（氣象學(xué)專業(yè)論文）印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響.pdf

印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 專業(yè)：氣象學(xué) 碩士生：黃威 指導(dǎo)老師：?jiǎn)淘仆ぶv師 摘要 本文使用1 9 7 9 2 0 0 7 年n c e p d o er e a n a l y s i si i 資料計(jì)算了全球視水汽匯 ，研究了北半球夏季亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的特征，以及局地海溫和e n s o 對(duì)水 汽源的影響機(jī)理，結(jié)果表明： 夏季亞澳季風(fēng)水汽源區(qū)的視水汽匯 存在明顯的年際變化，其中年際變化 的主要周期在2 - - - 4 年。在水汽源區(qū)， 異常存在著區(qū)域性的差異，呈現(xiàn)出西 南一東北反位相的異常分布特征，即在南印度洋( 5 0 。e 1 0 0 。e ，3 0 0 s 1 5 。s ) 和澳 大利亞季風(fēng)區(qū)西北側(cè)( 8 0 。e 1 4 0 。e ，1 5 。s o 。) 存在兩個(gè)主要變化中心，它們是 亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源變化的關(guān)鍵區(qū)。 在上述兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)，局地海溫對(duì) 的影響顯著，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，局地 海溫正( 負(fù)) 異常對(duì)應(yīng)著 正( 負(fù)) 異常，同期e n s o 事件加強(qiáng)了局地海溫的 異常，相應(yīng)地加強(qiáng)了 異常。 局地海溫對(duì) 異常的影響機(jī)理如下：南印度洋關(guān)鍵區(qū)局地海溫正( 負(fù)) 異 常導(dǎo)致局地經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流的異常，在局地造成上升( 下沉) 運(yùn)動(dòng)異常，導(dǎo) 致降水量正( 負(fù)) 異常，同時(shí)低層南風(fēng)風(fēng)速減弱( 增強(qiáng)) ，導(dǎo)致蒸發(fā)量產(chǎn)生負(fù)( 正) 異常，從而造成 正( 負(fù)) 異常。澳大利亞西北側(cè)關(guān)鍵區(qū)類似，局地海溫異常 造成垂直環(huán)流的異常，導(dǎo)致降水量、蒸發(fā)量異常，造成 異常。不同之處在于， 澳大利亞西北側(cè)關(guān)鍵區(qū)低層風(fēng)的異常主要為緯向風(fēng)的異常，且垂直運(yùn)動(dòng)異常的強(qiáng) 度更為顯著，對(duì)應(yīng)著十分顯著的降水異常。 關(guān)鍵詞：水汽源局地海溫 e n s o i l l 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n i n d i a no c e a n ，p a c i f i co c e a ns e a s u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) a n dt h em o i s t u r es o u r c ei n a s i a n - - a u s t r a l i a nm o n s o o nr e g i o ni nb o r e a ls u m m e r m a j o r ：m e t e o r o l o g y n a m e ：h u a n gw e i s u p e r v i s o r ：q i a oy u n t i n g a b s t r a c t t h em o i s t u r es i n k i sc a l c u l a t e db a s e do nn c e p d o er e a n a l y s i si id a t a s ， t or e s e a r c ht h ec h a r a c t e r so ft h em o i s t u r es o u r c ei na s i a n - a u s t r a l i a nm o n s o o nr e g i o n i nb o r e a ls u m m e r , a sw e l la st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns s ta n dt h em o i s t u r es o u r c e t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： i na s i a n - a u s t r a l i a nm o n s o o nr e g i o ni nb o r e a ls u m m e r , t h e r ea r es i g n i f i c a n t i n t e r - a n n u a lv a r i a t i o n so ft h em o i s t u r es i n k ，a n dt h em a i np e r i o di s2 - 4y e a r i n t h em o i s t u r es o u r c er e g i o n , r e g i o n a ld i f f e r e n c e se x i s to ft h e a n o m a l y , e m b o d i e s t h es o u t h w e s t - n o r t h e a s to ft h ea n t i - p h a s ec h a r a c t e r i s t i c ，n a m e l yt h e r ea r et w oa n o m a l y c e n t e r sl o c a t e di nt h es o u t h e r ni n d i a no c e a n ( d ( 5 0 0 f p l 0 0 。