孟加拉湾夏季风爆发的前期海洋信号及爆发早晚对亚洲地区气候的影响

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孟加拉湾地区是亚洲夏季风爆发最早的区域,雨季一般伴随着夏季风的爆发而到来并达到盛期,随其撤退而结束,所以孟加拉湾夏季风的爆发对亚洲气候有非常重要的作用。研究孟加拉湾夏季风爆发的前期海洋信号并揭示其影响孟加拉湾夏季风爆发时间的物理机制,有助于我们深化对孟加拉湾地区海气相互作用的认识。在年际尺度上对这一问题的探讨,有可能为短期气候预测的时间提供新的预测因子和思路线索。分析夏季风爆发早晚对亚洲降水的影响,有助于我们揭示孟加拉湾夏季风对不同区域气候的作用。  本文采用资料诊断、动力机制、理论模式的综合手段,分析了孟加拉湾地区前期海温与孟加拉湾夏季风爆发的相关关系,找到了影响孟加拉湾夏季风爆发的前期海温信号,从环流系统演变及能量收支角度来分析次海温暖轴的成因及其对孟加拉湾夏季风爆发的影响机制。同时分析了孟加拉湾夏季风爆发时间对亚洲夏季降水的影响。最后采用Gill模式,从理论上验证了赤道非对称热源对热源南侧西南风的影响,完善了次海温暖轴对孟加拉湾夏季风爆发的影响机制,并将大气对复合热源响应的理论推广到解释季风爆发前后的亚洲地区大气环流型。本文的主要结论包括:  (1)影响孟加拉湾夏季风爆发的前期海洋信号及其中的物理机制。孟加拉湾中部暖SST中心被定义为次海温暖轴(SWSSTA),其出现时间早于孟加拉湾夏季风爆发5候,并且两者呈显著正相关关系。自3月初,孟加拉湾地区对流层低层的反气旋随时间向东南向移动且减弱,配合对流层中层印度洋及西北太平洋副热带高压向孟加拉湾地区的相向运动,反气旋中心对应下沉运动,短波辐射通量增加,孟加拉湾中部地区海温升高;反气旋与海温之间的风-蒸发反馈过程和副热带高压的趋暖性导致了孟加拉湾中部地区海温增温最大,导致SWSSTA的出现,随后海温暖轴(WSSTA)北跳。随着WSSTA的北跳,孟加拉湾中部对流活动增强,大气视热源增加,其南侧出现西南风,从而引发季风的爆发。  (2)揭示了次海温暖轴及海温暖轴年际变化的成因。La Ni(n)a次年春季,孟加拉湾地区中部地区海温偏高,赤道地区海温偏低。所以孟加拉湾中部低层为西南风异常而赤道地区为西风异常,这使得孟加拉湾中部的低层反气旋减弱而赤道西风加强;偏弱的反气旋使得潜热减少,并引发混合层变浅。同期偏弱的副热带高压使得孟加拉湾地区云量增加,减小了向上的长波辐射。因此,偏多的辐射收支以及偏浅的混合层使得孟加拉湾中部地区海温增暖较快,直接导致SWSSTA偏早出现。在前期减小的南北海温梯度的背景下,配合孟加拉湾中部地区快速的增暖,导致了孟加拉湾地区WSSTA的北跳。E1 Ni(n)o次年孟加拉湾地区海温及风场异常和副热带高压与此相反,导致SWSSTA及WSSTA偏晚出现。  (3)孟加拉湾夏季风爆发日期与5月亚洲降水存在显著的相关关系。孟加拉湾夏季风爆发偏早年,自阿拉伯海到孟加拉湾地区,风场在对流层低层表现为异常的西南风,同时风场在印度半岛、南海地区都表现为异常的气旋式环流。对流层低层异常的西南风与东风在中南半岛辐合,引发该地正的降水异常;印度半岛以及西太平洋地区对流层低层异常的气旋式环流使得这些区域的降水偏多;孟加拉湾局地对流活动引起的大气热源随西风向东推进至南海地区,引起局地低层的气旋响应,异常的东北风减弱中国华南的降水。孟加拉湾夏季风爆发偏晚年,对流层低层的异常风场与孟加拉湾夏季风爆发早年的相反,引起这些地区相反的降水变化。  (4)孟加拉湾夏季风爆发过程中环流对大气热源响应的动力学解释。完善了Gill模式中关于单一型赤道非对称热源的理论解,并将此理论解应用于孟加拉湾地区WSSTA的北跳对夏季风爆发的研究中,指出Rossby重力混合波对赤道非对称热源的响应引起越赤道气流,继而导致季风的爆发,这为孟加拉湾夏季风的爆发提供一种动力学的解释。另外,将Gill模式中的理论解推广到大气对复合外强迫源的响应中,从理论上解释了孟加拉湾夏季风爆发前后亚洲地区大气热源对季风环流形成的影响。
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