北半球夏季风区降水年际协同变化主模态的变化特征和机理

论文摘要

北半球夏季风包括热带北美（NAM）、北非（NAF）、印度（IND）、西北太平洋（WNP）和副热带东亚（EA）季风子系统,它们之间通过大气桥梁相互联系,并受到热带海–气相互作用的影响。北半球季风养育了全球超过1/2的人口。夏季风是重要的水资源,是极端天气气候灾害载体,对季风区国家的社会可持续发展具有重要的影响。因此,如何提高北半球夏季风区降水预测一直是季风气候研究的重点。自20世纪90年代以来,各子季风系统之间的内在联系不断加强,这为整体上提高北半球夏季风降水的预测提供了新线索。本论文基于统计分析、资料诊断和数值模拟相结合的技术手段,以最近30年北半球夏季风降水年际协同变化的主模态（以下简称“主模态”）时空变化为切入点,以该主模态的形成和维持机理为着眼点,重点讨论了ENSO对该主模态年际变化的影响,并揭示了20世纪90年代初期前后主模态的阶段性差异和成因,试图从协同变化的角度探索北半球夏季风降水的季节预测途径。本文的主要研究结果总结如下:1.指出了WNP和NAM夏季风区降水异常在北半球夏季风区降水年际协同变化主模态中的主导作用针对1979–2014年北半球季风区夏季降水年际变化,本文采用EOF方法提取了第一模态（EOF1）,并定义为北半球夏季风降水年际协同变化的主模态。该主模态主要表现为WNP降水与其他季风区降水之间的反位相年际变化关系。统计分析和数值实验均证明,WNP和NAM夏季风是维持主模态的关键子季风系统。横跨太平洋的北半球纬圈垂直环流是联系IND–WNP–NAM–NAF夏季风降水的重要纽带,而东亚地区的经向季风环流是联系WNP和EA降水异常的关键桥梁。2.揭示了ENSO季节演变对北半球夏季风区降水主模态的强度和位相变化的影响和机理研究发现,北半球夏季风区降水主模态的强度主要取决于WNP与NAM夏季降水异常之间的位相关系,并与前冬ENSO事件衰减速率紧密联系。当前冬至当年秋季的ENSO事件快速衰减（衰减较慢或持续）时,WNP与NAM夏季风降水异常呈反位相（同位相）变化,相应地主模态的强度较强（较弱）。由于WNP和NAM夏季风降水变化幅度受到热带海温异常空间分布的影响,由此导致了强模态在正、负位相表现出关键季风区降水异常振幅非对称特征。其中,WNP（NAM）夏季风降水异常在强模态正位相（负位相）形成中起主要作用。因此,ENSO季节演变通过对关键季风区降水的影响可以调控主模态的强度和位相。3.提出ENSO周期和性质在1993年前后的调整是北半球夏季风区降水主模态年代际转化的主要成因。研究发现,北半球夏季风区降水EOF模态在1979–2014年期间存在年代际调整,前期（1979–1993年）以EOF2为主,而后期（1994–2014年）以EOF1为主。前期季风降水之间的内部联系较弱,EOF2主要表现为热带季风区和季风区外ITCZ地区的降水之间的异常振荡关系;进入后期,季风之间的相互作用显著加强,EOF1表现的北半球夏季风内部联系更加密切。前期的ENSO事件演变周期表现为准4年周期,主要表现为东部型ENSO;进入后期,ENSO表现出准2–3年周期,主要表现为中部型ENSO。由此推测ENSO的周期和性质在1993年前后发生了调整,很可能是导致北半球夏季风降水主模态年代际调整的原因。4.评估了CMIP5模式对主模态的模拟能力,指出了FGOALS-s2模式对北半球夏季风区降水主模态的潜在预报技巧本文评估了40个CMIP5模式对北半球夏季风区降水主模态的历史模拟,发现只有7个模式（CESM1-CAM5,CESM1-WACCM,CNRM-CM5,FGOALS-g2,FIO-ESM,GFDL-CM3,HadGEM2-CC）及其集合平均表现出较好的模拟能力。虽然CAMS-CSM模式的大气环流试验的模拟误差较大,但是该模式历史试验对北半球夏季风区降水主模态和ENSO季节演变表现出较好的模拟能力,证明了ENSO演变对季风降水主模态的形成和维持具有重要作用。评估发现,FGOALSs2模式的S2S预测系统提前5–6个月预报出WNP和NAM季风区降水异常,显示了该模式对北半球夏季风区降水主模态潜在的季节预报技巧。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 郝钰茜

导师: 祝从文

关键词: 北半球夏季风降水,年际协同变化,季节演变,气候系统模式,季节预测

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

基金: 国家自然科学基金(41475057,41505049,41775052,41830969,91537103,91637312),中国气象科学研究院基本科研业务项目(2017R001和2018Z006)

分类号: P426.614

总页数: 161

文件大小: 50708K

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