e ，3 0 0 s - - 1 5 0 s ) a n dt h e n o r t h e a s t e r na u s t r a l i a n ( a ) ( 8 0 。e - - - 1 4 0 。e ，1 5 0 s - 0 0 ) r e g i o n s ，a st h ek e ya r e a so ft h e m o i s t u r es o u r c e i nt h ek e ya r e a s ，t h el o c a ls s tc o r r e l a t e sp o s i t i v e l yw i t ht h e a n o m a l y , a n de n s o e v e n te n h a n c e st h el o c a ls s ta n d t h e a n o m a l y t h em e c h a n i s mo ft h el o c a ls s ta n o m a l yi n f l u e n c e st h e a n o m a l yi sa s f o l l o w s ：i nt h e ( i ) k e ya r e a ，t h el o c a ls s tp o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l yc a u s e st h el o c a l m e r i d i o n a lc i r c u l a t i o na n dt h ez o n a lc i r c u l a t i o na n o m a l y , t h e nc a u s e sl o c a la b n o r m a l a s c e n t ( d e c e n t ) m o t i o n ，t h e nc a u s e st h ep r e c i p i t a t i o n ( p ) p o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l y , a n dt h el o w e r - l e v e ls o u t h e r l yw e a k e r ( s t r o n g e r ) c a u s e st h ee v a p o r a t i o n ( e v p ) n e g a t i v e ( p o s i t i v e ) a n o m a l y , a n df i n a l l yc a u s e st h e p o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l y i nt h e ( a ) k e ya r e as h o w st h es i m i l a rm e c h a n i s m ，t h ed i f f e r e n ti st h ez o n a l 謝n da tt h e l o w e r - l e v e l ，a n dt h ev e r t i c a lm o t i o ni sm u c hs t r o n g e r , c o r r e s p o n d st ot h es t r o n g e r a n o m a l y k e yw o r d s ：m o i s t u r es o u r c e ，l o c a ls s t e n s o 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容 外，本論文不包含任何其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成 果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明 確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 日期：叫耳卯d 童武 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 本人完全了解中山大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并向國(guó)家主管部門或其指定機(jī)構(gòu)送交論 文的電子板和紙質(zhì)版，有權(quán)將學(xué)位論文用于非贏利目的的少量復(fù) 制并允許論文進(jìn)入學(xué)校圖書館、院系資料室被查閱，有權(quán)將學(xué)位 論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用復(fù)印、縮印或其 他方法保存學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名墨、文 日期：硼了鼻翎糾 導(dǎo)師簽名：厲乏苔 日期：川f 衫 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 1 1 研究意義 第一章前言 對(duì)季風(fēng)區(qū)水汽收支的研究是當(dāng)前大氣科學(xué)的熱點(diǎn)課題之一，季風(fēng)區(qū)的水汽收 支一方面受季風(fēng)環(huán)流本身的影響，另一方面水汽凝結(jié)所釋放的潛熱反過(guò)來(lái)又影響 季風(fēng)環(huán)流，因此對(duì)它的研究有助于對(duì)季風(fēng)活動(dòng)的研究。亞洲季風(fēng)區(qū)和澳大利亞季 風(fēng)區(qū)是世界上著名的季風(fēng)活動(dòng)區(qū)，前者包括中國(guó)大陸、日本、中南半島、印度以 及南海、西太平洋、孟加拉灣等地；后者從澳大利亞北部延伸到新幾內(nèi)亞和印度 尼西亞地區(qū)n 1 。亞澳季風(fēng)降水提供了世界上6 0 的人口所需的水，亞澳季風(fēng)水汽 收支的異常直接造成其降水的異常，引起旱澇災(zāi)害，從而給該地區(qū)的國(guó)家經(jīng)濟(jì)建 設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大影響。