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本文从青藏高原地表加热异常出发,研究了青藏高原热力作用对南海夏季风和中国区域降水的影响。利用NCEP/NCAR再分析资料深入分析了青藏高原加热参数的季节、年际和年代际变化特征。并从其演变规律出发,通过大气热力学方程的诊断和青藏高原加热异常的数值模拟深入讨论了青藏高原热力异常的气候效应。主要结论如下:
1、青藏高原地表感热异常的气候学特征地表感热的空间非均匀和季节变化主要受太阳辐射和地形的影响。夏季青藏高原为主要的地表热源,地表感热的经向和纬向热力差异反映了大尺度海陆以及中低纬大陆间的热力变化,是决定季风形成的主要原因,地表潜热只是季风爆发的一个伴随现象。
邻近的中南半岛和印度半岛仅对季风区上空大气有区域性预热作用。一旦这种预热性减弱,更大尺度的高原加热增强使中低纬表面热力对比发生逆转,促发整个大气环流的季节调整。地表感热异常具有明显的区域性,高原西部、高原东部和北非地区为感热异常关键区,主要为20a左右的长周期。在年代际尺度上,高原西部感热的变化与高原东部和北非的变化相反,其原因可能和下垫面本身的热力状况有关。
2、青藏高原热力作用对南海夏季风爆发的影响南海夏季风爆发的时间有明显的年际变化,它与对流层高层的经向和纬向温度梯度的反转时间基本一致,温度梯度的变化略超前于高低层风场的变化。用热力学方程诊断发现对流层中高层的温度变化在高原附近最为明显。季风爆发早年,5月高原对流层中高层大气异常增暖,位势高度增加,邻近海洋上空的温度和位势高度降低,造成经向和纬向海陆热力差异增大,高层偏东风和低层西南季风爆发提前。
极早年和极晚年的海洋和陆地的累积温度和气压距平变化有很大差异,在海陆热力差异中,起主要作用的是陆地的加热异常。季风爆发早年陆地从4月初有温度(气压)的正(负)异常,在晚年有负(正)异常。
青藏高原关键区的感热与南海夏季风强度有显著相关。高原西部感热强东部感热弱,南海夏季风强,反之亦然。在强夏季风年,高原西部地区感热强,垂直上升运动增强;高原东部地区感热弱,垂直上升运动减弱,弱年相反。SVD分析发现高原热力异常对海温异常有预示性。前一年春、夏季高原东西部热力差异与春季的西北太平洋海温异常有显著正相关,而与秋季的印度洋海温异常有显著负相关。西北太平洋最大的正相关区与青藏高原基本处于同一个纬度带,而赤道中印度洋的最大负相关区与青藏高原处于同一个经度带。
3、青藏高原冬、春积雪异常对中国区域气候的影响青藏高原冬、春积雪深度具有明显的年代际变化。由于高原积雪增多,高原地区升温减慢,幅度减小,海陆温差转换推迟,强度变弱,造成南海夏季风爆发晚且强度弱,这种变化主要是由大陆地区的热力性质异常造成,海洋的贡献不大。青藏高原积雪异常对中国夏季风气候的影响很显著。积雪的增加会明显减弱亚洲夏季风的强度,使夏季孟加拉湾及华南的降水减少,而使江淮流域的降水增多。
4、青藏高原春季地表热力异常对中国降水的影响3月高原东部关键区地表温度(80-100°E,30-40°N)与华南前汛期降水有显著负相关,相关系数达-0.45。青藏高原热力异常使高原东侧中国大陆地区对流层低层维持异常经向风和太平洋热带地区出现异常反气旋环流差异,造成华南地区低层辐合增强,高层辐散增强,有利于华南地区降水。
通过敏感试验发现青藏高原加热是北半球大气运动的重要外源强迫,高原加热异常导致了高原及其周边地区低层大气的辐合异常,进而影响高原地区大气下层低压系统和上升运动异常;直接导致大气高层的辐合辐散环流异常。高原加热减弱可使南亚高压强度减弱,导致亚洲中、低纬度温度差异增大,影响亚洲夏季风环流系统和中国地区的降水异常。