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热带印太海盆海表温度变率与东亚夏季气候异常

作　者: 汪卫平
导　师: 杨修群
学　校: 南京大学
专　业: 气象学
关键词: 海表温度异常年际变化东亚夏季风越赤道气流
分类号: P731.11
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

热带印太海盆热力异常是影响东亚季风气候尤其是我国气候异常的重要因子之一。本文围绕热带印太海盆海表温度变率主要模态及其与东亚夏季风气候异常关系开展了系统的观测分析和数值试验研究。利用滑动EOF分解分析了海表温度年际异常主要模态的年代际变化特征；利用季节联合EOF (SEOF)分解揭示了热带太平洋海表温度异常的主要季节演变模态及与其相关的大气环流异常。利用合成分析,揭示了在热带印太海盆海温异常影响下的越赤道气流变异及其影响规律；利用大气环流模式的数值试验模拟分析揭示了热带印度洋在ENSO影响东亚夏季气候异常中的作用。得到主要结果如下：(1)热带印太海盆海表温度年际异常主要模态的年代际变化利用常规EOF分析表明：在年际时间尺度上,热带印度洋海温异常表现为冬、春、夏季节的全海盆一致变化(1OB),秋季的偶极型变化(IOD)；热带太平洋海温异常表现为东太平洋的ENSO (EP ENSO)模态和所谓的“中太平洋ENSO"(CP ENSO)模态。其中,东太平洋ENSO与印度洋海表温度异常联系较为密切,热带印度洋增暖比热带中东太平洋增暖滞后3-6个月,秋季ENSO增强时,热带印度洋海表温度异常为偶极型,而冬季ENSO成熟后,热带印度洋海表温度异常呈全海盆一致型,并持续到ENSO次年春季；热带印度洋增暖激发出热带西北太平洋上的反气旋异常,其在赤道附近的东风异常促使了热带中东太平洋暖海温的减弱消失,同时,该反气旋异常导致东亚夏季风增强。相比而言,“中太平洋ENSO"与印度洋关系很弱。利用滑动EOF分析表明：热带印太海盆海表温度年际异常的主要模态存在一些年代际变化特征。(2)热带太平洋海表温度异常的主要季节演变主模态及其影响鉴于传统EOF分解季节演变模态的不足,本文对热带太平洋海温异常进行季节联合EOF (SEOF)分解,揭示了热带太平洋海温异常主要存在三个代表性季节演变模态：具有3-5年周期的传统ENSO模态、趋势性变化模态以及具有11年周期的热带太平洋经向模态(TPMM)。ENSO模态与全球海温及大气异常具有明显的遥相关,尤其是热带印度洋海温异常对ENSO有明显的滞后关系。热带太平洋海温异常的趋势性变化模态,表明了赤道东太平洋海表持续性变冷,而热带西太平洋及赤道两侧则表现为持续性变暖。热带太平洋经向模态既具有赤道和赤道外的经向变化特征(即赤道北侧ITCZ区域与冷舌区域海温异常反位相变化),又具有沿赤道的纬向变化特征(即赤道中太平洋和冷舌区域的海温异常反位相变化),但经向变化是主要的。该模态是一种年代时间尺度模态(decadal mode),与热带大西洋海温异常经向模态时间尺度类似。以往研究提出的中太平洋ENSO事实上是TPMM的纬向分量。热带太平洋海温异常三种代表性季节演变模态对东亚夏季风气候异常的影响显著不同：典型的ENSO暖事件导致当年和次年东亚夏季风减弱；以赤道东太平洋趋势性变冷、热带西太平洋趋势性变暖的趋势性变化模态也对应东亚夏季风趋势性减弱：而热带太平洋经向模发展成熟过程中东亚夏季风变化不明显,但在其暖位相(即冷舌区变暖、赤道以北ITCZ区变暖)消亡阶段和消亡之后东亚夏季风显著增强。(3)热带印太海盆海温异常影响下的越赤道气流变异及其影响通过观测分析表明：在年际时间尺度上,索马里急流与东部澳洲越赤道气流变异位呈弱的反相变化关系。这是由于索马里急流与东部澳洲越赤道气流年际变异的关系存在反位相和同位相变化的两类配置关系,且反位相变化为主,同位相变化为辅。这两类越赤道气流异常配置对应着明显不同的海表温度异常型以及不同的气候影响。索马里急流与东部澳洲越赤道气流年际变异反位相出现在ENSO发展年夏季,对应着典型的东太平洋ENSO模态,而同位相则对应着同期赤道中太平洋附近的海表温度异常,即对应所谓中太平洋ENSO型。这两种类型的越赤道气流年际异常配置对东亚夏季风和我国降水异常的影响也显著不同。当东部澳洲越赤道气流偏强,并与索马里急流异常反位相变化时,对应于东太平洋El Nino型,此时,东亚夏季风减弱,我国南方降水偏多,北方降水少；而当东部澳洲越赤道气流偏强,并与索马里急流异常同位相增强时,对应赤道中太平洋变暖,东亚夏季风增强,华北地区降水增多,中部降水减少,而华南沿海降水增多。(4)热带印度洋ENSO影响东亚夏季气候异常中的作用热带印太海盆海温异常具有跨海盆的时间滞后关系,热带太平洋ENSO暖事件的发展往往伴随着热带印度洋的3-6个月的滞后增暖。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析了ENSO发展不同阶段大气环流异常的季节演变特征,在此基础上利用大气环流模式的长期数值试验模拟了热带印太海盆海温异常强迫的大气环流异常,再现了观测分析揭示的ENSO导致的大气环流及东亚季风环流的异常特征,通过设计不同区域的海温异常强迫试验,揭示了热带印度洋在ENSO影响东亚大气环流中的作用。结果表明：(1)伴随着ENSO暖事件(El Nino)的发展,当年夏季南海-菲律宾附近出现气旋式环流异常,导致东亚夏季风减弱,这主要是热带太平洋El Nino型海温异常强迫所致；(2)随着El Nino事件的发展成熟,赤道印度洋出现东风异常并东移到赤道西太平洋,其北侧的反气旋异常在秋季南海-菲律宾附近区域出现,经冬季和次年春季的增强,一直可以维持到次年的夏季；(3)南海-菲律宾附近区域的异常反气旋环流导致其北侧西南风增强,在冬春季有利于我国南方降水增多,而在夏季有利于我国南方夏季风增强,但北方夏季风减弱,从而有利于我国夏季长江流域降水增多；(4)伴随ENSO发展出现的从当年秋季出现、经冬季和次年春季增强、一直可以维持到此年夏季的南海-菲律宾附近区域的异常反气旋环流是热带印度洋增暖导致的,而热带印度洋增暖是滞后热带太平洋El Nino的。因此,热带印度洋在ENSO影响东亚夏季风气候异常中起着一个延迟和放大的效应,并且热带东太平洋与热带印度洋海温同号异常对南海菲律宾附近大气异常的影响是相反的。