目前亞澳季風(fēng)區(qū)水汽的研究主要是針對(duì)水汽輸 送的特征，對(duì)水汽源的研究較少。而水汽的輸送指將水汽從水汽源區(qū)輸送到匯區(qū)， 因而忽略水汽源的異常而單單考慮水汽的輸送特征是不全面的，為進(jìn)一步了解亞 澳季風(fēng)區(qū)水汽收支特征，研究水汽源異常特征十分必要，同時(shí)對(duì)了解大氣環(huán)流系 統(tǒng)和天氣系統(tǒng)的基本特征也有重要作用，另外對(duì)研究氣候異常防災(zāi)減災(zāi)意義十分 重大。 海溫是大氣環(huán)流的一個(gè)重要的強(qiáng)迫因子，澳大利亞季風(fēng)區(qū)和南印度洋局地海 溫異常直接影響該地下墊面的海氣熱通量，影響大氣熱源，從而影響大氣環(huán)流的 分布，造成越赤道氣流的變異，與此同時(shí)，這兩個(gè)區(qū)域海溫的變化也會(huì)對(duì)其上層 大氣中水汽含量有直接影響，進(jìn)而對(duì)該地的水汽源的強(qiáng)弱產(chǎn)生影響，造成亞澳季 風(fēng)區(qū)水汽收支的異常。因此，研究北半球夏季南印度洋和澳大利亞季風(fēng)區(qū)海溫的 異常所引起的局地水汽源異常及所引起的越赤道水汽輸送異常對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水 汽收支異常的影響是十分必要的。另一方面，赤道中東太平洋海溫通過(guò)遙相關(guān)作 用也對(duì)亞澳季風(fēng)產(chǎn)生重要影響，e n s o 被認(rèn)為是引起亞澳季風(fēng)年際差異的主要原 因，反過(guò)來(lái)，亞澳季風(fēng)異常又會(huì)引發(fā)e n s o 事件，季風(fēng)與e n s o 存在顯著的相互作 用口、3 1 。亞澳季風(fēng)的年際變異與e n s o 有密切的關(guān)系拈1 。夏季越赤道氣流的年際 變異與e n s o 也有密切聯(lián)系， e 1n i f i o 年夏季，索馬里越赤道氣流變?nèi)酰? 0 5 。e 及其以東的越赤道氣流明顯加強(qiáng)，l an i f i a 年相反。這將造成來(lái)自澳大利亞季 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 風(fēng)區(qū)和南印度洋越赤道水汽輸送的異常。喬云亭的研究表明陸1 ，亞澳季風(fēng)區(qū)作為 一個(gè)整體，在其東邊界整年都存在水汽輸入，北半球夏季東邊界上的水汽輸入尤 其強(qiáng)盛，這些水汽可追溯到赤道中東太平洋，并與e n s o 有密切的關(guān)系。因此， 中東太平洋海溫異常對(duì)東亞季風(fēng)區(qū)水汽匯的影響也是值得研究的。 1 2 研究現(xiàn)況 1 2 1 亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源特征 由于亞澳季風(fēng)區(qū)水汽收支對(duì)季風(fēng)的研究十分重要，因而很多研究都針對(duì)亞澳 季風(fēng)區(qū)水汽的特征而展開(kāi)，尤其是水汽的輸送特征：?jiǎn)淘仆さ萵 1 分析了亞澳季風(fēng) 區(qū)視水汽匯的水汽收支時(shí)空分布特征，結(jié)果表明：該范圍水汽收支的典型空間分 布型為南北型，且分布型有明顯的季節(jié)變化，并指出該區(qū)域間存在三支越赤道水 汽輸送通道。喬云亭，林美靜阻1 通過(guò)分析亞澳季風(fēng)區(qū)的水汽輸送特征也指出，南 北半球間，亞澳季風(fēng)區(qū)夏季的水汽輸送比冬季強(qiáng)盛很多，且無(wú)論冬季夏季，赤道 上存在兩個(gè)顯著的水汽經(jīng)向輸送大值區(qū)，并指出這兩支越赤道水汽輸送是相互獨(dú) 立的，其中夏季索馬里越赤道水汽輸送在亞澳季風(fēng)區(qū)之間的水汽交換中占主要作 用。這也同王會(huì)軍等1 的結(jié)論相同。 上述說(shuō)明了越赤道水汽輸送在亞澳季風(fēng)區(qū)水汽變化特征中的重要性，而水汽 輸送是將水汽從源區(qū)輸送到匯區(qū)，因而水汽源的異常必然對(duì)水汽輸送有重要影 響。喬云亭嘲詳細(xì)分析了不同季節(jié)，不同區(qū)域水汽的收支情況，以及越赤道水汽 輸送的變化特征，指出撇開(kāi)南半球的水汽源區(qū)，而只考慮某一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域的水 汽收支對(duì)于研究亞洲季風(fēng)區(qū)的水汽收支是不全面的。表明研究南半球水汽源區(qū)水 汽收支是十分重要的，有助于我們提高對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)水汽收支變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。 1 2 2 海溫對(duì)降水、蒸發(fā)、環(huán)流場(chǎng)的影響 南半球的水汽源區(qū)位于大面積的海洋上，且水汽的來(lái)源主要是海洋，為了研 究南半球水汽源區(qū)的水汽收支，海溫的變化特征十分重要。此外水汽的變化與降 水、蒸發(fā)聯(lián)系緊密，對(duì)整層大氣蒸發(fā)是大氣水分的來(lái)源，即源，降水是大氣水分 的支出，即匯，降水減蒸發(fā)即為大氣水分的凈支出，即視水汽匯口1 ，當(dāng)蒸發(fā)量大 2 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 于降水量時(shí)，視水汽匯為負(fù)，表示水汽源，反之為正，表示水汽匯。同時(shí)降水、 蒸發(fā)與環(huán)流又有非常密切的關(guān)系，而海溫對(duì)于降水、蒸發(fā)、環(huán)流的影響均十分顯 著，這方面的研究是很多的。 楊明珠和丁一匯n 們指出當(dāng)南印度洋海溫偶極子正位相時(shí)，通過(guò)與大氣的相互 作用，增強(qiáng)了夏季馬斯克林高壓，從而加強(qiáng)了索馬里越赤道氣流，使得印度季風(fēng) 降水偏多。m a t h e wr o x ya n dy o u i c h it a n i n o t o n 幻指出，北印度洋海溫的異常對(duì) 于局地降水異常的影響十分顯著。