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东亚夏季风是一个海-陆-气相互作用的耦合系统,其年际变率受到全球海表温度异常(SSTA)的遥强迫和邻近海区的影响,同时也受到青藏高原热力强迫的调控。本论文以“全球SSTA和青藏高原对东亚夏季风年际变率的协同影响”为主题,使用多套大气和海洋观测资料,设计大气数值模式数值模拟试验,研究全球SSTA对东亚夏季风的影响。在海洋强迫因子方面,对于邻近关键海区,选取热带印度洋SSTA在春夏季节的主模态;对于全球尺度,提取全球SSTA在年际变率上周期演变的主模态准四年主振荡型。在陆地强迫方面,以青藏高原热力强迫为主。通过分析东亚季风的主要环流系统和降水异常的响应特征,探索SSTA的直接强迫效应和青藏高原热力强迫的反馈作用。本论文研究发现的新事实和结论有: (1)印度洋海盆一致模(IOBM)对东亚环流和降水次季节尺度的演变具有显著的影响。IOBM暖位相影响途径有两个:第一,对于低层环流,从3月到8月,通过东传Kelvin波激发西北太平洋异常反气旋,加强中国南部西南风气流,形成太平洋-日本遥相关响应。第二,高层位势高度场异常表现为春季在亚洲出现正-负-正波列,6月和7月热带和中纬度为正-负的跷跷板型,8月黄河流域是异常低压;环流异常表现为春季东亚东部沿海地区有反气旋,6和7月东亚副热带西风急流得到加强,8月在黄河流域有气旋。西北太平洋副热带高压在春夏季节西伸加强,南亚高压在夏季加强,东亚急流在春季向东北方向延伸,在6月和7月向东加强,但在8月收缩。东亚降水异常的演变表现为:在春季,正异常雨带在3月位于从中国东南沿海延伸到日本南部和从青藏高原北部延伸到日本南部两个区域,在4月出现在东北亚到日本南部地区,在5月出现在黄河流域;在夏季,IOBM只加强向北推进的主雨带的强度而不改变其推进进程,加强的雨带在6月从长江以南地区延伸到中国东海,在7月从长江延伸到日本,在8月位于长江和黄河之间的地区。 (2)全球SSTA准四年主振荡型对东亚季风的季节性演变具有显著影响。全球SSTA的第一主模态是准四年主振荡型,表现为发展期时El Ni(n)o事件在热带太平洋中部和东部发展而热带印度洋由IOBM冷位相转换为印度洋偶极子模态(IODM),在衰减期El Ni(n)o事件逐渐衰减而IOBM维持在暖位相。在全球SSTA准四年的循环演变周期中,东亚降水异常的响应在不同季节差异明显。在发展年的冬季到秋季,中国南部降水偏多但其北部偏少;在衰减年,从冬季到春季东亚大部分地区降水偏多,夏季从长江到日本南部主雨带得到加强。东亚地区主要环流系统在高层是异常气旋,而低层是北方为异常气旋,南方为异常反气旋的耦合结构。在高层,一个明显的异常气旋在发展年春季到衰减年春季逐渐从东北亚地区移动到青藏高原,然后在衰减年从夏季到秋季又撤回到东北亚地区。在低层,菲律宾海异常反气旋在冬季和春季出现,但在夏季被替换为异常气旋,在秋季又重新出现并持续到衰减年。春季在东北亚地区出现的异常气旋,引导冷空气南下,与菲律宾海异常反气旋引起的西南风气流辐合,导致了春季中国南部降水的加强。该异常反气旋在夏季减弱,从秋季到次年夏季又再次加强。在衰减年,东亚低层异常气旋对冬春季节中国北部降水的加强和夏季长江-日本南部主雨带的加强都有很大的贡献。因此,菲律宾海异常环流型在El Ni(n)o发展年夏季发生中断,不同于衰减年的连续性演变。