东半球越赤道气流的时空、年际变化特征及其与东亚季风和我国夏季降水的相关性

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本文利用58年的NCEP/NCAR平均再分析风场资料和1948年1月~1999年12月海平面气压资料以及全国160个站点的月降水、月气温资料,对850hPa东半球越赤道气流春、夏、秋、冬季四个季节进行了多方面的分析,主要包括越赤道气流的时空变化特征分析、越赤道气流的年际变化特征及其气候突变性的分析、越赤道气流与东亚季风的关系以及越赤道气流与中国夏季降水的相关性。主要得出以下结论: 1、越赤道气流的时空特征 越赤道气流在四季中,春、夏、秋季都是以南风为主,只有冬季是以北风为主。年际变化夏季最强,秋季次之,冬季较弱,春季最弱。通道数以秋季最多,春季最少。三个以南风为主的三季节中,都是以40~42°E范围的风速最强,冬季该处转为北风。春季在50° E以西为很明显的南风。夏季以索马里急流为最强,冬季以105° E通道最强。随年际变化,四季各通道位置有所变化,东倾为主。四季越赤道气流高低气流多为反向,冬季高层转为南风,低层主要为北风,夏季、秋季高层主要为北风,低层主要为南风,且夏季强于秋季,春季高层气流强度较弱于其他季节。四季高层气流均位于300~100hPa之间,低层在500hPa对流层以下。 2、越赤道气流的年际变化特征及其气候突变 上世纪末之前,夏季越赤道气流经历了一次由弱逐渐转强的大的变化过程,而在本世纪初正趋向一种均值状态。冬季越赤道气流总量随年际变化趋势不如夏季那么明显,过程要复杂得多。索马里急流虽然是作为夏季越赤道气流最强的通道,但在年际变化上对总量的影响并不显著,而冬季越赤道气流最强通道对总量的年际变化影响十分显著。影响冬夏季越赤道气流总量变化的都是靠近东亚地区的通道,远离东亚地区的则无显著影响。春季越赤道气流在1960年代后期到1970年代中异常偏强,后期则变得平稳,两支通道之间相关并不显著,但对总量的变化影响都很显著。秋季南风强于北风,年际变化却是北风强于南风。秋季南风在1950年代中期至1960年代初异常偏强,后期变化比较弱。秋季北风在上世纪有一次大的转变,在1970年代及之前明显偏弱,1970年代转为偏强,此后稳定偏强,与夏季总量的年际变化比较相似。四季越赤道气流主周期多为36年,以春季的最短,夏季的最长。越赤道气流周期性以秋季的最明显,春季无显著周期存在。夏季次强通道105°E和冬季次强通道42°E都存在2~3年的显著周期。秋季北风通道总量受0°E、30°E、70°E三个北风通道的影响都存在2.4年的显著周期,40°E南风通道存在2.1年的显著周期。T检验,夏季越赤道气流总量在历史上发生过三次突变,上世纪50年代中期和70年代中期两次剧增,1990年代中期一次剧减,各突变期间其通道也发生了相应突变。冬季越赤道气流各通道突变性差异比较大,使总量无突变发生,但1994年前后总量发生了一次剧减的突变,但通道并无突变发生。春季越赤道气流总量受20°E通道突变影响,在1966年前后发生了剧增。秋季北风受0°E和30°E通道影响,在1966-1978年有突变性剧增。秋季南风40°E通道在1961年后有一次突减,对总量的变化影响很大,但总量无达到突变检验值。 3、夏季越赤道气流与东亚季风的相关 反映夏季风在东亚地区的南北位置变换的夏季风指数EMAI1和反映夏季风强弱变化的夏季风指数EMAI2之间的年际变化互为相反。EMAI1与西太平洋副高强度呈显著正相关,EMAI2与西太平洋副高位置变动呈显著正相关。EMAI1与中国夏季长江中下游流域降水呈显著正相关,与东北和西部呈显著负相关。EMAI2与华北及西部降水呈显著正相关,与华南的相关不明显。春季越赤道气流40°E通道与夏季EMAI1的显著负相关使它可以作为未来夏季风强弱的预测指标。夏季越赤道气流总量与EMAI1呈明显的负相关,并且是越靠近东亚地区的通道负相关越明显,表明了夏季越赤道气流与东亚夏季风的关系十分密切。由海陆气压差异引起的东亚冬季风指数很好的反映了冬季风的强弱,其年际变化比较弱,与冬季越赤道气流总量及其主通道105°E呈显著正相关,与其他通道,以及前后其他季节的越赤道气流并无显著关联。冬季风指数与我国绝大部分地区冬季气温负相关明显。和冬季风不同,冬季越赤道气流与我国冬季气温的相关南北分布不同,与东南、西南呈显著负相关,与东北、西北呈显著正相关。原因可能是冬季越赤道气流增强,相应赤道区域的环流系统增强,而高纬度相应得到削弱,那里的环流对北部造成的影响减弱,使得高纬度降温幅度减小,气温相对偏高。 4、越赤道气流与中国降水的相关 EOF分析我国夏季降水异常分布有四种显著类型:长江流域异常型,华南异常型,华北异常型和东部南北相反异常型。夏季越赤道气流各通道与我国夏季降水的相关分布与这四种异常有些类似。51年的长期变化趋势分析来看,夏季越赤道气流与我国夏季降水的相关性不强。为了探求两者的相关性,在夏季越赤道气流总量在1970年代突变前后,对夏季越赤道气流与中国夏季降水的相关性进行对比分析,发现,在1981~2001年近21年间的相关性比1951~1980年早30年内的相关性明显增强,并且相关分布完全不同。在近21年间,夏季越赤道气流总量以及105°E、87°E、125°E三支气流与中国长江以南及由中游向北延至内蒙中部的夏季降水为明显负相关,而早30年期间相关性较弱。索马里急流在早30年间与中国西北的降水为显著正相关,而在近21年中不见显著性。可见,夏季越赤道气流在1970年代的突变性增强完全影响了其与中国夏季降水的相关性。原因是由于越赤道气流与东亚夏季风的南北位移的相关性在增强。另外遥相关分析结果显示,上年秋季越赤道气流30°E通道、85°E通道、南风总量的强弱变化可以分别作为对来年淮河流域、长江中下游流域、河套地区的夏季降水的可预测指标。冬季主通道105°E和其东侧的125°E通道与长江流域中下游南侧的夏季降水呈现显著负相关,对该地区来年的夏季降水也可作为一个可预测性指标。
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