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本文利用1974-2008年逐日站点资料和NCEP/NCAR再分析资料,对南海北部北风冷涌及其环流变化特征进行研究。利用诊断分析、数值试验等方法对南海北部冷涌的年际变化及其可能原因进行讨论。此外,还利用NCAR CAM3进行青藏高原地形高度敏感性试验,讨论大地形对冷涌及其相关环流的影响。
结果表明,南海北部冷涌频率具有显著的年际变化特征,且具有2-4年的振荡周期。冷涌的发生与影响全国的冷空气爆发关系密切,是中高纬环流和中低纬环流共同作用的结果。冷涌发生时,贝加尔湖以西高压脊偏强,中高纬环流经向度加大,有利于冷空气南下。与此同时,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东,Hadley环流、副热带西风急流偏强。进一步研究发现,冷涌频率指数的年际变化与赤道中东太平洋海温、北太平洋海温存在显著的负相关关系。当赤道中东太平洋海温为负(正)异常,即La Ni(n)a(El Ni(n)o)年,或者北太平洋海温为负(正)异常时,南海北部冷涌出现的频率较常年偏多(少)。当赤道中东太平洋海温出现冷(暖)异常时,Walker环流显著增强(减弱),中国大陆东南部沿海为北风异常(南风距平),南海及其邻近地区的对流加强(减弱),进一步加强(减弱)Walker环流。而北太平洋海温异常和东亚中高纬环流异常密切相关,进而影响南海北部冷涌发生频率。当北太平洋海温场冷(暖)异常时,北太平洋上空南北温度梯度加大(减小),导致西风急流显著增强(减弱),阿留申低压显著增强(减弱),东亚中高纬环流经向度加大(减小),冷涌出现频率较常年偏强(弱)。数值试验的结果进一步验证了以上结果。
南海北部经向风的MJO、QBWO活动具有显著的年际变化。南海北部经向风的MJO活动与冷涌频率指数存在显著的正相关关系。冷涌异常年份的MJO演变特征与QBWO演变特征存在较大差异。MJO的OLR场与环流场的演变特征与冷涌事件的演变特征联系紧密,而QBWO的演变特征与冷涌事件联系并不密切。
南海北部冷涌与东亚冬季风强度存在显著的正相关关系。当东亚冬季风偏强(弱)时,南海北部冷涌活动频繁(较弱),中国冬季大陆干冷(暖湿)。虽然东亚冬季风强度与冷涌频率密切相关,二者变化较为一致,亦存在差异。当东亚冬季风强度偏强而冷涌频率较少时,冬季中国南方低温、雨雪天气同时发生,易形成冰冻灾害。
阿留申低压和东亚大槽的产生与地形的绕流作用密切相关,而地形高度的变化并不影响大陆冷高压的形成,但会影响高压的强度。高原大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用。地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气向南爆发。当无地形存在时,东亚中高纬环流经向度显著减小,同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,南海北部北风强度减弱,从而使得南海北部冷涌出现频率显著减少。