冬季北半球大气活动中心异常规律和遥联成因研究

摘要

大气活动中心(ACA)是月平均海平面气压(SLP)场中全年或季节地出现在特定地理区域的巨大高压、低压系统，ACA的季节变化决定区域气候的季节变化，它们的异常及遥联与大气环流和区域气候异常关系密切，故它们也是大气环流异常与短期气候预测的重要研究对象。本文用Hadley研究中心160年(1850~2009年)月平均SLP场资料，确定了北半球ACA成员及性质。对冬季北半球的5个ACA，定义了物理意义清晰的环流指数（面积S、强度P、中心位置λc、φc），并完成了它们的计算，初步分析了它们的气候及异常特征。在此基础上，研究了ACA的气候效应，ACA的遥联，ACA异常及遥联与大气热机热源热汇异常的关系，取得了对冬季北半球ACA的较系统和较深入的认识。论文的主要结论是：　　1)用可靠资料论证了北半球存在6个ACA，它们是北大西洋上的冰岛低压(LI)、北大西洋高压(HA)，北太平洋上的阿留申低压(LA)、北太平洋高压(HP)和亚洲大陆上的蒙古高亚(HM)、印度低压(LIN)。其中，冬半年位于高纬的LI、HM、IA和夏半年位于低纬的LIN是半永久性ACA;全年位于低纬大洋上的HA和HP是永久性ACA，或准永久性ACA（冬季弱）。　　2)按统一的定义和计算方法、用可靠的资料算出了1850~2009年冬季北半球5个ACA(LI、HA、HM、IA、HP)的季、月环流指数(S、P、λc、φc)160年序列。用它们中具有独立性的三个环流指数(P、λc、φc)定量地分析了ACA的气候及异常特征，论证了其自身的合理性，从而为大气环流异常及短期气候预测研究，提供了一套有应用价值的环流指数。　　3)冬季北半球ACA均对所在地及周边一定区域的气候及异常有显著的、符合天气动力学意义的影响。其中，海洋上ACA对气候的影响范围远大于陆上ACA，ACA强度异常对气候的影响大于位置异常的影响，ACA异常对气温的影响大于对降水的影响。北大西洋上的LI、HA对气候异常的影响在分布区域及影响性质两方面均十分相似，而北太平洋上的LA、HP对气候异常影响的性质则近于相反。影响中国冬季气候及异常的ACA主要是HM，HM强年，全国（除西南地区外）冬季气温偏低、四川和华北局部地区降水偏多；其次是位于上游的LI、HA的影响，LI、HA强年，我国‘三北’部分地区气温偏高；IA、HP对中国气候异常的影响相对弱。　　4)北半球冬季5个ACA间存在3对强显著遥联：LI~HA、LI~HM和IA~HP。LI~HA即北大西洋涛动(NAO)，Li~HM和LA~HP则是相邻高压、低压强度负相关、气压正相关的新型遥联。冬季北太平洋上国际日更线附近的一对南北遥联，因其南方无高压环流实体支持，本质上是‘遥相关型’、而非‘涛动’，应当称为北太平洋遥相关型(NP)。冬季北半球ACA的遥联可区分为两个相对独立的遥联系统：北大西洋／欧亚大陆遥联系统由LI~HA、LI~HM共同构成，北太平洋遥联系统仅由IA~HP构成。我国位于北大西洋／欧亚大陆遥联系统东部，冬季大气环流及气候异常主要受它的影响。　　5)ACA异常及遥联与海洋外强迫的关系如下：高纬海冰异常主要影响北大西洋／欧亚大陆遥联系统，海冰偏多（极涡偏强）年，HM减弱、LI加强、位置偏南，北大西洋涛动加强；北太平洋上的IA、HP无明显异常。低纬海洋海表温度(SST)异常主要影响北太平洋遥联系统，热带中东太平洋SST异常偏高(EINi(n)o事件发生)年，LA加强、HP主体所在区域Hadley环流下沉支偏弱，HP减弱。　　6)CCSM4模式大气、海洋中ACA遥联与同期实际大气遥联接近；但在海洋对冬季北半球ACA遥联及其外强迫模拟中，高纬海冰与同期PV、ACA的相关不显著，热带SST对北大西洋LI、HA的显著强迫与实际不符。

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