c a r o l i n ec u 刪e n h o f e r 等n 2 1 指出，在澳大 利亞西南部，局地海溫的正異常強(qiáng)迫出大尺度大氣環(huán)流的重組，并導(dǎo)致對(duì)流性降 水的增加。 b i nw a n g 等口3 1 指出亞澳季風(fēng)區(qū)的年際變化與e n s o 的關(guān)系十分密切，發(fā)現(xiàn)自 1 9 7 0 年代以來(lái)，e n s o 與印度夏季風(fēng)的負(fù)相關(guān)減弱，而與北太平洋西部及東南亞 的季風(fēng)降水的正相關(guān)增強(qiáng)。指出，同期e n s o 事件的增強(qiáng)使得季風(fēng)與暖池的相互 影響增強(qiáng)，同時(shí)也使得印度洋偶極子異常增強(qiáng)，并進(jìn)一步影響到南亞季風(fēng)的增強(qiáng)， 以及印度夏季風(fēng)降水與東太平洋海溫異常之間關(guān)系的減弱。 t i ml i 等n 町研究了局地海溫和e n s o 在導(dǎo)致亞澳季風(fēng)系統(tǒng)的環(huán)流異常中分別 起到的作用，指出對(duì)于不同的區(qū)域，局地海溫和e n s o 對(duì)導(dǎo)致環(huán)流異常的作用不 同，重要性也不同。鄒立堯和劉宣飛n 司的數(shù)值模擬認(rèn)為熱帶東太平洋和熱帶東印 度洋海溫正異常時(shí)，都將導(dǎo)致亞洲夏季風(fēng)的減弱以及印度半島、赤道西太平洋降 水的減少。h a n n a m a l a i 叼通過(guò)數(shù)值模擬分析局地海溫和熱帶太平洋海溫在影 響赤道外環(huán)流異常上的聯(lián)系和區(qū)別，結(jié)果表明在南印度洋上，降水異常源于局地 海溫異常；另外也指出在影響p a c i f i c - n o r t ha m e r i c a n ( p n a ) 區(qū)域的環(huán)流異常 形式中，印度洋的海溫異常和熱帶太平洋的海溫異常兩者作用相反。 而對(duì)于海溫影響蒸發(fā)，l i s a ny u n 力根據(jù)l i u 等n 羽提出的整體參數(shù)化( b u l k p a r a m e t e r i z a t i o n ) 和相似理論( s i m i l a r i t yt h e o r y ) 給出了計(jì)算蒸發(fā)速率的 經(jīng)驗(yàn)公式： e v p = c , u ( q ，- q 。) = c , u d q ( 卜1 ) 其中吼是海面飽和比濕，9 4 是近下墊面的比濕，由是g j 9 4 ，u 指海面風(fēng)，巳是 湍流交換系數(shù)，由大氣穩(wěn)定度，海氣溫差以及風(fēng)速?zèng)Q定n 鉑。l i s a ny u n 刀綜合考慮 了風(fēng)場(chǎng)，海溫以及潛熱擾動(dòng)對(duì)蒸發(fā)的影響，指出這幾者之間相互牽連，是一個(gè)有 3 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 機(jī)的整體，不能分割。另外，文獻(xiàn)啪2 n 也指出乞，u ，和吼均受s s t 影響，因而 e v p 隨著s s t 的改變而改變。 1 2 3e n s o 與局地海溫的變化特征 上述指出了海溫( 包括了局地海溫和e n s o ) 對(duì)環(huán)流、降水、蒸發(fā)場(chǎng)的影響很 重要，但也指出了兩者的作用同樣存在區(qū)別?？紤]e n s o 現(xiàn)象和印度洋海溫之間的 關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者既相互影響，又有所區(qū)別。大量的研究表明，印度洋海溫的主要 特征表現(xiàn)為全區(qū)一致的單極型和東西反向的偶極型特征隴捌，其中單極型作為印 度洋s s t a 對(duì)太平洋e n s o 事件的響應(yīng)模態(tài)嘲，而l i 等洶1 同時(shí)也認(rèn)為e n s o 對(duì)偶極型 有著重要的觸發(fā)作用，可見(jiàn)印度洋海溫的變化與太平洋的e n s o 存在明顯的關(guān)系， 吳國(guó)雄等心釘發(fā)現(xiàn)東印度洋的海表溫度變化與赤道東太平洋海表溫度變化的相關(guān) 系數(shù)達(dá)0 7 6 。晏紅明等口8 1 認(rèn)為印度洋地區(qū)的海溫年際變化與赤道東太平洋地區(qū)的 海溫年際變化有較好的相關(guān)關(guān)系，是e n s o 循環(huán)的重要組成部分。周天軍等曬1 將“大 氣橋 理論移植到印度洋，認(rèn)為赤道中東太平洋e 1n i f i o 異常導(dǎo)致印度洋上空 大氣環(huán)流異常，進(jìn)一步導(dǎo)致熱帶印度洋s s t 的變化。 上述說(shuō)明的是e n s o 對(duì)印度洋海溫的主動(dòng)影響，但也有人認(rèn)為在印度洋和太平 洋兩者之間印度洋起到誘發(fā)作用，巢清塵等、陳錦年等m 認(rèn)為印度洋對(duì)太平洋 的e n s o 事件爆發(fā)起主要作用。另外吳國(guó)雄腳1 則認(rèn)為赤道印度洋和東太平洋s s t 年際變化有顯著的正相關(guān)，是由于沿赤道印度洋上空的緯向季風(fēng)環(huán)流和太平洋上 空的w a l k e r 環(huán)流之間顯著的耦合造成的，耦合形式看起來(lái)像兩洋上空的一對(duì)齒輪 ( g i p ) ，一個(gè)作順時(shí)針變化時(shí)，另一個(gè)作反時(shí)針變化，認(rèn)為e n s o 和印度洋海溫兩 者相互作用。 而范伶俐陽(yáng)1 則綜合前人的研究指出：在近5 0 年中，熱帶海洋地區(qū)的s s t 存在 顯著的年代際改變，指出1 9 7 6 年之前，兩者的關(guān)系中印度洋夏季起主動(dòng)作用，然 后相互作用，冬季則是太平洋起主動(dòng)作用調(diào)控印度洋的單極子；而在1 9 7 6 年以后， 在兩者的關(guān)系中，印度洋是獨(dú)立的，并且起引發(fā)熱帶太平洋e 1n i f i o 事件的作 用，冬季太平洋仍然對(duì)印度洋的單極現(xiàn)象起調(diào)控作用，但相關(guān)程度減弱。 