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本文利用15个参加PCMDI计划(Program for Climate Model Diagnosis andIntercomparison)的全球耦合模式20世纪模拟试验的输出结果,结合NCEP/NCAR再分析资料(National Centers for Environmental Prediction/National Center forAtmospheric Reanalysis),全面评估了具有当代技术水平(State of the Art)的耦合模式模拟东亚副热带西风急流的能力。并在此基础上选择部分模式参加温室气体排放情景试验SRES A1B的模拟结果,探讨全球变暖后东亚副热带西风急流的变化及对中国地区降水的影响。本文还对影响急流变化的动力学机制进行了初步探讨。通过以上研究发现:
(1)耦合模式对东亚副热带西风急流具有一定的模拟能力,多数模式能够合理地模拟出冬、夏季急流季节平均分布情况,以及1960-1999年再分析资料反映出的急流主要变化趋势。但是关于盛夏(7-8月)急流中心的双模态现象,大部分模式模拟急流中心集中分布于40°E-60°E,80°E-100°E两个区间中的一个。在急流季节变化模拟上,部分模式的模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料存在明显偏差。另外,大部分模式模拟冬季200hPa标准化纬向风场EOF分解第一模态与再分析资料结果存在差异,一些模式在模拟夏季纬向风年际变率分布特征上与再分析资料存在偏差。
急流对应着对流层中高层南北温度梯度大值中心,并且急流中心位于最大的南北温度梯度中心附近。在对各热量输送项的分析中发现,急流的经向变化与热量水平输送项的南北梯度变化相联系。并且急流强度、位置的年际变化与地面加热场变化有密切关系。这些现象不仅存在于NCEP/NCAR再分析资料中,在模式结果中也同样存在。模式模拟急流存在的偏差可能与模式对温度的模拟偏差以及对地面加热场的计算不合理有关。
(2)多模式集合平均结果显示,随着温室气体增多、温室效应进一步加剧,冬季急流呈现出明显增强及向北移动的趋势;夏季急流则呈现出增强和向南移动的趋势,这些变化与温度场的变化有密切联系。全球变暖加剧,对流层中高层温度从低纬到中高纬度均比现在有所增加,且低纬增温强、高纬增温弱造成了副热带地区温度梯度增加,温度梯度增加区域对应着纬向风增强区域。
另外,高纬度阿留申低压区,近30年来海平面及其上空气压降低,阿留申低压增强,气压场的这一变化使得低压系统南面急流加强。多模式集合平均模拟结果中也存在这一现象。随着温室气体排放量增加,阿留申低压区上空气压降低(部分层次气压增加幅度小于周围区域),造成低压系统南面高层急流加强。
随着温室气体排放量增加,中国东部地区降水将会增加,其中黄河下游地区降水增加最多,其次是华南沿海地区、长江中下游地区。从不同地区降水量与急流位置和强度指数的相关关系来看,华北、华南地区降水主要与急流强度变化相联系,长江流域降水与急流位置变化有更为密切的关系。
(3)大尺度平均流对急流强度、位置变化起着主要作用。其中非地转作用项是动能的产生与消耗项,通常经向非地转平流在急流中心上游产生动能,由平均气流以及瞬变扰动将产生的能量传到急流中心下游,造成下游区域风速加强。相比较而言,天气尺度瞬变扰动的作用是小项,数值上要比大尺度作用项小一个量级,但瞬变扰动活动和急流的变化相联系,纬向风异常中心下游存在瞬变扰动活动异常。
上述关于急流动力学方面存在的现象,在模式结果中也同样存在,但与再分析资料存在一些差别,如对应于急流位置变化,模式中能量转换项的分布与再分析资料不完全一致。