【摘 要】
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气候的干湿状况作为区域水热平衡条件的重要指示,受到太阳辐射、大气环流、下垫面以及人类活动等因素的影响,在水循环中起着重要作用,而影响气候干湿变化的这些因素在不同地区之间会存在较大差异。因此,研究区域气候的干湿变化及影响因素有助于理解区域和全球气候系统的相互作用及影响机制。其中,中国北方季风边缘区对区域气候变化和全球环境变化响应敏感,是区域及全球环境变化研究的重点区域。但在以往的研究中,中国北方季风
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(41771211); 国家自然科学基金重点项目(41530745);
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气候的干湿状况作为区域水热平衡条件的重要指示,受到太阳辐射、大气环流、下垫面以及人类活动等因素的影响,在水循环中起着重要作用,而影响气候干湿变化的这些因素在不同地区之间会存在较大差异。因此,研究区域气候的干湿变化及影响因素有助于理解区域和全球气候系统的相互作用及影响机制。其中,中国北方季风边缘区对区域气候变化和全球环境变化响应敏感,是区域及全球环境变化研究的重点区域。但在以往的研究中,中国北方季风边缘区夏季气候干湿变化的主要影响因素尚不明确,且夏季气候的干湿变化对东亚夏季风强弱变化的响应仍需进一步研究。本研究选取中国北方季风边缘区114个气象站点1960-2010年6-8月的日值气象数据,计算日平均气温≥10℃期间的积温、潜在蒸散发及干燥指数,分析中国北方季风边缘区夏季气候要素及干湿变化的时空特征,并运用旋转经验正交函数对研究区进行干湿特征分区;根据各分区对应的时间系数距平值的变化,定义各分区的干年、湿年,并结合再分析数据,计算东亚夏季风指数、区域西风指数、东亚夏季风北界指数、以及干年、湿年间的后向水汽轨迹数聚类、水汽通量及散度,分析研究区夏季气候干湿变化的主要影响因素,并在此基础上探讨研究区夏季气候的干湿变化如何响应东亚夏季风的强弱变化。结果显示:(1)中国北方季风边缘区夏季年平均干燥指数在1960-1977、1987-1995年呈明显的下降趋势,在1977-1987、1995-2010年呈明显的上升趋势。根据REOF时空分解的结果,可将研究区划分成6个分区,分别位于研究区的东北部、中东部、中部、南部、西南部和西北部。(2)东亚夏季风指数在1960-1968、1998-2010年呈明显下降的趋势,在1968-1976、1976-1998年呈明显上升的趋势;区域西风指数在1960-1969年呈明显下降的趋势,在1969-1982、1982-2010年呈明显上升的趋势。(3)中国北方季风边缘区的后向水汽轨迹聚类、水汽通量及散度存在明显的区域差异。各分区后向水汽轨迹数占比在湿年与干年之间也存在差异,这可能指示后向水汽轨迹的变化会影响各分区的夏季降水及干湿变化;中东部、东北部、南部地区的水汽不论在湿年还是干年基本呈辐合状态;西南部、西北部地区有明显的水汽输送,但水汽即使在湿年基本呈辐散状态;中部地区除小部分区域水汽呈辐散状态外,其余大部分区域水汽基本呈辐合状态。对上述结果作趋势对比、区域对比分析后,有如下结论:(1)时间上,中国北方季风边缘区夏季气候在1960-1977、1987-1995年趋于变湿,在1977-1987、1995-2010年趋于变干。空间上,研究区的各分区夏季气候干湿变化存在明显的区域差异:中部、西南部和西北部地区在1970s前夏季气候趋于变湿,而中东部、东北部、南部地区在1970s前夏季气候趋于变干;南部地区在1990s中期后夏季气候趋于变湿,其余5个分区在1990s中期后夏季气候趋于变干;中部与西南部地区夏季气候干湿变化的趋势相似——在1990s中期前趋于变湿,在1990s中期后趋于变干;中东部与东北部地区夏季气候干湿变化的趋势相似——呈“变干-变湿-变干”的变化趋势,只是中东部地区夏季气候的干湿变化略滞后于东北部地区。(2)中国北方季风边缘区夏季气候干湿变化在年际-年代际上受降水影响显著;而降水的水汽来源在不同区域之间存在差异:西北部、西南部地区主要受与局地蒸散发相关的降水再循环影响,南部、东北部地区主要受东亚夏季风携带水汽的影响,中东部、中部地区主要受西风环流与东亚夏季风携带水汽的共同影响。(3)中国北方季风边缘区夏季气候的干湿变化在年际-年代际上对东亚夏季风的强弱变化响应显著的是东北部地区,部分响应的是中东部、中部、南部地区,响应较弱的是西北部、西南部地区。产生这种差异的原因是:东北部地区存在东北冷涡这一特有、稳定且持续时间较长的天气系统,成为东北部地区夏季降水十分有利的背景。中东部、中部地区附近易出现阻塞高压、高空西风急流,当它们的强度偏强且位置偏南时会削弱东亚夏季风的强度、阻碍其北推进程,只有当中东部、中部地区不存在影响东亚夏季风强度增强并向北推进的环流场配置时,降水才会随东亚夏季风强度增强而增多,气候随之趋于变湿。南部地区位于中国北方季风边缘区的最南部,当东亚夏季风强度增强且位置明显偏北时,本区所受到的影响可能不如位置偏北的地区明显,或当东亚夏季风强度减弱且位置略偏南时,本区受到的影响可能又比其他地区明显。西北部、西南部地区夏季环流所携带的水汽呈辐散状态,是一种“干输送”,且这两个地区位于青藏高原的东北缘,多为下沉气流,加上这两个地区的蒸发旺盛,潜在蒸散发远大于实际降水,故与局地蒸散发相关的降水再循环主要影响这两个地区夏季气候的干湿变化。
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