另外我們知道，一個(gè)e n s o 事件包括發(fā)展期到衰減期的過(guò)程，譚言科等m 1 的研 究恰恰指出印度洋海溫距平從偶極到單極的變化對(duì)應(yīng)著e 1n i f i o 事件從發(fā)展到 4 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 衰減的過(guò)程。這在表明了印度洋海溫和e n s o 事件之間關(guān)系的緊密性外，也提示我 們，e n s o 事件的不同階段對(duì)應(yīng)的印度洋海溫的特征是不同的。 前人的研究指出e n s o 現(xiàn)象和局地海溫兩者之間既有聯(lián)系，又有區(qū)別，因而研 究海溫對(duì) 異常的影響既要考慮e n s o 現(xiàn)象和局地海溫之間的共同點(diǎn)，同時(shí)也要 注意兩者之間的差異性。 1 3 本文擬研究的內(nèi)容 上述指出研究水汽源區(qū)的水汽異常情況對(duì)我們了解亞澳季風(fēng)區(qū)水汽收支情 況十分重要，水汽的異常與降水、蒸發(fā)以及環(huán)流的異常聯(lián)系緊密，海溫對(duì)上述三 者影響顯著。前人對(duì)這三個(gè)方面都有相當(dāng)?shù)难芯?，但將這三個(gè)方面糅合起來(lái)，探 討海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源異常的影響的研究卻幾乎沒(méi)有。因而本文由此入手， 討論北半球夏季亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源年際尺度上的變化特征，以及局地海溫和同期 e n s o 事件對(duì)夏季亞澳季風(fēng)區(qū)水汽變化影響的主要機(jī)理，并比較局地海溫和e n s o 事件對(duì)水汽影響的異同點(diǎn)，以及討論e n s o 事件不同階段對(duì)水汽的影響有何不同。 本文內(nèi)容主要包括以下章節(jié)： 1 一1 1 、刖舌 2 、資料和方法 3 、夏季亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源區(qū)各物理量的年際變化特征 4 、海溫和視水汽匯 的耦合分析特征 5 、海溫對(duì)視水汽匯 的影響機(jī)理 6 、總結(jié)和討論 5 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 第二章資料和方法 2 1 本文使用的資料 1 ) 1 9 7 9 - 2 0 0 7 年n c e p d o er e a n a l y s i si i 逐日再分析資料，包括高空17 層風(fēng)場(chǎng)( u w n d 、v w n d 、p 坐標(biāo)垂直速度國(guó)) 資料、溫度( a i r ) 資料，相對(duì)濕度 ( r h u m ) 資料以及地表氣壓( p r e s s f c ) 資料，水平分辨率2 5 。2 5 。 2 ) 1 9 7 9 2 0 0 7 年n c e p d o er e a n a l y s i si i 逐月再分析資料，包括高空1 7 層風(fēng)場(chǎng)( u w n d 、v n d 、彩) 資料；表面風(fēng)( u n d 、v w n d ) 選用n c e 惝rr e a n a l y s i s 逐月再分析資料，水平分辨率2 5 。x 2 5 。 3 ) 海溫資料采用h a d l e y 環(huán)流中心1 9 7 9 - 2 0 0 7 年的o 1 。月平均的海溫 h a d i s s t ( h a d le yc e n t r es e ai c ea n ds s td a t as e t ) 。 4 ) 美國(guó)氣候預(yù)測(cè)中心c p c 提供的降水( t h ec p cm e r g e da n a l y s i so f p r e c i p i t a t i o n ，c m a p ) 月平均資料：水平分辨率為2 5 。2 5 。，1 9 7 9 - 2 0 0 7 年； 以及美國(guó)n o a a 經(jīng)過(guò)內(nèi)插處理的全球向外長(zhǎng)波輻射( o u t g o i n gl o n g w a v e r a d i a t i o n ，o l r ) 月平均資料，水平分辨率為2 0 x 2 5 。，1 9 7 9 - 2 0 0 7 年。 5 ) 蒸發(fā)資料選取美國(guó)w o o d sh o l e 海洋研究所提供的客觀分析海氣通量 ( o b j e c t i v e l ya n a l y z e da i r - s e af l u x e s ，o af l u x ) 月平均資料中1 9 7 9 - 2 0 0 6 年l o x l 。的蒸發(fā)資料。 2 2 資料處理 本文采用y a n a i 等洶1 提出的倒算法計(jì)算了全球逐日高空逐層視水汽匯： 幺一磅枷v 忡參 ) 其中g(shù) 為比濕，1 ，為水平風(fēng)，緲為p 坐標(biāo)垂直速度，為蒸發(fā)潛熱，其中g(shù) 通 過(guò)利用相對(duì)濕度( r h u m ) 轉(zhuǎn)換得到： q = o 6 2 2 x e p ( 2 2 a ) f = e e 1 0 0 ( 2 2 b ) 6 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 e ；e o 1 0 ( 2 2 c ) 其中p 為水汽壓，為相對(duì)濕度( r h u m ) ，e 為飽和水汽壓，毛為o 。c 時(shí)的 飽和水汽壓( 6 1 0 7 h p a ) ，t 為攝氏溫度，a = 7 5 ，b = 2 3 7 3 。 對(duì)逐層q 2 作垂直積分： - 吉e q 勿 ( 2 _ 3 ) 其中 正值為視水汽匯，而負(fù)值為視水汽源。 另外y a n a i 明曾給出： = l ( p - d ( 2 4 ) 其中尸為降水率，五為蒸發(fā)率。 對(duì) 作月平均處理和求距平處理，得到逐月距平值。