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热带不同海域海温异常对东亚夏季大气环流与降水的影响

作　者: 范磊
导　师: 刘秦玉
学　校: 中国海洋大学
专　业: 气象学
关键词: 东亚夏季风西北太平洋反气旋异常 GEFA LIM 敏感度
分类号: P731.11
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文运用广义平衡反馈方法(GEFA)和线性转置模型(LIM)两种不同的动力统计方法，并结合大气环流模式试验，研究了热带不同海域海温异常（SSTA）对东亚夏季低空大气环流与降水的影响。文中首先对GEFA和LIM方法在实际应用中存在的问题进行了详尽地分析，提出了降低GEFA样本误差的途径，并将两种方法应用到不同海域SSTA的主要模态对各季节大气影响（季节性反馈系数）的估算中，对两个方法得到的结果进行了比较验证。随后，利用这两种方法并结合数值模式，研究了不同海区SSTA对夏季低空环流的主模态—西北太平洋异常反气旋（WPAC）的相对重要性，确定了在各季节影响WPAC异常的关键海区；探讨了夏季江淮降水对热带各海域SSTA的敏感性。本文研究加深了我们对海温异常影响东亚夏季风环流和降水的认识，为东亚夏季风气候的预测增添了新的依据，取得以下创新性成果：（1）采用一组理想模式实验验证了当把GEFA应用到SST的E．O．F．空．间．中（估算大气对SST各EOF模态的响应）时，其估算具有精确性、健壮性和较少依赖于EOF截断数三个优点，可以有效改善以往GEFA在SST的物理空间中应用时较大的样本误差问题。（2）揭示了GEFA和LIM方法在估算大气对海洋季节性响应应用中的特征，利用理想模式和观测资料分别验证了，两者都可以成功提取大气对海洋响应的季．节．性．特征（季节性反馈系数），而且所估算出的反馈系数在两个方法中呈现了一致的季节变化，其样本误差都远小于反馈系数季节循环的振幅。 LIM在估算季．节．性．反馈系数中的成功应用归因于季节性反馈系数的循环周期（1年）远大于大气对海洋的调整时间。在应用观测资料估算大气对海洋的季节性响应时可采用这两个相互独立的方法进行交叉验证。（3）WPAC异常在冬、春、夏不同季节存在不同的关键海区。对冬季和春季WPAC影响最重要的海区分别为WPAC所在海域（热带西北太平洋）SST负异常和热带印度洋SST正异常。到了夏季，热带西北太平洋地区海气相互作用以大气影响海洋为主，局地温对WPAC的作用不再显著，WPAC主要受到来自非局地海温的影响：赤道中太平洋（Nino4区）海温负异常对WPAC的影响最为重要，其次是热带印度洋SST正异常，者在西太所产生的低空大气环流异常的形态不同但都为反气旋异常。Nino4区SST负异影响WPAC异常符合热带大气对热源的响应机制。前人主要将夏季的WPAC异常归结于El Nino衰减期间热带印度洋增暖的效应；本结果表明，El Nino衰减年的夏季不一定出现WPAC异常，还需要考察El Nino衰减年夏季海温的具体分布尤其赤道中太平洋SST的异常状况。东亚夏季低空环流主模态所呈现的WPAC异常其实是由热带印度洋暖异常和热带中太平洋冷异常所引起的两种异常反气旋的共同作用，前者与El Nino的衰退有联系，后者与La Nina的发展有关。（4）采用CCM3和ECHAM5两个大气环流模式敏感性试验，得到了夏季江淮流域（YHRV）降水对热带SST的敏感度分布；两模式结果一致表明：暖的北印度洋和南海-西太平洋海温会引起印度西南季风的加强，增加来自印度洋的水汽输送，同时在西太平地区呈现反气旋异常，加强了东亚夏季风，增加了来自西太平洋的水汽输送，最有利于YHRV降水的正异常。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-25
  1.1 选题的目的与意义  10
  1.2 亚洲季风简介  10-13
  1.3 热带各海区对东亚夏季风年际变率的影响研究现状  13-17
    1.3.1 ENSO 的影响  13-15
    1.3.2 印度洋的影响  15-16
    1.3.3 西太平洋的影响  16-17
  1.4 科学问题的提出  17-19
  1.5 海洋对大气反馈作用的研究方法回顾  19-21
  1.6 本文主要研究内容  21-22
  附录 ANOVA方法简介  22-25
第二章 GEFA和 LIM在估算大气对海洋季节性响应中的应用  25-61
  2.1 引言  25-26
  2.2 GEFA 方法在 SST 的 EOF 空间中的应用与验证  26-35
    2.2.1 GEFA 的样本误差问题  26-29
    2.2.2 GEFA 在 SST 的 EOF 空间中的应用  29-31
    2.2.3 理想模式中的验证  31-35
  2.3 GEFA 与 LIM 在估算不同季节大气对海洋响应中的对比研究  35-50
    2.3.1 LIM 简介  35-37
    2.3.2 GEFA 和 LIM 在估算季节性反馈系数中的应用  37-38
    2.3.3 理想模式中的研究  38-44
    2.3.4 观测资料中的研究  44-50
  2.4 与基于 AGCM 的 SST 小块实验方法的比较  50-55
  2.5 本章小结  55-56
  附录 τ的选取对 GEFA 和 LIM 估算的影响  56-61
第三章热带太平洋和印度洋海温异常对东亚夏季风环流的影响  61-82
  3.1 引言  61
  3.2 观测中亚洲夏季低空环流对各主要海温模态的响应  61-64
  3.3 不同热带海域海温异常对西北太平洋反气旋的相对重要性  64-78
    3.3.1 夏季西北太平洋反气旋对热带 SST 异常的敏感度分布  64-69
    3.3.2 各关键海区对西北太平洋反气旋在不同季节的影响  69-73
    3.3.3 观测中大气对中太平洋冷 SST 异常的响应  73-75
    3.3.4 WPAC 与 ENSO 的联系  75-78
  3.4 小结  78-80
  附录  80-82
第四章夏季江淮降水对热带海温异常的敏感度  82-92
  4.1 引言  82-84
  4.2 江淮降水对热带海区 SST 异常的敏感度  84-89
    4.2.1 CCM3 和 ECHAM5 模式对亚洲季风环流与降水的模拟能力  84-86
    4.2.2 江淮降水对热带海区 SST 异常的敏感度  86-89
  4.3 “最佳海温模态”影响江淮降水的物理机制  89-91
  4.4 小结与讨论  91-92
第五章总结与讨论  92-97
  5.1 全文总结  92-94
  5.2 本文主要创新点  94-95
  5.3 存在的问题以及展望  95-97
参考文献  97-103
个人简历  103
发表的学术论文  103-104
致谢  104-105

热带不同海域海温异常对东亚夏季大气环流与降水的影响

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