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华南前汛期降水年代际异常特征及机理研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究进展

1.2.1 我国夏季降水年代际变化研究现状

1.2.2 华南前汛期降水年代际异常特征

1.2.3 大气环流因子与华南前汛期降水异常的联系

1.2.4 海温对华南前汛期降水异常的影响

1.3 拟解决的问题

1.4 研究内容和章节安排

第二章 资料和方法

2.1 资料简介

2.2 方法介绍

2.2.1 经验正交函数分解(EOF)

2.2.2 奇异值分解(SVD)

2.2.3 高斯低通滤波

2.2.4 线性相关分析

2.2.5 滑动相关分析

2.2.6 合成分析及检验方法

2.2.7 一元线性回归

2.2.8 滑动t检验

2.2.9 滑动F检验

第三章 华南前汛期降水年代际异常特征及其与大气环流的联系

3.1 华南前汛期降水年代际异常特征

3.1.1 气候特征

3.1.2 年际和年代际异常时空特征

3.2 降水年代际转折前后东亚大气环流特征对比

3.2.1 500hPa位势高度场

3.2.2 850hPa风场

3.2.3 200hPa纬向风场

3.2.4 对流层内温度

3.2.5 整层水汽通量

3.3 本章小结

第四章 海温异常对华南前汛期降水年代际异常的影响及可能物理机制

4.1 海温与华南前汛期降水的关系

4.2 南太平洋海温异常对前汛期降水的影响及可能机制

4.2.1 前汛期降水异常与同期南太平洋海温异常的SVD分析

4.2.2 南太平洋海温年代际异常对华南前汛期降水的影响过程

4.3 北大西洋海温三极子模态对前汛期降水的影响及可能机制

4.3.1 前汛期降水异常与同期北大西洋海温异常的SVD分析

4.3.2 北大西洋海温三极子型模态对前汛期降水异常的影响过程

4.4 本章小结

第五章 华南前汛期降水年际变率的年代际转变及可能物理机制

5.1 引言

5.2 华南前汛期降水年际变率的年代际转变

5.2.1 华南前汛期降水年际异常的时空分布特征

5.2.2 华南前汛期降水年际变率的增强

5.4 赤道东太平洋海温与华南前汛期降水关系的年代际变化

5.5 不同年代背景下赤道东太平洋海温对大气环流异常的影响

5.5.1 与EEPI相关联的风场异常

5.5.2 与EEPI相关联的垂直速度场

5.6 赤道东太平洋海温对华南前汛期降水的可能影响过程及机制

5.7 2003年之后华南前汛期降水年际异常的可能原因

5.8 本章小结

第六章 总结与讨论

6.1 主要结论

6.2 讨论与展望

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

本文主要利用1981~2013年中国160站月平均降水资料,从均值和变率的角度出发,研究了华南前汛期降水年代际异常时空分布特征,并结合NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海表温度资料,采用多种统计分析方法,讨论了华南前汛期降水年代际异常变化与大气环流和海温的关系,最后提出了华南前汛期降水年代际异常的可能机制。主要结论如下:
  (1)华南前汛期降水均值在1992左右发生了明显的年代际突变,降水由偏少转为偏多。1990s初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏多的年代际转折。年代际转折前后,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列,以及中纬度贝加湖地区的高压脊均具有显著差异,这些环流系统的年代际异常是导致华南前汛期降水年代际异常的重要原因。
  (2)华南前汛期降水年代际异常与南太平洋关键区海温以及北大西洋海温三极子模态呈显著的年代际正相关关系。当南太平洋关键区海温异常偏暖及北大西洋海温呈现出“+-+”三极子形式时,它们分别激发出从海温关键区到我国华南地区的“+-”交替的年代际遥相关波列,来自南太平洋和大西洋的遥相关波列使得东亚地区出现了有利于华南前汛期降水异常偏多的大气环流形势,从而导致了1990s初以后华南前汛期降水的年代际异常偏多。
  (3)华南前汛期降水年际变率(均方差)在2003年左右发生了由偏弱转为偏强的年代际突变,2003年以后华南前汛期发生极端旱涝事件的频率明显增强。华南前汛期降水年际变率的转变与赤道东太平洋海温年际变率的减弱密切相关,20世纪90年代初到21世纪初华南前汛期降水年际变化与赤道东太平洋海温为显著的正相关关系,而2003年以后二者之间为弱的相关关系。
  (4)1994~2003年期间,赤道东太平洋海温影响华南前汛期降水年际异常的可能机制是:赤道东太平洋海温异常偏暖,在赤道东西太平洋之间激发形成一个异常的反沃克环流,赤道东太平洋为异常上升运动,而热带西太平洋为异常下沉运动,并且在其低层形成异常的反气旋式环流,反气旋式外围的辐散气流将西北太平洋地区的暖湿水汽源源不断的输送到我国华南地区,暖湿水汽在华南地区辐合上升,最终导致华南前汛期降水异常偏多。
  (5)2003年以后西北太平海温的异常变化是导致华南前汛期降水年际异常的重要外强迫因子,其可能影响机制为:西北太平洋海温负(正)异常时,在菲律宾附近激发形成异常的辐散下沉(辐合上升)运动,并在低层伴有异常的反气旋式(气旋式)环流形成,而华南地区为异常的辐合上升(辐散下沉)运动。西北太平洋海温异常,使得菲律宾地区与华南地区之间通过异常的垂直环流圈相联系,进而影响华南前汛期的降水异常。

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