由于本文針對(duì)北半球 夏季水汽源的異常特征來(lái)作分析，因而對(duì) 的逐月距平值6 、7 、8 月份作季節(jié) 平均。以下文中的夏季均為北半球夏季。 2 3 分析方法 本文主要采用的方法：帶通濾波嘲、小波分析嘲、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)( e o f ) 分 析1 、奇異值分解( s v d ) 分析“、條件奇異值分解( c s v d ) 分析、相關(guān)分析、 合成分析等方法。以上分析方法前人均作了詳細(xì)的介紹，在此不再贅述，具體可 以參考魏風(fēng)英編著的現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)以及黃家佑編著的氣 象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法m 1 。 下面主要介紹c s v d 分析方法，由美國(guó)夏威夷大學(xué)國(guó)際太平洋研究中心的 a n h 幻提出，特點(diǎn)是可以先去除變量場(chǎng)本身含有的一些信號(hào)，然后再作s v d 分析， 即作有條件的s v d 分析。具體做法是，對(duì)兩個(gè)準(zhǔn)備耦合的三維氣象變量場(chǎng)： 彳( z ，y ，f ) = 口。( f ) 氣( x ，y ) ( 2 5 ) b ( x ，y ，f ) = k ( f ) 厶( z ，j ，) ( 2 6 ) 以及要去掉的信號(hào)z = z ( t ) ，可以進(jìn)行以下的操作， a ；a z c o v ( a ，z ) v a r ( z ) ( 2 7 ) 7 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 b 。= b z e o v ( b ，z ) v a r ( z ) ( 2 8 ) 其中，e o v ( a ，z ) 和e o v ( b ，z ) 分別表示場(chǎng)4 和信號(hào)z 的協(xié)方差以及場(chǎng)b 和信 號(hào)z 的協(xié)方差，v a r ( z ) 表示信號(hào)z 的協(xié)方差。為了檢驗(yàn)信號(hào)去除的效果，可以分 別計(jì)算兩個(gè)新的協(xié)方差陣c o v ( a , z ) 和c o v ( b , z ) ，若兩個(gè)協(xié)方差陣的值全為零， 則表示兩個(gè)新的變量場(chǎng)彳和b 均與信號(hào)z 正交，即信號(hào)z 已被很好的去除。將 已去掉信號(hào)z 的兩個(gè)新變量場(chǎng)彳和b 的協(xié)方差e o v ( a , b ) 進(jìn)行s v d 分解，就稱 為條件s v d 分析，它從實(shí)際上滿足了剔除不必要信號(hào)影響的需要。 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽掉的影響 第三章夏季亞澳季風(fēng)水汽源區(qū)各物理量的 年際變化特征 3 1 夏季亞澳季風(fēng)區(qū)水汽收支的氣候特征 在視水汽匯 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季平均的合成圖上( 圖3 - i ) 發(fā)現(xiàn)，南半 球?yàn)榇竺娣e的水汽源區(qū)，而水汽匯區(qū)集中在北半球副熱帶地區(qū)， 南北分布型 十分顯著。水汽源區(qū)基本在4 礦s 礦之間，大值中心呈帶狀分布，且基本上分布 在4 d 屯1 6 0 0 e 之間。在此，考慮亞澳季風(fēng)區(qū)的范圍，選取( 4 0 0 e 1 6 帆，4 0 葛 曠) 作為所研究的亞澳季風(fēng)區(qū)夏季水汽源區(qū)的參考范圍。 圖3 - i 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季視水汽匯( 曝 的平均場(chǎng)( 陰影部分為水汽源區(qū)，( m - 2 ) ) 為進(jìn)一步分析上述水汽源區(qū)視水汽匯異常的年際變化特征，針對(duì)視水汽匯 濾出2 8 年的分量，即年際變化分量。圖3 2 給出了 年際分量的方差貢 獻(xiàn)百分比，在所選水汽源區(qū)，方差貢獻(xiàn)超過(guò)了5 0 9 6 ，且在大部分區(qū)域方差貢獻(xiàn)都 超過(guò)了3 0 ，尤其在南印度洋區(qū)域( 5 00 | e 1 0 0 。e ，3 0 葛1 5 。s ) 及澳大利亞西北 側(cè)區(qū)域( 8 曠b 1 4 0 。e ，1 5 專o o ) 尤為顯著，結(jié)合圖3 - 1 發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)區(qū)域的 的量值均超過(guò)了一1 0 0 礦4 的等值線，尤其在前一區(qū)域( 如 的量值大面積的達(dá) 到一2 0 0 礦m 以上。另外在澳大利亞及以東區(qū)域年際變化也十分顯著。這說(shuō)明 在水汽源區(qū)，尤其在南印度洋和澳大利亞西北側(cè)這兩個(gè)水汽源大值區(qū)，年際變化 是主要的。 j；裂=篡|2|； 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞菠季風(fēng)匡水汽氟扮髟聘 圈3 - 2 ( 如 年際分量方差貢獻(xiàn)百分比( ) ( 陰影表示百分比大于3 0 9 6 ) 對(duì) 年際變化分量的主要周期為2 4 年。圖3 4 給出了( 吼 2 4 年分量的方差 貢獻(xiàn)圖，圖上反映出 2 4 年的分量的貢獻(xiàn)是十分重要的。因而本文針對(duì) 2 4 年的分量來(lái)研究局地海溫對(duì)夏季亞澳季風(fēng)水汽源區(qū) 的影響，利用 b u t t e r w o r t h 1 濾波器對(duì)所有月平均資料的距平值進(jìn)行時(shí)刪尺度分解，保留了 2 4 年的分量。以下文中的距平值均為2 4 年的分量。 一： 1 ： 9 l ，囂逸型；i 邕型 。1 鼎f 揣8 ”。篇m 端8 “ 。f 。二穗。