亚澳季风环流结构变异与印度洋偶极型海温异常的联系

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使用再分析和观测资料、利用大气环流模式FrAM1.0输出资料,就IOD对亚澳季风环流结构和东亚夏季气候变动的影响进行了多角度的研究,得到主要结论如下:(1)IOD对夏季(6-8月)的印度季风、南亚高压、东北亚对流层上空环流变动产生显著影响,且IOD可通过多种途径影响东北亚对流层环流异常。1994年的IOD事件可导致6-8月南亚高压西部加强,且扰动通过沿着亚洲急流的向东传播影响到东北亚上空异常反气旋环流的形成与变化。东北亚地区[120°E-145。E,35°N-45°N]的这一异常反气旋环流具有相当正压结构,其变化与低值位涡的东传和积累、与大气质量的异常堆积均存在内在联系。另外,提出了局地三圈环流分解方法,并利用新的方法计算了1994年的局地经圈和纬圈环流。结果表明,1994年IOD事件可以引起显著的纬圈和经圈环流异常。通过长期的观测数据分析和利用AGCM进行数值模拟研究,证明了7-8月东亚夏季气候和季风环流确实可受到印度洋偶极子的影响。在正印度洋偶极子事件发生年份,东亚部分地区包括中国东部和东北部、日本部分地区和韩国夏季可能遭受异常的干旱和高温。正IOD导致了日本、中国东北部及东部部分地区上空出现反气旋环流异常,从而引起这些区域夏季气候异常干旱。由IOD诱发的西太平洋和中国南方地区上空气旋性环流异常减弱了来自孟加拉湾、南海和西太平洋的偏南季风,减弱了来自热带地区的水汽输送。然而,正IOD年份该气旋性环流异常却可引起夏季风期间中国华南地区降水偏多。在pDM事件发生期间,东亚地区异常偏热的夏季气候可能是异常动力加热的结果。在日本和鄂霍茨克海地区,正的温度平流异常起主导作用,平衡了异常的非绝热冷却和由于微弱上升运动造成的异常冷却,从而引起并利于维持这些地区夏季异常高温。在中国东部地区,下沉运动起主导作用,由此引起的异常动力增温抵消了由于水汽凝结减少而产生的非绝热冷却和负的温度水平平流异常。正IOD事件中,异常的相对涡度平流在对流层不同等压面上平衡了异常的行星涡度平流,这致使鄂霍茨克海和由太平洋西北部到日本东北部地区上空形成了具有相当正压结构的反气旋异常环流。IOD SSTA引起了地中海-撒哈拉和里海地区环流的异常变化。从热带西印度洋辐散的无旋异常风场在连接IOD和地中海-撒哈拉及里海地区上空环流变化之间的关系中起到关键作用。从印度洋偶极子西极区向外流出的辐散气流和IOD引起的青藏高原上空的异常辐散气流影响了温带环流变化。地中海-撒哈拉、印度西部区域和青藏高原上空的扰动可影响到东亚地区7-8月份环流的异常变化。沿着西风带急流,Rossby波能量的向东传播在连接欧洲和东亚区域起到重要作用。通过来自索马里向东经孟加拉湾和中国南部地区直至日本岛附近的对流层低层西风气流,正IOD事件期间的扰动波能可传播至东亚上空并导致东亚上空季风环流异常。因此,东亚地区可被视为一个独特区域:在正的IOD事件中,IOD可通过对流层高层的西风波导将欧亚大陆与东亚连接起来,并通过对流层低层波导将热带印度洋和孟加拉湾与东亚连接了起来。如此IOD影响东亚地区季风活动和夏季气候异常是通过这一“三角形”遥相关进行的。(2)模式试验结果表明了IOD可对夏季季风环流的正压/斜压特征产生显著影响,强的纬向风切变向偶极子较暖的一极位移。季风是海陆热力差异造成的,季风环流具有显著的斜压特征。通过利用一个T42L28大气环流模式对IOD影响季风环流变化的数值试验,可以得到印度洋偶极子型海温异常对季风环流正压/斜压特征的显著影响。结果表明:印度洋偶极子型海温异常可以引起印度尼西亚、非洲大陆以及印度次大陆地区夏季降水异常,这种降水异常联系于异常的感热和潜热加热而造成的异常辐合辐散运动。因为偶极子型海温异常强迫改变了季风区温度场分布,热带地区大气的斜压环流和斜压性强弱随之改变。强的纬向风切变向偶极子较暖的一极位移。试验结果还表明,IOD事件可引起热带外环流异常,且不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常。然而,在正偶极子试验和负偶极子试验中,环流的异常型并不显著反相。(3)研究发现1O1D的频繁发生可显著影响ENSO和IOV的年际联系,造成ENSO-IOV关系的显著的年代际改变。利用观测和再分析资料进行的研究表明,ENSO和IOV(印度洋变率)的年际变化联系发生了显著的年代际改变。热带印度洋各变量与ENSO各指数之间的相关关系在1871-1999年研究时段内具有明显的年代际变化。在20世纪50年代和70年代ENSO-IOV关系较紧密,而在20世纪60年代和1980年之后两者关系较弱。热带印度洋SSTA的EOF1为具有海盆尺度的单极模态,其解释了20世纪50年代和70年代各自总体方差的60%以上,且该两个时段内EOF1与ENSO各指数呈高相关。当IOV-ENSO关系较弱时,印度洋偶极子事件发生更加频繁。EOF分析已表明,具有偶极结构的EOF2仅解释这些时期IOSSTA总方差的10%。然而,在1960-1969年和1980-1997年期间,由EOF1解释的方差下降相对显著。EOF1时间系数与ENSO指数之间的相关在这两个时段显著减小。20世纪50年代和70年代期间,当ENSO-IOV关系紧密时,海表附近异常风场中显示出环澳大利亚环流,而在20世纪60年代和1980-1997年期间,当EOF2模态重要性增大,EOF1模态与ENSO各指数相关关系较弱时,该环流在南印度洋上空出现断裂。环澳大利亚环流可被看作在水平面上横跨太平洋和印度洋之间的大气桥,它不同于处于纬向垂直剖面上的Walker环流大气桥。EOF分析和其他分析部分地证实,在阿拉弗拉海区域纬向风异常是ENSO和IOD现象的重要指示参数。在El Nino时期,盛行正的纬向风异常,而在强的正IOD事件期间或之前,盛行负的或弱的纬向风异常。这与El Nino或IOD事件发生时东南印度洋和印度尼西亚区域异常的海平面气压分布一致。
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