全文目录

目录  4-7
中文摘要  7-10
英文摘要  10-13
第一章绪论  13-36
  1.1 引言  13-14
  1.2 季风的特点和影响  14-18
    1.2.1 季风的概念  14-15
    1.2.2 季风的成因及海温的影响  15-17
    1.2.3 东亚季风的变化  17-18
  1.3 热带太平洋海温异常及其影响  18-26
    1.3.1 热带太平洋海温的平均状况及年际变化  18-20
    1.3.2 ENSO  20-24
    1.3.3 中太平洋ENSO  24-26
  1.4 热带印度洋海温异常及其影响  26-30
    1.4.1 热带印度洋海温的平均状况及年际变化  26-27
    1.4.2 IOB和IOD  27-29
    1.4.3 热带印度洋海温变化对东亚及我国气候的影响  29-30
  1.5 热带印度洋海温变化与ENSO的联系  30-32
  1.6 本论文主要研究内容  32-34
  1.7 论文的章节安排  34-36
第二章热带印太海盆不同季节海温年际异常型及其年代际变化  36-59
  2.1 引言  36
  2.2 资料和分析方法  36-37
  2.3 海温与大气气候平均态分布  37-41
    2.3.1 海温的四季气候平均态分布  37-38
    2.3.2 925hPa风的四季气候平均态分布  38-39
    2.3.3 降水的四季气候平均态分布  39-41
  2.4 不同季节不同海盆海温的年际变化模态  41-57
    2.4.1 热带印度洋海温异常的年际变化特征  41-47
    2.4.2 热带太平洋海温异常的年际变化特征  47-53
    2.4.3 热带印太海盆海温异常的年际变化特征  53-57
  2.5 本章小结  57-59
第三章热带太平洋海温异常的主要季节演变模态及气候影响  59-82
  3.1 引言  59-60
  3.2 资料和分析方法  60
  3.3 热带太平洋海温异常的三种季节演变型  60-64
    3.3.1 第一SEOF模态  60-61
    3.3.2 第二SEOF模态  61-62
    3.3.3 第三SEOF模态  62-64
  3.4 热带太平洋海温异常季节演变型的气候影响  64-80
    3.4.1 热带中东太平洋ENSO(SEOF1)的影响  64-71
    3.4.2 赤道中东太平洋变冷模态(SEOF2)的影响  71-74
    3.4.3 热带太平洋经向模态(SEOF3)的影响  74-80
  3.5 本章小结  80-82
第四章热带印太海盆海温异常影响下的越赤道气流变异及其影响  82-101
  4.1 引言  82-84
  4.2 资料和分析方法  84
  4.3 东半球低空越赤道气流概况  84-87
    4.3.1 东半球低空越赤道气流基本特征  84-86
    4.3.2 东半球低空越赤道气流变化特点  86-87
  4.4 越赤道气流异常不同配置的海温、季风及降水异常  87-98
    4.4.1 索马里急流与澳洲越赤道气流的年际变化特征  87-88
    4.4.2 越赤道气流四种情形下的印太海温及大气异常  88-95
    4.4.3 四种越赤道气流情形影响下的中国降水  95-98
  4.5 本章小结  98-101
第五章热带印度洋在ENSO对东亚夏季气候异常影响中的作用  101-117
  5.1 引言  101-102
  5.2 模式数值试验和分析方法  102-103
    5.2.1 数值试验  102
    5.2.2 分析方法  102-103
  5.3 ENSO发展不同阶段大气环流异常的观测特征  103-106
  5.4 ENSO发展不同阶段大气环流异常的模拟特征  106-115
    5.4.1 热带印太海盆海温异常的强迫  106-109
    5.4.2 热带东太平洋海温异常的强迫  109-112
    5.4.3 热带印度洋海温异常的强迫  112-115
  5.5 本章小结  115-117
第六章全文总结和主要创新点  117-122
  6.1 全文总结  117-120
  6.2 主要创新点  120-122
参考文献  122-136
致谢  136-137

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