嚆“鑲b 1 點(diǎn)，一 okt 圖3 - 3 年際分量 作e o f 分解后得到的前兩個(gè)模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)( p c i 、p c 2 ) 的小波系數(shù)的模( 圖中黑色線條所示區(qū)域通過(guò)顯著水平為00 5 的紅噪音檢驗(yàn)) 印度洋、太平洋海溢對(duì)亞澳季風(fēng)e 水汽潭的影響 2 導(dǎo)o o 曙o o 鼉。一 圖$ - 4 2 4 年分燕的方差貢獻(xiàn)百分比( ) ( 陰影表示百分比大于3 肌) 3 2 視水汽匯 的年際變異模 根據(jù)上述參考水汽源區(qū)( 圖31 ) 對(duì) 距平值2 4 年分量的夏季平均值作 標(biāo)準(zhǔn)化處理后作e o f 分析( 圖3 5 ) ，第一模態(tài)解釋方差為1 50 7 ，通過(guò)顯著性 檢驗(yàn)“”。其空間分布型表現(xiàn)為，水汽源區(qū)南印度洋區(qū)域( q 。 基本上為負(fù)異常中心， 而澳大利亞西北側(cè)區(qū)域則相反，( 融 基奉上為正異常中心，這兩個(gè)區(qū)域 的分 布相反，且大值中心呈西南一東北反位相分布。說(shuō)明。同樣作為水汽源區(qū)， 的變化并不一致。另外第模態(tài)時(shí)間系數(shù)p c i 與同期o n i ( e n s o 指數(shù)) 的相關(guān)系 數(shù)為0 4 3 ，超過(guò)了9 5 信度檢驗(yàn)。這說(shuō)明，e n s o 事件與視水汽匯異常聯(lián)系緊密。 e o f 其他模態(tài)沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)本文不作分析。 。00 6-004-00 2 00 200 400 600 8 1e1 1 4 目35 夏季 表現(xiàn)為正異常，反之亦然。另外圖3 6 c 中o n i 是同期e n s o 指數(shù)，與降水第一模態(tài)時(shí)問(wèn)系數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0 5 4 ，超過(guò)了 9 5 的信度檢驗(yàn)，而與蒸發(fā)的相關(guān)系數(shù)為一0 3 2 ，呈負(fù)相關(guān)但沒(méi)有超過(guò)9 5 的信度 檢驗(yàn)，這也表示e n s o 事件與降永的聯(lián)系緊密，而與蒸發(fā)聯(lián)系不緊密。 3 4 環(huán)流場(chǎng)的年際變異模 表面風(fēng)場(chǎng)與蒸發(fā)量有關(guān)系，而垂直運(yùn)動(dòng)反映了降水量的異常。由表面風(fēng)場(chǎng) ( u v ) 和8 5 0 h p a 的垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)( 甜) 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季平均的合成圖( 圖3 8 ) 上可見(jiàn)，在水汽源區(qū)水平風(fēng)場(chǎng)在3 0 。s 以北表現(xiàn)是東南風(fēng)，以南為西風(fēng)，對(duì)應(yīng)著 熱帶信風(fēng)帶和中高緯西風(fēng)帶：而8 5 0 h p a 的垂直運(yùn)動(dòng)主要為下沉運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著副 熱帶高壓的作用，在近赤道區(qū)域?yàn)槿醯纳仙\(yùn)動(dòng)。 j i 一 磊孑= 習(xí)吾二i 焉i 急，一 圖38 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季表面風(fēng)( u v ，刪。- 1 ) 和8 5 0 h p a 的垂直運(yùn)動(dòng)( ，一p g w 填色部分) 的平均場(chǎng) 囂篙慧蕓q 印度洋、太平洋海沮對(duì)亞滇季風(fēng)聰承汽潭的影響 對(duì)表面風(fēng)場(chǎng)和8 5 0 h p a 垂直運(yùn)動(dòng)的距平值2 4 年分量的夏季平均值作標(biāo)準(zhǔn)化 處理后作e o f 分析( 圖3 - 9 ) ，對(duì)于第一模態(tài)的空間分布型和時(shí)間序列，分析可 見(jiàn)，在空問(wèn)分布上( 圖3 - 9 a ) ，同樣區(qū)域性的差異很顯著，在南印度洋區(qū)域，表 面風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為南風(fēng)和西南風(fēng)特征，經(jīng)向風(fēng)特征較顯著，而在澳大利亞西北側(cè)區(qū)域 風(fēng)場(chǎng)為西風(fēng)和西北風(fēng)特征，聯(lián)系索馬里急流和1 0 耽越赤道急流的特征，發(fā)現(xiàn)這 一空間模態(tài)反映出了越赤道氣流的變化特征，可以看到，索馬里急流和1 0 5 6 e 越 赤道急流兩者呈相反的變化特征，這與叢箐“帕和唐碧m 1 的研究結(jié)果一致；而在 8 5 0 h p a 垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上，很明顯的存在兩個(gè)很強(qiáng)的正負(fù)中心呈西南一東北反位相分 布型，表現(xiàn)在南印度洋區(qū)域下沉，而在澳大利亞西北側(cè)區(qū)域上升。 。：。：二二= 一。一0 0 o0 2o02 00 4 o0 6 1 9 8 0 3 b 9 2 51 9 9 82 0 7 圖3 - 9 夏季表面風(fēng)( u v ) 和8 5 0 h p a 垂直運(yùn)動(dòng)m ( o m g ，填色部分) 距平值2 4 4 年分量 的e o f 分解第一模態(tài)及其時(shí)問(wèn)系數(shù)( a ：空問(wèn)分布型，u v 的方藉貢獻(xiàn)2 02 2 ，甜( o m g ) 的方差貢獻(xiàn)1 38 8 * b ：時(shí)間序列( p c i ( 螄g ) p c i ( u v ) ) 以及e k s o 指數(shù)( 0 n i 1 0 ) ) 另外在時(shí)問(wèn)序列上( 圖3 - 9 b ) 表面風(fēng)場(chǎng)第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)( p c i ( u v ) ) 與垂直運(yùn)動(dòng)腳的時(shí)間系數(shù)( p c i ( o 鳴) ) 兩者的正相關(guān)高達(dá)0 7 8 ，同時(shí)在圖上也 可看出，兩者的變化特征基本一致。