青藏高原—贝加尔湖地区夏季气候、植被联系特征及成因的初步研究

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本文利用了GIMMS-NDVI 3g.v1数据集、国家气象信息中心观测降水数据、NCEP/NCAR、ECWMF-ERA5再分析等数据,研究了青藏高原夏季气候年际变化特征及其与西伯利亚贝加尔湖地区气候之间的关系。通过分析气候要素(降水与气温)变化对植被生态(归一化差值植被指数,Normalized Difference Vegetation Index,简称NDVI)变化的影响,考察了青藏高原和贝加尔湖地区NDVI之间的联系特征。从不同海域海温异常影响的角度,初步分析了青藏高原和贝加尔湖两地区气候(NDVI)存在显著联系的可能原因。最后,本文重点分析了引起青藏高原夏季降水异常的海陆前兆信号及可能的物理机制,也简要探讨了引起贝加尔湖地区夏季气温异常的前兆信号。得到的主要结论如下:(1)在年际尺度上,1982–2014年夏季青藏高原东部降水与西伯利亚贝加尔湖附近地表气温联系紧密。降水异常是调控青藏高原东部NDVI异常的主要气候因子,而地表气温异常是影响贝加尔湖地区NDVI异常的主要气候因子。由于青藏高原东部降水和贝加尔湖气温之间存在紧密联系,因此这两个地区的NDVI也表现出了显著相关关系。(2)夏季青藏高原–贝加尔湖(Tibetan Plateau–Lake Baikal,简称TP–LB)偶极型环流模态是控制青藏高原及其北侧贝加尔湖地区最重要的大气环流异常模态之一。它可以反映夏季青藏高原东南部和贝加尔湖附近对流层上层位势高度的反相变化。该偶极型模态可同时调控青藏高原东部降水和贝加尔湖地区气温异常,最终导致两地区NDVI出现显著相关。热带东太平洋、北印度洋、西北太平洋和副热带北大西洋关键区海温异常配置可以影响TP–LB偶极型环流异常,是青藏高原东部和贝加尔湖夏季气候(NDVI)出现显著联系的重要外强迫因素。(3)对青藏高原夏季降水特征及其成因进一步分析发现:在年际尺度上,青藏高原地区夏季降水表现出东西反向型结构,对高原东部NDVI变化具有一定作用。青藏高原南北侧位势高度反向变化模态是调控青藏高原夏季降水的主要大气环流模态。它有利于引导印度洋水汽自西边界进入青藏高原,同时也引导孟加拉湾水汽经雅鲁藏布江水汽通道自南部进入高原东部地区,导致该地区降水偏多。(4)前期春季印度洋海温异常是调控青藏高原夏季东西反向型降水结构的重要前期信号,它可能通过海陆两种途径将异常信号传递至夏季。一方面,春季印度洋海温异常本身可以持续至夏季,并主要通过调控夏季青藏高原南侧低纬度位势高度异常影响青藏高原东西反向型降水结构。另一方面,春季印度洋海温异常可以引导地中海水汽向东输送至图兰平原地区,从而影响该地区春季土壤湿度异常。而春季图兰平原土壤湿度异常信号可以持续至夏季,并通过调节对流层上空的垂直运动,引起青藏高原北侧位势高度异常和相应的气旋环流异常,进而对夏季青藏高原东西反向型降水产生影响。(5)统计分析发现,贝加尔湖夏季气温异常与前期海温异常的联系较弱,但与前期降水和土壤湿度异常表现出显著联系。前期春季贝加尔湖地区降水和相应的土壤湿度异常可能通过土壤“记忆性”效应持续至夏季,通过调节对流有效势能导致局地对流活动和相应的降水异常,从而引起贝加尔湖地区夏季气温异常。尽管本文探讨了青藏高原与西伯利亚贝加尔湖地区夏季气候(NDVI)的年际变化特征,并初步分析了它们之间出现显著联系的可能影响因素。但是,这些因素(特别是前期影响因子)通过何种物理过程对两地区夏季气候(NDVI)产生共同影响,从而导致两地区气候(NDVI)出现显著联系?这一问题尚需未来进一步研究。
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