中国低纬高原水汽收支特征及其与降水的关系

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本文采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析资料,根据水汽收支方程,计算中国低纬高原地区可降水量、水汽通量散度、水汽平流、风场散度、地表效应以及可降水量局地变化,对可降水量以及水汽收支方程各因子在各季节的气候态以及长期变化趋势进行研究与分析。研究发现,可降水量、降水以及蒸发在低纬高原区域都呈现“U”型分布特征,水汽通量各因子在各季节的空间分布模态基本相同,风场散度和水汽平流在各季节都存在一定的反位相特征,即风场散度中辐合多对应水汽干平流。将总降水量作为因变量,方程其他因子作为自变量,构建多元线性回归模型,并计算各因子对应的偏回归系数以及各因子对降水的相对方差贡献。发现,各季节风场散度在多元线性模型中偏回归系数最大(与降水的关系最好),相对方差贡献最高;水汽平流在冬、春季节与降水关系密切,夏、秋季节对降水贡献较小;蒸发在冬季与降水的关系最好,相对方差贡献最高;地表效应在夏季与降水的关系较好,对降水方差贡献较显著区域位于低纬高原东部区域;可降水量局地变化在各季节与降水关系较弱,对降水几乎没有贡献。基于经验正交函数(EOF)分解,将总降水量第一模态时间系数作为因变量,各因子第一模态时间系数作为自变量,构建多元线性回归模型,研究了各因子主模态与降水主模态的关系及相对方差贡献。结果表明,蒸发与降水的关系在冬季最为密切且对降水的相对方差贡献最大,在春季贡献较小;各季节风场散度均与降水关系密切,相对方差贡献最大为春季,最小为冬季;水汽平流在冬春季节与降水的关系较好,相对方差贡献占比较高,夏秋季节则贡献较小;地表效应在夏秋季节与降水的关系密切且贡献较大;可降水量局地变化在各季节与降水关系较差,对降水几乎没有贡献。基于所得结论,并利用各因子偏回归系数重构冬、夏季降水指数,研究其降水年际变化可能成因。冬季,降水与大西洋以及赤道太平洋海温异常关系显著,随着时间推移,降水与大西洋海温异常关系逐渐减弱,而与赤道中东太平洋Nino3.4区海温异常关系增强。同期中高纬度大西洋对应显著反气旋式环流异常、赤道太平洋西部为偏东风异常环流配置,此时低纬高原处于异常气旋式环流控制,降水偏多。夏季,降水与太平洋以及大西洋海温异常关系密切,从前期至同期,太平洋中东部海温正异常显著区域逐渐减少至消失,太平洋南部(澳大利亚东部)以及大西洋东部区域海温负异常区域逐渐增加,同期澳大利亚东部为显著反气旋式环流、北大西洋东部为显著反气旋式环流,低纬高原区为显著气旋式环流控制,降水偏多。
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