【摘 要】
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大气环流的春夏季节转换问题是一个经典的研究课题,长期以来一直受到普遍关注。它是大气环流变化的一个特殊阶段,可以作为大气环流变化研究的一个切入点,有助于深入认识东亚大气环流在春夏季节的演变规律,进而为我国初夏气候的预测提供新的思路和方法。本文利用再分析资料和观测资料,以亚洲中高纬春夏季节转换为研究问题,提出了一个界定季节转换的客观方法,并总结了其关键特征和演变规律。在此基础上,进一步研究了影响春夏季
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目(41630424); 国家重点研发计划项目(2016YFA0600703); 国家自然科学基金重大项目(41991283);
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大气环流的春夏季节转换问题是一个经典的研究课题,长期以来一直受到普遍关注。它是大气环流变化的一个特殊阶段,可以作为大气环流变化研究的一个切入点,有助于深入认识东亚大气环流在春夏季节的演变规律,进而为我国初夏气候的预测提供新的思路和方法。本文利用再分析资料和观测资料,以亚洲中高纬春夏季节转换为研究问题,提出了一个界定季节转换的客观方法,并总结了其关键特征和演变规律。在此基础上,进一步研究了影响春夏季节转换及其异常的可能热力和动力过程。最后,揭示了春夏季节转换早晚和不同入夏环流型对随后夏季气温和降水的影响。主要结论如下:(1)提出了界定春夏季节转换日期的一种方法。亚洲中高纬地区(70-160°E,50-75°N)2m气温(T2m)具有独特的季节变化特征。该地区在5月中旬至6月初经历一次剧烈且明显强于平稳季节循环的增温过程,然后在6月第2候趋于稳定,我们将这一候定义为气候上的春夏季节转换时间。我们取该地区6月第2候气候平均T2m值(280.95K)作为温度阈值,将每年T2m上升至最接近该温度阈值的时间定义为该年的春夏季节转换时间。亚洲中高纬春夏季节转换时间存在明显的年际与年代际变化特征。(2)总结了亚洲中高纬春夏季节转换时期中高纬环流和天气系统的关键变化特征。东北亚脊和东北亚低压的形成以及“双阻型”环流形势的建立是亚洲中高纬春夏季节转换的重要标志。伴随着季节转换,亚洲中高纬地区近地面温度的经向梯度减弱,高频斜压扰动亦随之减弱。与之相比,季节转换之后低频天气系统(包括亚洲阻塞高压和东北冷涡系统)成为该地区主导天气系统。(3)揭示了与春夏季节转换过程对应的亚洲中高纬地区快速增温的热力和动力驱动因子。从气候角度讲,非绝热加热对增温过程起主导作用,而亚洲中高纬地区气温上升和局地融雪之间的正反馈过程进一步促进了亚洲中高纬地区地表强烈增温过程。从季节转换异常角度讲,大尺度大气低频波列通过调制水平线性平流和绝热上升/下沉过程影响春夏季节转换时间的早晚。(4)阐明了亚洲中高纬春夏季节转换的早晚与东亚大气环流异常和中国东部降水格局的对应关系。在春夏季节转换异常年,从5月下旬至7月上旬,亚洲/西北太平洋地区的大气环流由6月第2候以前的鄂霍茨克海-日本波列(OKJ波列)异常转为太平洋-日本波列(PJ波列)异常。西太平洋副热带高压在季节转换偏早(晚)年偏强(弱)。与之相应,我国降水格局和气温异常的季节演变也表现出相当大的差异。在季节转换偏早(晚)年,我国大部的初夏温度偏高(低)。在季节转换偏早年,江淮梅雨的开始往往比常年提前1-2个候。而在季节转换偏晚年,长江以南地区(24-30°N)的梅雨期降水偏多。在季节转换偏早(晚)年,从6月中旬至7月初,我国北方和东北地区的降水偏多(少)。(5)从不同入夏环流型的角度,进一步阐述了春夏季节转换异常对我国夏季降水和气温的影响。我们利用自组织神经网络方法对亚洲中高纬入夏环流进行分类,并得到了4类入夏环流型。第一类至第三类入夏环流型相对稳定,可维持至梅雨期结束,因此对初夏和梅雨期气温和降水产生较为稳定的影响。而第四类入夏环流型不能稳定维持,因此初夏和梅雨期气温和降水形势会发生较大的变化。第一类体现了季节循环提前的环流特征。与之对应,初夏和梅雨期我国华南至长江中下游地区降水偏少,淮河流域降水偏多,东北地区降水偏少;第二类入夏环流型以较强的巴尔喀什湖槽和东北亚脊为主要特征,与之对应,初夏和梅雨期我国东部降水格局以“南多北少”为主要特征。第三类入夏环流型以强盛的贝加尔湖槽和较强的东北亚低压为主要特征,中西伯利亚地区显著偏冷,我国大部地区温度偏高。入夏时,我国降水形势为“南多北少”,梅雨期则长江流域和东北地区降水偏多,西北华北降水少;第四类对应着亚洲中高纬和低纬度地区季节转换均出现滞后的情况。
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