-75°N,100-170°E区域存在一个突出的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间自中国东北向东到日本一带高度场为反向变化的遥相关关系。并分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。夏季在阻塞高压偏强、副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低的环流形势下,中国长江中下游地区和东北降水偏多。