我国极端降水的气候特征及其与大气环流的关系

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本文使用我国542站1960-2003年的日降水资料重新定义了极端降水事件以及大雨、中雨和小雨事件,分析了我国各类降水事件的变化趋势,讨论了极端降水事件的区域性和持续性气候特征。运用美陶NCEP/NCAR再分析资料中1960-2003年月平均高度场资料、海平面气压场、温度场以及风场资料(网格距为2.5°×2.5°),对华北地区极端降水异常对应的大气环流特征进行研究,并对比分析了大气环流对江淮、华南地区极端降水影响的异同。运用RegCM3区域气候模式模拟了高纬和低纬地区高低层热力异常对江淮地区极端降水的影响。得到以下几个主要结论:   我国各类降水的变化趋势   年降水距平百分率全国平均的变化趋势为0.52%/10a,年降水总日数全国平均的变化趋势为-3.896d/10a,而年降水强度全国平均的变化趋势为0.245mm/10a。因此可以看出,虽然降水总日数显著减少,但由于降水强度显著增加,降水总量依然呈现出增加的趋势。   由各降水变量出现增加趋势站点的比例和它们全国平均的变化趋势可知,降水总量的增加主要是由极端降水量的增加引起,降水日数的减少主要是由小雨日数的减少造成。在降水日数呈现出大范围减少趋势的同时,有很多地区的极端降水事件仍为增加趋势,说明降水总日数的减少并不减小发生极端事件的可能性。各种类型降水日数趋势变化最明显的是小雨日数,四季的小雨趋势以减少为主。四季西部地区的极端事件基本均呈现出显著的增加趋势;江淮华南地区的减少趋势主要出现在秋季,其它三季以增加趋势为主;华北、东北地区在冬季基本均为增加趋势,其它季节增减参半。极端降水量与总降水量的比值表现为全国普遍增加的趋势,说明我国四季降水量均有向极端化方向发展的趋势。   我国极端降水事件的区域性和持续性特征   我国主要降水区的极端降水或强降水事件的区域性和持续性有很大的差异。滇西藏东一带极端降水的持续性较好,但该地区极端降水的区域性较差;长江以南地区夏季极端降水的区域性与持续性均较好,容易导致区域性洪涝灾害的发生;东南沿海冬季极端降水的区域性与持续性均较好,易形成成片且持续时间在三天或以上的极端(较强)降水事件;黄河中下游秋季极端降水的区域性与持续性均较好,该地区秋季发生洪涝的可能性较大;除新疆以外,东北、华北以及西北等大部分北方地区极端降水的持续性以及区域性均较差。   我国华北以及江淮华南地区极端降水与大气环流的关系   华北极端降水偏多时,海平面气压场上西西伯利亚高压偏强,东亚大陆低压偏强,赤道辐合带偏强,NAO、SO均偏强;500hPa高度场上欧洲、乌拉尔山、中亚呈现出正的EU遥相关,经向环流发展,另外,副高偏北偏西,孟加拉湾低槽加深,使得冷暖气流南北交换加强;100hPa高度场上南亚高压偏北,华北至朝鲜半岛附近的高脊以及西西伯利亚低槽偏强。华北地区极端降水偏多年高低层涡度散度的配置为:低层正涡度以及辐合较常年偏强,而高层负涡度以及辐散也偏强,这样的异常形式使得华北地区上空低层冷暖气流南北交汇,气流辐合上升加强,高层伴有较强气流辐散,从而对流旺盛,导致华北地区极端降水总量偏多。   通过分析华南极端降水异常与南半球大气环流的关系,发现了RN现象,即南极罗斯海地区与新西兰地区海平面气压(或位势高度)标准化距平反向变化的现象,并将这两个地区海平面气压(或位势高度)标准化距平的差值定义为RN指数,分析发现RN具有准正压的结构,且华南极端降水偏多与RN正模态相联系。前期5月RNI与华南极端降水的正相关能通过99%的信度检验,这种正相关形势从前期持续到同期,且从低层到高层均存在,另外,前期海平面气压场以及对流层中低层高度场上的RN与影响华南极端降水的东亚夏季风也有密切联系,RNI与6月EASMI的相关系数也都能通过95%的信度检验。因此,前期RN可以作为华南极端降水的一个影响和预测因子。分析南半球环流异常对华南极端降水的可能影响机制时发现,其影响可能是通过经向遥相关来实现的。   南极涛动对江淮流域极端降水有显著影响,其可能的机制就是从南半球高纬到北半球东亚沿岸经向分布的正压遥相关。因此,我们知道这种南半球中高纬度间的环流异常可能均是通过经向遥相关来影响华南和江淮地区极端降水。不同的是,南半球中高纬气压梯度增大易导致江淮地区极端降水增多,而中高纬气压梯度减小易导致华南地区极端降水增多。   通过分析江淮、华南地区极端降水与温度场的关系发现,在中纬度地区对流层温度偏低,平流层温度偏高时,江淮、华南地区易出现极端降水偏多。另外,在对流层以及平流层中低层,中低纬问水平温度梯度增加,中高纬问水平温度梯度减小时,江淮地区极端降水也易偏多,而华南地区极端降水异常时这一特征不明显。使用区域气候模式模拟发现,高低层温度异常的反向变化,会引起大气环流发生改变,从而使得我国江淮华南地区(极端)降水发生改变。且高纬度地区的温度变化对江淮北部以及华南地区降水影响较大,而低纬度地区的温度变化对江淮南部降水的影响更明显。
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