前秋海温信号与东亚冬季风关系的年代际变化及CMIP5对冬季遥相关的模拟

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本论文利用观测资料研究了前期秋季不同海域海温信号与东亚冬季风关系的年代际变化,并探讨了年代际变化的可能原因;同时利用CMIP5大气环流耦合模式的输出数据,对影响东亚冬季气候异常遥相关型的模拟能力进行了评估和预估,主要结论如下:  1.前期秋季印度洋海温与后期东亚冬季风之关系呈现不稳定的年代际变化。1948~1960为显著负相关时段,1962~1988为弱的正相关,1999~2012又突变为负相关。1948~1960和1999~2012时段500hPa高度场异常表现为亚洲地区的南北向偶极子分布,东亚大槽区为显著正异常;高层200hPa呈现自印度洋至亚洲北部的“正、负、正、负”异常波列分布。对流层低层风场与高度场相匹配,东亚沿岸盛行显著偏南风,东亚冬季风偏弱。而1962~1988时段前秋印度洋海温与后期冬季东亚地区大气环流无显著联系,导致二者关系的阶段性减弱。同样,东亚地表温度以及我国台站温度与印度洋海温关系呈现显著的年代际变化。其年代际变化的可能原因是:1948~1960和1999~2012时段前期秋季海温偏高,后期冬季印度洋-西太平洋地区降水为“西正东负”的偶极子分布,该分布型导致印太区热源异常进而激发极向传播的Rossby波,引起东亚冬季风环流系统异常。1962~1988时段,印度洋海温与后期冬季偶极子降水型分布联系显著减弱,特别是与西太平洋区负相关变得不显著,造成海温信号和东亚冬季气候关系的减弱。  2.墨西哥湾流延伸区海温与东亚冬季风联系在20世纪70年代中后期发生明显年代际变化,由1948-1976(P1)显著正相关转为1980-2012(P2)时段的不显著负相关。同时,与湾延区海温异常相联系的环流在P1和P2时段改变明显:P1时段湾延区海温偏高,日本上空东亚大槽加深,东亚沿岸产生显著偏北风;而P2时段湾延区海温偏高,东亚大槽区为弱的正异常,东亚沿岸有不显著偏南风异常。造成该突变的可能原因是P1时段湾延区海温偏高容易激发出北大西洋到东亚“正、负、正、负”的异常波列,且该异常中心与正位相EU波列的异常中心位置基本一致,位相叠加加强了正EU,进而造成东亚冬季风的异常强劲。而P2阶段从西欧到东亚沿岸呈现不显著的类似于负位相EU波列,且异常中心与EU波列的异常中心位置有偏差,导致其与东亚冬季风关系相对于P1阶段发生了由显著正相关到不显著负相关的转变。  3.整体而言,14个耦合模式对EU、WP信号的具体时间变化特征模拟能力很弱,而对其空间模态特征模拟效果较好,能很好的再现遥相关的异常中心,但也存在一定的位置偏差。多数模式能再现EU与东亚以及西北太平洋地区表面气温的负相关性,但对我国华北以及黄淮流域降水负相关性模拟能力较差,且低估了EU与东亚地区气温、降水的关系。各模式对WP与东亚—西太平洋区气温相关性的南负北正分布均有很高模拟能力;能再现WP与降水在东北亚鄂霍次克海的正相关性,但对于我国大陆至西太平洋的负相关性模拟能力较弱,且各模式对WP与之气温关系的模拟优于其与降水的关系。对EU、WP整体模拟能力评分可知,GISS-E2-R对EU整体评估能力最强,NorESM1-M对WP综合评估能力最好,而HadCM3整体评分较低。RCP4.5情景下,EU和WP在未来略趋于负位相发展;EU与东亚气温和降水相关范围北抬;WP与气温相关范围西撤,与降水相关显著增强。
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