夏季东亚大气环流型及其对我国东部降水的影响

摘要

东亚地区是全球最典型的季风性气候区之一，其夏季降水期对应我国东部洪涝灾害多发的主要时期，也是政府和公众气候服务关注的焦点。大气环流是地面旱涝与外强迫因子之间的桥梁，外强迫因子通过大气环流间接影响地面旱涝状况，因此，本论文主要聚焦夏季东亚大气环流型，研究了东亚大气环流型对我国东部夏季降水的影响，以期为我国东部夏季旱涝预测提供参考依据。首先分析了东亚-太平洋（EAP）型年代际及年际变化对我国东部夏季降水和气温的影响，然后提出了新的东亚大气环流型，并系统分析了东亚大气环流型发生与维持对我国东部夏季总降水量及不同强度等级降水的影响。主要结论概括如下： （1）EAP型异常中心强度与位置在1984/1985年发生明显的年代际变化。在1961-1984年El Ni?o衰减较快，春季热带印度洋（TIO）海温增暖且其表面为显著异常偏南风，增强了海洋表面蒸发，使得春季TIO暖海温异常在夏季减弱；夏季，TIO海温偏暖较弱，对西北太平洋对流活动抑制作用较弱且异常下沉中心位置偏东，使得EAP型异常中心位置偏东。在1985-2013年El Ni?o衰减较慢，春季TIO增暖明显，西北太平洋为显著冷异常，热带西北太平洋至北印度洋为显著的东风异常，减弱了TIO表面蒸发，有利于夏季TIO暖海温异常发展与维持，对西北太平洋对流活动抑制作用较强且异常下沉中心较1961-1984年位置偏西，导致EAP型异常中心位置西移。 （2）夏季东亚大气环流变化主要表现为三种环流型：EAP型，贝加尔湖与鄂霍次克海偶极子（BLOS）型及中国东部与鄂霍次克海北部反位相（ECNOS）型。在EAP型正位相年，长江中下游地区降水显著偏多，我国北方地区气温偏冷，南方地区气温偏暖。在El Ni?o衰减年夏季，TIO暖海温异常激发向东传播的Kelvin波，抑制西北太平洋对流活动，从而激发EAP型。在BLOS型正位相年，长江以南地区降水偏少，东北地区气温显著偏冷。春季巴伦支海北部海冰异常激发从格陵兰海附近沿欧亚中高纬度地区向东传播波作用通量，有利于BLOS型的形成。在ECNOS型正位相年，东北地区降水显著减少，气温显著偏暖。亚洲中纬度春季融雪偏早，使得夏季土壤湿度偏干、气温偏高，而亚洲高纬度春季融雪偏晚，夏季土壤湿度偏湿、气温偏低，两者之间的热力差异有利于ECNOS型形成。 （3）夏季东亚中纬度环流型主要表现为：单极子（MOP）型、南北偶极子（NSD）型和东西偶极子（EWD）型。MOP型正位相持续日数增加使得长江中下游降水显著偏多，而在MOP型负位相发生频次高异常年，长江中下游地区降水减少尤为明显。NSD型正位相发生频次与持续日数增加使得东北地区降水显著偏多，且其发生频次高异常年，华南地区降水显著偏少；对于NSD型负位相，东北地区降水明显减少主要与该环流发生频次增加有关，而该环流型持续日数增加有利于华南地区降水偏多。EWD型正位相持续日数较长年，东北地区降水明显偏少于该环流型发生频次高异常年；EWD型负位相发生频次与持续日数增加导致东北降水偏多，且在该环流型发生频次高异常年，长江中下游地区降水显著偏少。这表明东亚中纬度不同环流型发生频次与持续日数对我国东部夏季降水的影响不同。 （4）在MOP型正位相发生日数偏多年，对流层低层气温增暖与对流层低层可降水量减少使得东北和华北小雨降水显著偏少，而长江中下游中雨和大雨降水显著偏多；MOP型负位相发生日数增加主要使得长江中下游中雨和大雨降水显著减少。在NSD型正位相发生日数偏多年，对流层低层气温偏冷且对流层低层可降水量偏多，两者共同作用有利于东北小雨降水偏多，而长江中下游中雨与大雨降水带相比于MOP型正位相较窄；NSD型负位相发生日偏多年，东北地区对流层低层气温增暖且对流层低层可降水量减少使得小雨降水偏少，并且长江中下游地区中雨和大雨降水显著偏少。EWD型正位相发生日数偏多年，东北和华北小雨和中雨降水减少与对流层低层可降水量减少密切相关，而华南地区中雨和大雨降水显著偏多；对于EWD型负位相发生日数偏多年，东北地区小雨降水偏少主要是由于对流层低层气温增暖造成的，同时华南西部至长江中下游中到大雨降水显著偏少。

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Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究进展

1.2.1 东亚-太平洋遥相关型

1.2.2 大气环流型及其与外强迫因子之间的关系

1.2.3 大气环流型发生频次与持续对降水的影响

1.2.4 大气环流型对不同等级降水的影响

1.3 本文研究问题的提出

1.4 论文内容安排

第二章 资料和方法

2.1 资料说明

2.2 方法介绍

2.2.1 经验正交函数分解方法

2.2.2 皮尔逊相关系数

2.2.3 一元回归分析

2.2.4 检验统计量

2.2.5 滤波分析方法

2.2.6 Cressman客观分析方法

2.2.7 整层水汽输送通量

第三章 东亚-太平洋遥相关型年代际变化及其机制

3.1 引言

3.2 资料和方法

3.3 东亚-太平洋遥相关型年代际变化及其对降水和气温的影响

3.3.1 东亚-太平洋遥相关型的年代际变化特征

3.3.2 东亚-太平洋遥相关型年代际变化对降水与气温的影响

3.4 东亚-太平洋遥相关型年代际变化的可能物理机制

3.4.1 东亚-太平洋遥相关型与海温关系的年代际变化

3.4.2 影响东亚-太平洋遥相关型关键区海温的年代际变化

3.4.3 东亚-太平洋遥相关型年代际变化的形成机制

3.5 本章小结

第四章 东亚大气环流型及其对降水与气温的影响

4.1 引言

4.2 资料和方法

4.3 夏季东亚主要大气环流型

4.4 东亚大气环流型对降水和气温的影响

4.5 东亚大气环流型与外强迫的关系

4.5.1 东亚-太平洋遥相关型与海温的关系

4.5.2 贝加尔湖-鄂霍次克海型与海冰及海温的关系

4.5.3 中国东部-鄂霍次克海北部型与春季积雪的关系

4.6 本章小结

第五章 东亚中纬度环流型发生频次与持续对降水的影响

5.1 引言

5.2 资料和方法

5.3 东亚中纬度大气环流型及其特征

5.4 大气环流型发生频次和持续日数对降水的影响

5.4.1 东亚中纬度单极子型环流

5.4.2 东亚中纬度南北偶极子型环流

5.4.3 东亚中纬度东西偶极子型环流

5.5 本章小结

第六章 东亚中纬度环流型对不同强度等级降水的影响

6.1 引言

6.2 资料和方法

6.3 大气环流型对小雨、中雨和大雨的影响

6.4 大气环流型对不同强度等级降水影响的可能机制

6.4.1 大气环流型发生日数对小、中雨降水的影响

6.4.2 大气环流型发生日数对相对湿度的影响

6.4.3 大气环流型发生日数对大雨降水的影响

6.5 本章小结

第七章 全文总结、讨论与展望

7.1 全文总结

7.2 本文特色与创新

7.3 讨论与展望

参考文献

附录：英文名称缩写列表

在学期间的研究成果

致谢