北半球夏季对流层高层大气遥相关波列分析

论文摘要

本文利用1948–2013年的NCEP/NCAR再分析资料分析了环球遥相关（the Circumglobal Teleconnection,下文简称为CGT）和丝绸之路遥相关（the Silk Road Pattern,下文简称为SRP）的联系。结果发现,在欧亚大陆范围内CGT和SRP在时间和空间上都具有显著相关性,相关系数分别为-0.68和-0.95。利用偏相关方法从CGT中去除SRP的影响后,CGT在欧亚大陆上不存在,而从SRP中去除CGT的影响后,SRP在欧亚大陆上依然维持。这表明CGT和SRP代表的是北半球夏季中纬度欧亚大陆上的同一个遥相关波列,但CGT依赖于SRP而存在,它只是SRP的一部分,而SRP相对独立。南亚高压是北半球夏季对流层高层的反气旋系统,它强大且稳定。南亚高压的年际变化包括西北-东南向偏移、东西向偏移和南北向偏移。通过分析发现南亚高压的三类移动方式对大气环流的影响完全不同,引起的遥相关波列形态也具有明显的差异。东西向偏移可以引起与CGT高度相似的遥相关波列,表现在位势高度场和经向风场上尤其明显。南北向偏移引起的遥相关波列表现为南北偶极型,并且主要分布在亚洲大陆上,这在位势高度场和纬向风场上最清楚。南亚高压西北-东南向偏移综合体现了南亚高压的经向偏移和纬向变动特征,引起的大气遥相关波列结构清晰,与CGT之间也存在着更密切的联系。在空间分布上,南亚高压西北-东南向偏移引起的遥相关波列与CGT具有很强的相似性,特别是在60°E以东的区域,分布结构基本一致,位相相反;在时间变化上,两个遥相关波列指数的时间序列也具有很强的负相关关系,相关系数为-0.70。利用偏相关分析发现,南亚高压西北-东南向偏移对CGT的东传有重要作用,尤其是90°E以东的部分。由于南亚高压是联结印度夏季降水和东亚夏季降水的纽带,去除南亚高压西北-东南向偏移的影响,实质上是去除了印度和东亚夏季降水的共同贡献。进一步的数值试验表明,东亚夏季降水释放的潜热在对流层高层激发出与CGT负位相空间结构一致的遥相关波列。这表明CGT的产生不仅与印度夏季降水有关,也与东亚夏季降水有密切联系,CGT的维持和传播离不开这两个季风区降水释放的潜热。为了分析全球海表温度和海冰对遥相关波列的贡献,论文还利用ECHAM5模式开展了一组数值试验:即气候态AMIP2全球海表温度和海冰资料驱动的CT试验和1958–1999年逐月AMIP2全球海表温度和海冰资料作为外强迫驱动的RT试验。对比发现,CT试验中CGT、SRP以及与南亚高压西北-东南向年际偏移相关的遥相关波列在欧亚大陆上波列结构清晰,但是东亚及下游地区波列非常弱;在RT试验中,三个波列在欧亚大陆及下游地区结构明显,呈现出显著的环球性特征。造成这种差异的原因是,RT试验中,西北太平洋关键区的水汽辐散增强,导致该区域的降水偏少,释放到大气中的凝结潜热是负异常,有利于CGT的加强,并从东亚传播至北太平洋,甚至到达北美洲大陆。同时数值试验还发现,全球海表温度和海冰对欧亚大陆范围内CGT和SRP的关系影响较小,二者关系稳定,这与再分析资料中的统计分析一致。

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摘要

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第1章绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究成果与进展

1.2.1 北半球夏季对流层高层大气遥相关波列的基本特征

1.2.1.1 环球遥相关

1.2.1.2 丝绸之路遥相关

1.2.1.3 南亚高压年际移动引起的遥相关

1.2.2 环球遥相关、丝绸之路遥相关和南亚高压之间的关系

1.2.3 北半球夏季对流层高层大气遥相关波列的动力学机制

1.2.3.1 大气内部动力机制

1.2.3.2 外强迫机制

1.2.3.3 传播机制

1.2.4 北半球夏季对流层高层大气遥相关波列对气候的影响

1.2.4.1 对温度的影响

1.2.4.2 对降水的影响

1.3 问题的提出

1.4 研究内容以及章节安排

1.4.1 章节安排

1.4.2 论文可能创新点

第2章资料和方法

2.1 数据与指数

2.1.1 大气环流再分析资料

2.1.2 降水资料

2.1.3 海表温度资料

2.1.4 波列指数

2.1.5 NCEP/NCAR、ERA-40与ERA-20C的数据比较

2.2 数值模式

2.3 方法

2.3.1 经验正交函数分解（EOF）

2.3.2 相关系数分析

2.3.3 回归分析

2.3.4 偏相关分析

2.3.5 视水汽汇Q2 的计算

第3章欧亚大陆上空环球遥相关和丝绸之路遥相关之间的联系

3.1 引言

3.2 方法

3.3 环球遥相关和丝绸之路遥相关在欧亚大陆上空的时空特征

3.4 用偏相关的方法讨论环球遥相关与丝绸之路遥相关之间的联系

3.5 改变环球遥相关关键区位置对遥相关波列之间关系的影响

3.6 结论和讨论

第4章南亚高压位置的年际变化对环球遥相关波列的影响

4.1 引言

4.2 南亚高压位置的年际变化引起的遥相关的时空特征

4.3 用偏相关的方法讨论环球遥相关与南亚高压位置年际变化之间的联系

4.4 结论和讨论

第5章东亚季风区夏季降水对环球遥相关波列的影响

5.1 引言

5.2 模式试验设计

5.3 东亚季风区夏季降水对环球遥相关波列的影响

5.4 数值试验结果

5.5 结论和讨论

第6章全球海表温度和海冰对遥相关波列的影响

6.1 引言

6.2 模式试验设计

6.3 模式对北半球夏季气候平均大气环流特征的模拟

6.4 模式对遥相关波列的模拟以及海表温度和海冰对遥相关波列的影响

6.5 模式试验中环球遥相关和丝绸之路遥相关之间的联系

6.6 结论和讨论

第7章总结与讨论

7.1 主要结论

7.2 讨论与展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 周馥荔

导师: 张人禾,韩晋平

关键词: 环球遥相关,丝绸之路遥相关,南亚高压,东亚夏季降水

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P421.31

总页数: 118

文件大小: 10815K

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