說(shuō)明表面風(fēng)場(chǎng)和垂直運(yùn)動(dòng)第一模態(tài)的空間分 布型變化的特征是一致出現(xiàn)的，即在南印度洋區(qū)域，表面風(fēng)的南風(fēng)異常時(shí)，加強(qiáng) 了索馬里急流，唐碧“”指出：索馬里急流偏強(qiáng)年，馬達(dá)加斯加附近海平面氣壓偏 高，恰恰對(duì)應(yīng)著垂直運(yùn)動(dòng)為下沉運(yùn)動(dòng)異常。而此時(shí)在澳丈利亞西北側(cè)區(qū)域，表面 風(fēng)的偏西北風(fēng)異常時(shí)，減弱了1 0 5 。e 越赤道急流，此時(shí)澳大利亞冷高偏弱“”，垂 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 直運(yùn)動(dòng)為上升運(yùn)動(dòng)異常，反之亦然。 另外兩者的時(shí)間序列分別與o n i 的時(shí)間序列反相關(guān)，其中p c i ( u v ) 與o n i 的相關(guān)系數(shù)為一o 3 9 ，而p c i ( o m g ) 與o n i 的相關(guān)系數(shù)為一0 6 0 ，均超過(guò)9 5 的信 度檢驗(yàn)。說(shuō)明e n s o 與水汽源區(qū)的環(huán)流場(chǎng)形勢(shì)聯(lián)系緊密。 3 5 小結(jié) 本章首先分析了多年平均 的空間分布特征，確定了亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的 研究范圍，找出該范圍 主要的年際變化周期，對(duì)各物理量相應(yīng)的年際變化分 量的變異模態(tài)進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下： 1 ) 多年平均情況下，夏季，亞澳季風(fēng)區(qū)的水汽源區(qū)主要位于南半球低緯地 區(qū)，選取( 4 0 。e - - ，1 6 0 。e ，4 0 。s 0 。) 作為亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源區(qū)的研究范圍，該區(qū) 域 主要的年際變化周期為2 - 一4 年。 2 ) 水汽源區(qū) 距平的分布特征有顯著的區(qū)域差異，在e o f 第一模態(tài)的空 間分布上，南印度洋和澳大利亞西北側(cè)區(qū)域的 大值中心呈西南一東北反位相 型分布。與此對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)、降水量的空間分布也存在同樣的特征，且在相應(yīng)區(qū)域 降水正( 負(fù)) 異常對(duì)應(yīng)著蒸發(fā)負(fù)( 正) 異常，對(duì)水汽源的減弱( 加強(qiáng)) 起到同相 的作用。 3 ) 環(huán)流場(chǎng)的分布特征上，表面u v 風(fēng)場(chǎng)以及垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)彩，也存在區(qū)域性的 差異，表面u v 風(fēng)場(chǎng)在空間分布特征上表現(xiàn)的是索馬里急流和1 0 5 。e 越赤道氣流 的異常特征，兩者的異常呈相反的變化，且同時(shí)垂直運(yùn)動(dòng)場(chǎng)彩在南印度洋區(qū)域和 澳大利亞西北側(cè)區(qū)域也呈相反的變化特征。 4 ) 同期e n s o 事件與上述各物理量( 蒸發(fā)場(chǎng)除外) 距平值的年際變異模第一 模態(tài)的時(shí)間系數(shù)的相關(guān)性都超過(guò)了9 5 的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明e n s o 與上述水汽源 區(qū)各物理量的分布特征聯(lián)系緊密。 印度洋、太平洋海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)水汽源的影響 第四章海溫和視水汽匯 的耦合特征 上一章分析了 以及相關(guān)物理量的年際變化特征，可見(jiàn)， 的異常與蒸 發(fā)、降水量的異常息息相關(guān)，環(huán)流的異常與蒸發(fā)和降水異常的模態(tài)非常匹配，它 是造成蒸發(fā)、降水量異常的途徑。而海溫對(duì)環(huán)流的異常影響十分顯著n 3 1 4 埔1 ，且 e n s o 現(xiàn)象和局地海溫對(duì)亞澳季風(fēng)區(qū)環(huán)流的影響存在差異n 鍆，那么，e n s o 事件和 局地海溫異常如何影響 的異常呢，兩者有何異同呢? 我們通過(guò)對(duì)海溫s s t 和 作s v d 分析和c s v d 分析( 去除了同期e n s o 信號(hào)一o n i 指數(shù)) 來(lái)對(duì)這個(gè)問(wèn)題 進(jìn)行討論，比較兩者的異同，探討e n s o 事件、局地海溫和 異常之間的耦合 關(guān)系。圖4 - 1 、4 - 2 分別為s v d 前兩個(gè)模態(tài)和c s v d 前兩個(gè)模態(tài)的異性相關(guān)圖。 4 1 海溫和視水汽匯 的s v d 和c s v d 分析 圖4 - 1 a 中s v d 第一模態(tài) 的分布型跟e o f 分解的第一模態(tài)分布型結(jié)果一 致，在南印度洋區(qū)域( 5 0 0 e 1 0 0 0 e ，3 0 。s 1 5 s o ) 為負(fù)異常中心，對(duì)應(yīng)著澳大利 亞西北側(cè)區(qū)域( 8 0 。e - - 1 4 0 。e ，1 5 。s - 一，0 。) 為正異常中心