近50年环贝加尔湖变暖对中国华北夏季降水的影响机理

摘要

最近50 多年全球变暖表明，陆地增温幅度大于海洋，主要的增暖中心位于亚洲北部、欧洲和北美等地区。因此，中高纬度地表气温的变暖势必通过影响大尺度季风环流，进而影响中国区域气候变化。本文利用美国国家航空航天局空间研究中心（GISS）的逐月地表气温资料、NCEP/NCAR 再分析资料、NOAA 的北半球逐月气旋活动资料及其中国 722 站逐月温度和降水观测资料，分析了1951－2007 年期间中国东部夏季降水的年代际时间变化特征，重点讨论了全球变暖背景下贝加尔湖地表气温升高对中国华北夏季降水长期变化的影响机理。结果表明：近50 年中国东部夏季降水具有显著的年际和年代际变化特征，其空间格局在年代际时间尺度上主要表现是“南旱北涝”型转换为“南涝北旱”型。但是，1996 年之后降水空间分布发生了显著的变化，表现为北方干旱区向南发展，呈现出华北和长江以南地区降水同时减少特征。研究同时也发现中国华北夏季降水变化趋势与贝加尔湖气旋活动的长期变化趋势存在显著正相关，贝加尔湖地区的气旋的活动频数和强度在上世纪70 年代末期出现了持续减少和变弱特征，特别是在1996 年后急剧减弱在时间变化上基本对应北半球大陆地表气温的进一步升高和中国华北干旱发生频率的增加阶段。全球变暖具有明显的区域性差别，研究发现北半球欧亚大陆夏季有三个趋势变暖中心：中亚大部分地区、贝加尔湖附近的西伯利亚地区及鄂霍次克海地区，它们的变暖中心的强度均达到0.5℃/decade。环贝加尔湖地表气温的变化是影响贝加尔湖气旋活动的关键因子之一。在全球变暖的背景下，近50 多年来环贝加尔湖地区作为北半球夏季地表气温显著变暖区，过去50 多年其地表气温持续升高达到3-4°C。因此，该地区北侧增温幅度大于南侧，导致在距平场上对流层中低层表现为北暖南冷，即蒙古高原地区对流层中低层的水平温度经向梯度方向由极地指向赤道。根据热成风原理，该地区地表气温持续升高导致蒙古高原地区对流层中低层水平温度经向梯度减小，使得纬向风随高度变化减小，则大气斜压率减小，导致大气稳定度增加，在对流层中低层反映为异常暖性反气旋。该异常反气旋抑制了贝加尔湖地区气旋活动，夏季风环流减弱，上述物理机制可能直接导致了中国华北夏季降水的持续减少。特别是1996 年后，贝加尔湖地区的地表气温进一步升高，伴随北半球大陆变暖范围扩大，从而导致了我国华北干旱趋于严重化。由于环贝加尔湖地区是过去50 年全球变暖的最显著地区之一，因此全球变暖主要通过关键区域的温度变化对中国的气候变化产生直接影响。