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在近130年东亚地区的气候变化中,大气环流的年际和年代际变化扮演了重要的角色,特别是夏季的东亚大气环流以其成员结构的复杂性和对该地区气候影响的显著性而受到广泛关注。本文使用了包括观测、重建和数值模拟在内的各种资料,采用了模拟与诊断相结合的技术路线,研究了1870-2000年的东亚地区夏季对流层中上层的三个高压系统(副热带高压、阻塞高压和南亚高压)的年际和年代际变率及其机制。本文的目的是加深对近百年大气环流变率及其变化机制的认识。本文得到的主要成果和结论包括以下五个方面:
1.西太平洋副热带高压1)现有的AGCM和CGCM能较好地模拟出西太平洋副热带高压的夏季平均气候态;对六、七、八月的副高脊线的北进过程也有一定的模拟能力;但不同的模式间对西太平洋副高范围和强度的模拟差异较大;CAM模式模拟的西太副高范围较大、强度较强。2)在观测资料和模式资料中定义了西太平洋副热带高压的强度指数、西界指数、北界指数。其中,强度指数具有对环副热带地区的大尺度代表性;西界指数具有对西太平洋和东亚地区的区域尺度代表性;北界指数具有对朝鲜半岛到日本列岛一带的局地尺度代表性。3)CAM模式对1880-2000年的副高指数的模拟与观测结果基本一致,抓住了观测中年际尺度和年代际尺度变化的过程。
4)观测中主要的副高周期是:4a、9a、14a、30a;模拟中主要的副高周期是:5a、10a、30a。
5)副高与我国长江流域的降水相关性很好。观测和模拟的副高强度指数、西界指数都与我国长江流域夏季降水存在显著正相关。
2.阻塞高压1)在观测资料和模式资料中定义了乌拉尔山阻高指数、北亚阻高指数。2)重建了1873-1950年的乌拉尔山阻高指数和北亚阻高指数,形成完整的1873-2002年的乌拉尔山阻高指数和北亚阻高指数序列。3)CAM模式对1873-2002年的阻高指数的模拟与观测结果大体一致,基本抓住了观测中年际尺度和年代际尺度变化的过程。4)观测中主要的阻高周期是:4a、8a、10a、16-20a;模拟中主要的阻高周期是:4a、10a、15a。阻高也是一个以年际变率为主、以年代际变率为辅的气候系统,特别是北亚阻高的年代际信号较弱。5)阻高与我国江淮流域的降水相关性较好。观测和模拟的乌拉尔山阻高指数、北亚阻高指数都与我国江淮流域的夏季降水存在显著正相关,其中北亚阻高指数的正相关更高。
3.南亚高压1)现有的AGCM和CGCM能较好地模拟出位于对流层高层的南亚高压的夏季平均气候态;对六、七、八月的南高中心位置的移动过程也有一定的模拟能力;但不同的模式对南亚高压范围和强度的模拟差异较大;CAM模式模拟的南亚高压位置正确、面积适中、强度较弱。2)在观测资料和模式资料中定义了南亚高压指数。3)CAM模式对1951-2000年的南高指数的模拟与观测结果十分一致,抓住了观测中年际尺度和年代际尺度变化的过程。4)观测中主要的南高周期是:3.5a、9a;模拟中主要的南高周期是:3-5a、7.5a、9-10a。副高也是一个以年际变率为主、以年代际变率为辅的气候系统。5)南亚高压与我国长江流域及长江以北地区的降水相关性较好。观测和模拟的南亚高压指数都与我国长江流域及长江以北地区的夏季降水存在显著正相关。
4.三个高压系统间的相互关系1)副热带高压和南亚高压在年际和年代际尺度上,都表现出明显的谐振特性。1980年以后,副高和南高都处于不断增强的年代际位相中。2)副热带高压和南亚高压之间简单的线性对应关系主要来自于两个气候系统内部的天气尺度的自然耦合关系,而不是受外强迫的共同影响。3)副热带高压和阻塞高压在年际和年代际尺度上,都没有明显的谐振特性。近130年的观测资料中副高和阻高的四种模态(强强、弱弱、强弱、弱强)各占约25%,两者相关不显著。4)副热带高压和阻塞高压的四种模态,对应着四种不同的来自于热带的扰动Rossby波的传播路径。热带高度正距平向北传播时,对应副高和阻高的“强强”模态;热带高度负距平向北偏东传播时,对应“弱弱”模态;热带高度正距平向东北传播时,对应“强弱”模态;热带高度负距平向东偏北传播时,对应“弱强”模态。
5.三个高压系统与海温的关系三个高压近130年的年代际变率都与特定地区的SST有关。副高与北印度洋到西北太平洋一带的SST显著相关,还和赤道中东太平洋和赤道大西洋SST显著相关;南亚高压与副热带高压相似,也和上述地区的SST显著相关。阻塞高压只和菲律宾海域的SST有关,且相关不大。