欧亚陆面热力异常与冬季中高纬环流异常的联系及其影响机理研究

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为了探讨全球变暖背景下,陆面非均匀增温对冬季中高纬环流的影响,本文利用欧洲中心ERA-40月平均再分析资料,分析了1958-2001年44年冬季欧亚中高纬陆面热力异常的变化特征,并重点讨论了冬季陆面热力异常与同期中高纬环流之间的联系及其可能影响机制,以及前期秋季陆面热力异常对冬季环流异常的影响。结果表明:(1)欧亚中高纬大陆表层土壤温度的年际变率由低纬向高纬增加,气温年际变率最大的地区位于欧亚大陆北部,而大陆南部的年际变率相对较小。冬季年际变率最大的地区与其他季节相比纬度偏低,范围偏大。从时空分布来看四个季节EOF第一模态在欧亚中高纬地区基本为一致增温或者降温,温度的变化幅度基本为从南向北增加。1980年代开始EOF第一模态时间系数为正位相,表明这几十年欧亚中高纬地区陆面热力状况为正异常,陆面温度升高趋势明显。从长期趋势来看,冬季和春季欧亚中高纬大陆的表层土壤温度增暖趋势明显,增温幅度比夏季和秋季大,增温幅度较大的区域集中在欧亚大陆的最北部地区和贝加尔湖附近,最大超过了1.0℃/a,大陆北部的增温幅度大于大陆南部。因此,陆面热力状况的变化在南北方向上是不均匀的,导致了欧亚中高纬陆面经向温度梯度的异常。(2)贝加尔湖以南的蒙古高原及附近地区的陆面经向温度梯度与中高纬纬向环流异常有显著的正相关关系。欧亚中高纬地区表层土壤温度经向梯度的增大(减小)造成地表气温及中低层大气经向温度梯度的增大(减小)。根据热成风原理,大气低层由于强(弱)的经向温度梯度,增强(减弱)了大气的斜压不稳定,对流层低层温度水平的经向度增大(减小),纬向风垂直切变增大(减小),最终导致纬向风的增强(减弱)。造成这种陆面经向温度梯度变化的原因,可能与近年来陆面增暖的非均匀性有关;欧亚中高纬地区较高纬度陆面温度增幅大于较低纬度地区,导致陆面经向温度梯度减小,可能是中高纬纬向环流减弱的一个重要原因。(3)秋季欧亚中高纬土壤热力异常,由于积雪冷却效应的正反馈作用使土壤温度信号得以放大和维持,一直延续到冬季,造成了冬季中高纬热力异常。冬季中高纬陆面热力异常,加大东亚区域经向热力梯度,陆面热力梯度增大导致西风环流增强。增强的西风环流,阻滞冷空气南下,导致东亚南部偏暖,进一步增大南北热力梯度,形成反馈机制,可能是秋季热力异常影响冬季环流的重要途径。
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