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受东亚夏季风环流的影响,中国东部夏季降水有显著的年代际、年际、季节内变化(如20世纪80年代以来我国东部地区的“南涝北旱”,1998、2003年江淮流域特大洪涝等),然而其成因机理并不十分清楚。东亚高空西风急流作为东亚夏季风环流系统的重要成员,是联系东亚高纬和低纬环流的重要纽带,其强度、位置变化对我国夏季降水异常有十分重要的影响。本论文旨在研究夏季东亚高空西风急流年代际、年际和季节内多时间尺度变化特征及其与我国夏季降水关系,重点探讨东亚高空西风急流不同时间尺度的大气环流内部动力过程及其对外强迫因子海温异常变化的响应。
论文主要结论如下:
(1)根据200 hPa最大西风中心位置定义了夏季东亚(90°~130°E)高空西风急流位置指数,分析发现20世纪80年代初,夏季东亚高空西风急流位置(多年平均6月位于37.5°N,7月位于40°N,8月位于42.5°N)发生了显著的年代际变化:20世纪80年代初以来夏季(7、8月)东亚高空西风急流位置处于年代际变化的偏南阶段。对1980年前、后的东亚地区垂直运动、视热源、视水汽汇等物理量的诊断分析发现:1980~2008年平均垂直运动场上35°N以南的东亚地区从地面到300 hPa呈现为上升运动、Q1和Q2表现为正距平;35°N以北的东亚地区从地面到300 hPa呈现为下沉运动、Q1和Q2呈现为负距平。20世纪80年代以来我国东部地区夏季降水呈现为显著的“南涝北旱”型与1980年后200 hPa风场上东亚35°N以南地区西风加强、东亚高空西风急流位置处于年代际偏南阶段密切相关。
(2)夏季东亚高空西风急流位置年代际变化的外强迫因子海温变化趋势分析发现:1951~1979年7月北太平洋中纬度(30°~45°N)地区海温为显著的正异常、赤道太平洋~印度洋地区海温为显著负异常,大气对海温的响应表现为垂直运动场上35°N以南的东亚地区从地面到300 hPa呈现为下沉运动以及Q1和Q2的负距平,表明1951~1979盛夏(7月)太平洋中纬度海温偏高、赤道太平洋~印度洋海温偏低是东亚高空西风急流位置处于年代际偏北阶段时最显著的外强迫信号;1980~2008年7月北太平洋中纬度(30°~45°N)地区海温呈现为显著负异常,热带太平洋~印度洋地区海温为正距平,大气对海温的响应表现为垂直运动场上35°N以南的东亚地区从地面到300 hPa呈现为上升运动以及Q1和Q2为显著正距平,表明200hPa高度场上东亚高空西风急流位置处于年代际偏南阶段与外强迫因子北太平洋中纬度海温偏低、热带海温偏高的年代际变化有关。
(3)1979~2008年6、7、8月东亚高空西风急流年际变化的环流特征及物理量诊断分析指出:6月东亚高空西风急流位置偏南(北)年,亚洲中高纬度呈两槽一脊(两脊一槽)型,影响我国华南地区的冷空气强度偏强(弱),初夏我国华南地区降水偏多(少);7、8月东亚高空西风急流位置偏南(偏北)年,南亚高压位置偏东(偏西),西太平洋副热带高压位置偏西(偏东),盛夏我国江淮流域降水偏多(偏少)。进一步分析发现:6月东亚高空西风急流位置偏南或偏北与亚洲中高纬地区东传的Rossby波列分布有关,7、8月东亚高空西风急流位置的异常与东亚热带地区向北传播的Rossby波列分布有关。
(4)夏季6、7、8月东亚高空西风急流异常机理分析指出:6月东亚高空西风急流位置异常与春季(3~4月)大西洋海温异常变化有关,春季北大西洋中纬度地区(40°~50°N)海温异常偏冷(偏暖),激发下游欧亚大陆地区Rossby波列发展,亚洲中高纬度易出现两槽一脊(两脊一槽)型,造成东亚高空西风急流位置偏南(偏北):7月份东亚高空西风急流位置异常与春末夏初(4~6月)西太平洋热带海温异常密切相关,4~6月西太平洋热带海温异常偏冷(偏暖)年,北传的Rossby波列在东亚中、高纬度地区上空激发出负、正(正、负)的位势高度异常,造成东亚高空西风急流位置偏南(偏北);8月东亚高空西风急流位置异常和5月热带印度洋海温异常有关,5月热带印度洋海温异常偏高(偏低)时,100°E附近越赤道气流减弱(加强),东亚热带地区东风加强(减弱),造成8月东亚热带季风环流减弱(加强),有利东亚高空西风急流位置偏南(偏北)。
(5)对1979~2008年夏季逐日东亚高空西风急流位置指数进行了去平均、线性趋势和季节循环处理,采用集成功率谱分析方法,对处理后的夏季东亚高空西风急流逐日位置指数的计算表明:夏季东亚高空西风急流位置季节内变化最显著的振荡周期为7~22天。对该周期的物理过程进行分析发现,夏季东亚高空西风急流位置指数季节内7~22天周期振荡与北极涛动(AO)强度指数变化的关系是:当夏季AO指数处于季节内振荡的偏强(偏弱)期时,夏季东亚高空急流位置处于季节内振荡的偏南(偏北)期。
(6)对2008年6月、2007年7月个例分析表明:这两个个例除了有利的大尺度背景环流条件外,急流的异常对降水的强度、分布的影响十分明显。2008年6月急流偏南是该月我国华南、华北地区降水偏多的重要原因,该月急流上扰动偏强,冷空气活跃导致一次次低槽涡活动经过我国华北、东北地区,使该地区出现接连不断的降水过程。2007年7月东亚高空急流位置偏南主要和东亚热带、副热带环流异常有关,该月南亚高压表现为偏南且异常偏东,而副热带高压异常偏西,对雨带维持在淮河流域十分有利。