这些异常可归因于全球大尺度加热、区域海洋强迫和陆地热力反馈的协同影响。 (3)在全球SSTA主振荡型强迫下,东亚夏季风及青藏高原大气热源在发展年和衰减年表现出明显的非对称响应。在东亚地区的环流和降水异常方面,准四年振荡正位相发展年的夏季SSTA的典型特征表现为IODM和El Ni(n)o的发展,低层菲律宾海形成显著的异常气旋,伴随着东北亚地区高层的异常气旋,从中国南部到朝鲜半岛降水偏少。在准四年振荡正位相衰减年夏季,作为暖IOBM、衰减El Ni(n)o和北大西洋暖SSTA的响应,在多个关键环流系统的共同调控下,从青藏高原东部经过长江和黄河流域延伸到日本南部的东亚夏季风主雨带得到加强。在对流层上层,东亚西风急流在副热带地区加强,并向南移动。同时南亚高压的东南部得到明显的加强,并向东南方向扩展,产生一个显著的异常反气旋。东亚地区的低层环流表现为中国北方异常气旋和菲律宾海异常反气旋,导致经向气流和水汽输送的辐合。对于青藏高原热源异常而言,在发展年,夏季青藏高原加热异常表现为大气热源偏弱和降水偏少。其原因是受到北大西洋冷SSTA和西印度洋暖SSTA的联合调控,与之相关的环流表现为,在对流层高层北大西洋和中东地区存在两个异常低压和异常气旋,有利于在高原地区形成下沉气流,不利于降水产生。而在衰减年,青藏高原加热异常的响应从西向东呈现了一个负-正的偶极模态。 (4)SSTA直接效应和青藏高原热力反馈对东亚夏季风的相对贡献有所不同。全球SSTA对东亚夏季风的作用可以被划分为两部分:其一是不包含青藏高原加热反馈的SSTA的直接效应;其二是SSTA引起的青藏高原加热异常的反馈效应。两者在全球SSTA准四年振荡的发展年和衰减年夏季的相对贡献有所不同。在准四年振荡周期中,在SSTA直接效应强迫下,如果没有青藏高原加热异常的热力反馈,东亚夏季风的响应型在发展年和衰减年表现出总体上的相似,没有非对称特征。低层环流表现为西北太平洋异常反气旋和中国北部的异常气旋,降水正异常出现在长江中下游延伸到东北亚地区。由于前期El Ni(n)o达到顶峰后以及IOBM持续维持的效应,异常环流和降水的强度在衰减年要比发展年要大。在发展年和衰减年,青藏高原加热异常对全球SSTA的响应及其对东亚夏季风的热力反馈也有所不同。在发展年,青藏高原释放凝结潜热的整体性偏弱在菲律宾海异常气旋的形成起着主导性的作用,而非SSTA的直接效应。在衰减年,加强的青藏高原加热和暖IOBM共同促进菲律宾海异常反气旋的发展和维持。因此,在准四年振荡发展年和衰减年,全球SSTA对东亚夏季风的年际变率的非对称影响主要是通过青藏高原异常的反馈效应实现。 (5)春季热带印度洋海表温度和青藏高原感热能对夏季逐月中国东部降水做出较好的预测。基于最大协方差分析提取最优关联因子,在年代际和年际变率尺度建立回归模型,构建了夏季中国东部降水统计预测模型。该预测模型能很好描述春季热带印度洋海表温度和高原感热与夏季中国东部各月降水的关联性。联合两者比单个预测更优,分年代际和年际变率两个尺度分别预测也可提高预测效果。对6、7和8月中国东部降水的方差贡献在年际成分上,春季热带印度洋海表温度分别占比11.4%、14.8%和14.8%,而春季高原感热分别占比22.2%、20.7%和17.1%,后者更加重要。在年代际成分上,两者都能解释绝大部分方差,但并不独立。预测模型可预报性较好的适用范围在6月主要在长江以南地区,7月可覆盖中国东部地区,8月份主要在东北地区和华南西部地区。