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极端事件具有破坏性强,可预测性差等特点,极端气候事件的研究是气候变化科学的一个热门课题。在全球变暖背景下,我国极端天气气候事件呈现破坏性大、突发性强、难以预测等特点。降水和温度是气候变化的重要组成部分,而降水的极端事件—旱涝与极端高低温事件,由于其造成的危害非常严重,一直是科学家们关注的焦点。本文基于统计物理学对上述两个方面极端气候事件进行研究。
首先利用1948-2011年NCEP/NCAR逐月再分析海平面气压场资料计算了北太平洋涛动指数(NPOI),通过研究NPOI与华北地区夏季(6-8月平均)帕默尔干旱指数(PDSI)的联系,发现5月NPO与华北夏季旱涝有较好的正相关关系。NPOI正(负)位相异常年,PDSI偏大(小),华北地区夏季偏涝(旱)。可能的环流机制分析表明:NPOI正(负)位相异常年,低层850hPa风矢量距平场上乌拉尔山、贝加尔湖及西太平洋附近地区分别为反气旋(气旋)、气旋(反气旋)、反气旋(气旋)距平环流,共同加强了低层西南暖湿气流在华北地区的辐合(辐散);欧亚500hPa位势高度距平场上分别呈现‘+-+’(‘-+-’)波列分布,西太副高强度偏强(弱),位置偏西(东)偏北(南),冷暖气流活动使得华北多(少)雨。前冬太平洋海温异常对5月份NPO有强迫作用,继而影响华北地区夏季旱涝。
地面极端温度事件研究较多,但是高空极端温度研究较少,对此,本文利用中国137个测站的逐日探空温度资料,对我国东部地区1971-2009年高空8个等压面层的极端温度事件—高、低温日数进行了初步统计分析。结果表明:
(1)几乎整个对流层的变化规律性冬季比夏季强,相较其他层次,对流层顶层150hPa和平流层底层100hPa的统计规律性较独立。
(2)对流层850hPa-200hPa高低温日数的季节变化特征与地面类似,150hPa100hPa则与其相反.冬季低温日数,在对流层底850hPa最多,平流层底100hPa最少;夏季高温日数最多层次为700hPa,底层850hPa、和中层400hPa及300hPa次之,平流层底100hPa最少。
(3)冬季低温日数空间分布情况,在低层850hPa、700hPa和上层200hPa与地面类似,大值区域主要分布在华北和东北地区,长江以南为小值区域,中层500hPa、400hPa和300hPa呈现南多北少分布特征,江淮和长江以南偏多,东北偏少,150hPa和100hPa普遍偏少;而夏季高温日数,对流层中下层850hPa、700hPa和500hPa从北向南均为少-多-少的空间分布,150hPa和100hPa与低温日数类似,高温日数普遍偏少。
(4)长期趋势分析表明:冬季低温日数和夏季高温日数均是在下层变暖,上层变冷。
(5)相关性分析显示,夏季高温日数在各层次间的相关性比冬季低温日数强,150hPa和100hPa与其余等压面层间的相关性均较差,冬季低温日数的显著相关一般只在相邻层次间,低温日数在低层850hPa和700hPa、中上层500hPa、400hPa、300hPa及200hPa、150hPa和100hPa均为显著正相关,而高温日数在850hPa-200hPa之间均为显著正相关。