中国西南秋季降水变化及其机理研究

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21世纪以来,我国西南地区频繁发生干旱,对经济、社会产生了严重影响,其中秋季干旱加重的趋势更为明显。降水不足是导致干旱的主因之一。西南地区地理位置特殊,其降水受到青藏高原和热带海洋影响,时空变化复杂。本文使用站点观测、再分析资料以及大气环流模式,运用统计分析、动力诊断和数值模拟方法,对西南秋季降水年际和趋势时间尺度的变化特征及机理进行研究,得到以下结果:  (1)按照秋季降水年际变化的一致性,西南地区应分为东、西两部分,分界线位于105°E附近、1500米等高线的位置。西南东部和西部降水年际变化的显著周期、旱涝异常年份及相关的大气环流异常有明显差异。西南东部降水主要与热带地区的环流及海温异常有关,而西南西部降水与中高纬地区的环流异常关系显著,与热带海温的关联较弱。  (2)影响西南东部秋季降水年际变化的热带海温关键区包括印度洋偶极子和赤道中太平洋。印度洋偶极子正位相时,一方面,赤道东印度洋—印尼区域的冷海温异常会在大气中引起Rossby波响应,在对流层低层激发孟加拉湾至中南半岛的反气旋环流异常,在青藏高原东南部受地形阻挡而绕流,发生气旋性弯曲,西风气流转为西南气流,导致向西南东部地区的水汽输送增加,使得该地区降水偏多;另一方面,热带印度洋海温的东西梯度异常导致其上空的大气纬圈环流出现异常,下沉支位于印尼群岛上空,该下沉支造成经圈哈德莱环流减弱,我国西南至华南地区出现补偿上升运动,有利于该地区降水增加。印度洋偶极子负位相时情况与之相反,西南东部降水偏少。赤道中太平洋为冷异常时,在对流层低层激发出西北太平洋的反气旋环流异常,并随高度向西倾斜,造成西南东部地区的偏南水汽输送加强,使得西南东部降水偏多。秋季赤道东太平洋海温与西南东部降水也存在正相关,这种正相关依赖于东太平洋海温跟印度洋偶极子的正相关关系,一般强度的东太平洋海温异常与西南东部降水的关系不显著。数值模拟验证了影响西南东部秋季降水年际变化的环流异常主要由热带印度洋和中太平洋海温异常造成。  (3)西南西部秋季降水的年际变化及影响因子存在季节内差异,11月西南西部降水与斯堪的纳维亚遥相关(SCA)存在显著负相关关系,且具有非对称性。SCA正位相时,西南西部降水偏少,与该地区的异常下沉运动有关;该异常下沉运动主要是由冷平流异常维持,且主要是气候态风场对异常温度场的平流造成。SCA正位相时,与环流异常相应的温度异常场在西南西部地区的东侧为暖异常,而其西侧的印度半岛北部及伊朗高原地区为冷异常,在平均西风作用下,西南西部有冷平流异常,维持局地的异常下沉运动,使西南西部降水偏少。11月SCA负位相时,由于Rossby波向下游的传播路径不同,导致西南西部局地环流差异,西南西部降水有偏多和偏少两种可能。一种情况是东北大西洋的大气扰源激发的Rossby波,经斯堪的纳维亚半岛向低纬度传播,产生孟加拉湾气旋式环流异常,西南西部位于气旋的东北侧,受南风异常影响,该南风异常一方面对气候态北冷南暖的温度场进行平流,使得该地区出现暖平流异常,维持上升运动,另一方面加强了气候态的水汽输送,从而导致西南西部降水偏多。另一种情况是北大西洋中部的大气扰源激发Rossby波向低纬度传播,造成孟加拉湾北部反气旋式环流异常、我国华南气旋式环流异常,西南西部位于二者之间,受北风异常影响,削弱了气候态的水汽输送,导致西南西部降水偏少。  (4)20世纪初至今,西南地区秋季降水为减少趋势,在近30年减少速度加快,同时青藏高原中东部秋季感热也有显著减少趋势。秋季青藏高原感热减弱与西南地区降水减少存在耦合关系。这一耦合模态与西南地区的西南风减弱、孟加拉湾槽和西太副高减弱有关。数值试验结果表明,秋季青藏高原感热减弱会在近地层产生反气旋环流异常,导致西南上空的东北风异常及孟加拉湾槽减弱,使西南地区的水汽输入和降水减少。
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