【摘 要】
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东亚位于欧亚大陆东部,东临太平洋,海陆热力差异很大,东亚地区冬半年气候主要受到东亚冬季风系统的控制。已有大量研究指出,东亚冬季风系统不仅受到热带强迫过程的影响,在近几十年来,高纬度地区气候响应日益凸显,高纬度强迫过程对东亚冬季风系统的影响也在不断增强。热带和高纬度强迫角力导致东亚冬半年气候异常更加复杂,并存在强烈的季节内变异现象。大陆积雪和海洋作为北半球高纬度主要的下垫面,其异常变化对东亚冬半年气
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东亚位于欧亚大陆东部,东临太平洋,海陆热力差异很大,东亚地区冬半年气候主要受到东亚冬季风系统的控制。已有大量研究指出,东亚冬季风系统不仅受到热带强迫过程的影响,在近几十年来,高纬度地区气候响应日益凸显,高纬度强迫过程对东亚冬季风系统的影响也在不断增强。热带和高纬度强迫角力导致东亚冬半年气候异常更加复杂,并存在强烈的季节内变异现象。大陆积雪和海洋作为北半球高纬度主要的下垫面,其异常变化对东亚冬半年气候变异的影响值得更深入的研究。本文结合观测资料和再分析资料,通过分析北半球积雪异常和大西洋多年代际振荡(AMO)的气候效应,揭示了陆—气耦合及瞬变波—纬向平均流相互作用等高纬度强迫过程对东亚地区冬半年气候变异的相关物理机制,进一步丰富东亚冬半年气候预测思路。文章得到的主要结论如下:(1)在1979/80至2014/15年间,12月北美积雪对1月东亚北部地区近地面气温有显著影响。其影响机制为:在12月,偏多的北美积雪通过陆—气耦合降低了局地气温及大西洋西部海表面温度(海温),使雪区南部的经向温度梯度增强,从而加强了大西洋西风急流。同时,西风急流通过瞬变波—纬向平均流相互作用,向天气尺度瞬变波输送的能量增多,引起大西洋东部瞬变波活动增强。在1月,大西洋西部的偏冷海温减弱其上空的瞬变波活动,而大西洋东部的偏强瞬变波活动通过来自平均流的能量输送得以维持,因此在大西洋上形成纬向两极型的瞬变波异常。能量分析表明这种异常可以通过瞬变波—纬向平均流相互作用,引起大西洋急流向北偏移,同时在位势高度场引起东北—西南向二极分布异常。这种大尺度环流异常进而在大西洋中高纬地区引起湍流热通量异常,促使Rossby波列发展并东传至欧亚大陆,增强了西伯利亚高压并使得东亚地区上空极锋急流向南移动,从而降低了东亚北部地区的近地面气温。本研究为东亚北部地区冬半年季节内气温预测提供了新思路。(2)在1920至2017年间,在AMO正位相,2月NAO对3月青藏高原气温存在明显作用,而在AMO负位相时没有联系。在AMO正位相,2月NAO负位相可以持续到3月,并在3月引起沿着欧亚大陆副热带西风急流东传的Rossby波列。该波列引起青藏高原上空的西风急流减弱、北退,并通过引发次级环流异常,增强青藏高原上空的下沉运动。这种下沉运动异常带来的绝热加热使得青藏高原气温在3月上升。然而在AMO负位相,2月NAO无法持续到3月,因此也无法影响到3月青藏高原地区的气温变化。进一步研究发现,AMO正位相通过墨西哥湾偏强的向上湍流热通量扰动其上方大气斜压性,使得大西洋风暴轴向南移动,并增强了瞬变波—纬向平均流相互作用在大西洋副热带地区上空的大值中心,因此有利于增强瞬变波动对平均流的正反馈。当NAO发生时,在AMO正位相偏强的波流相互作用有利于NAO从2月维持到3月。该结果为分析冬半年后期的大西洋—青藏高原遥相关关系的年代际不稳定性提供新思路。(3)在1979/80至2016/17年间,11月上旬(1至14日)乌拉尔山地区雪水当量与该年11月中旬(15至21日)及次年1月上旬(6至15日)东亚南部地区的降水有显著影响。在11月上旬,当乌拉尔山雪水当量偏多时,显著的陆—气耦合通过非绝热冷却过程降低其上空大气温度。同时乌拉尔山地区出现准定常Rossby波列,并沿极锋急流向东传播。在11月中旬,该波列向下游传播至东亚地区,减弱了东亚大槽强度,使得向东亚南部区域输送的水汽增多,从而加强了该地区的降水强度。在其后的11月下旬至次年1月初(11月22日至次年1月5日),乌拉尔山地区陆—气耦合较弱,其上空环流异常也较弱。在次年1月上旬(6至15日),积雪异常向南扩展,在地中海北侧地区出现负异常,并再次出现陆—气耦合加热其上方大气。反气旋性环流异常出现在欧洲上空,同时伴随着沿副热带西风急流传播的准定常Rossby波列。该波列再次减弱东亚大槽强度,增强东亚南部地区水汽输送并使其降水量增加。本文研究结果可用于东亚南部地区冬半年季节内降水的预测工作。
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