（气象学专业论文）印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响.pdf

印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 专业：气象学 硕士生：黄威 指导老师：乔云亭讲师 摘要 本文使用1 9 7 9 2 0 0 7 年n c e p d o er e a n a l y s i si i 资料计算了全球视水汽汇 ，研究了北半球夏季亚澳季风区水汽源的特征，以及局地海温和e n s o 对水 汽源的影响机理，结果表明： 夏季亚澳季风水汽源区的视水汽汇 存在明显的年际变化，其中年际变化 的主要周期在2 - - - 4 年。在水汽源区， 异常存在着区域性的差异，呈现出西 南一东北反位相的异常分布特征，即在南印度洋( 5 0 。e 1 0 0 。e ，3 0 0 s 1 5 。s ) 和澳 大利亚季风区西北侧( 8 0 。e 1 4 0 。e ，1 5 。s o 。) 存在两个主要变化中心，它们是 亚澳季风区水汽源变化的关键区。 在上述两个关键区，局地海温对 的影响显著，两者呈正相关关系，局地 海温正( 负) 异常对应着 正( 负) 异常，同期e n s o 事件加强了局地海温的 异常，相应地加强了 异常。 局地海温对 异常的影响机理如下：南印度洋关键区局地海温正( 负) 异 常导致局地经向环流和纬向环流的异常，在局地造成上升( 下沉) 运动异常，导 致降水量正( 负) 异常，同时低层南风风速减弱( 增强) ，导致蒸发量产生负( 正) 异常，从而造成 正( 负) 异常。澳大利亚西北侧关键区类似，局地海温异常 造成垂直环流的异常，导致降水量、蒸发量异常，造成 异常。不同之处在于， 澳大利亚西北侧关键区低层风的异常主要为纬向风的异常，且垂直运动异常的强 度更为显著，对应着十分显著的降水异常。 关键词：水汽源局地海温 e n s o i l l 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n i n d i a no c e a n ，p a c i f i co c e a ns e a s u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) a n dt h em o i s t u r es o u r c ei n a s i a n - - a u s t r a l i a nm o n s o o nr e g i o ni nb o r e a ls u m m e r m a j o r ：m e t e o r o l o g y n a m e ：h u a n gw e i s u p e r v i s o r ：q i a oy u n t i n g a b s t r a c t t h em o i s t u r es i n k i sc a l c u l a t e db a s e do nn c e p d o er e a n a l y s i si id a t a s ， t or e s e a r c ht h ec h a r a c t e r so ft h em o i s t u r es o u r c ei na s i a n - a u s t r a l i a nm o n s o o nr e g i o n i nb o r e a ls u m m e r , a sw e l la st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns s ta n dt h em o i s t u r es o u r c e t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： i na s i a n - a u s t r a l i a nm o n s o o nr e g i o ni nb o r e a ls u m m e r , t h e r ea r es i g n i f i c a n t i n t e r - a n n u a lv a r i a t i o n so ft h em o i s t u r es i n k ，a n dt h em a i np e r i o di s2 - 4y e a r i n t h em o i s t u r es o u r c er e g i o n , r e g i o n a ld i f f e r e n c e se x i s to ft h e a n o m a l y , e m b o d i e s t h es o u t h w e s t - n o r t h e a s to ft h ea n t i - p h a s ec h a r a c t e r i s t i c ，n a m e l yt h e r ea r et w oa n o m a l y c e n t e r sl o c a t e di nt h es o u t h e r ni n d i a no c e a n ( d ( 5 0 0 f p l 0 0 。e ，3 0 0 s - - 1 5 0 s ) a n dt h e n o r t h e a s t e r na u s t r a l i a n ( a ) ( 8 0 。e - - - 1 4 0 。e ，1 5 0 s - 0 0 ) r e g i o n s ，a st h ek e ya r e a so ft h e m o i s t u r es o u r c e i nt h ek e ya r e a s ，t h el o c a ls s tc o r r e l a t e sp o s i t i v e l yw i t ht h e a n o m a l y , a n de n s o e v e n te n h a n c e st h el o c a ls s ta n d t h e a n o m a l y t h em e c h a n i s mo ft h el o c a ls s ta n o m a l yi n f l u e n c e st h e a n o m a l yi sa s f o l l o w s ：i nt h e ( i ) k e ya r e a ，t h el o c a ls s tp o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l yc a u s e st h el o c a l m e r i d i o n a lc i r c u l a t i o na n dt h ez o n a lc i r c u l a t i o na n o m a l y , t h e nc a u s e sl o c a la b n o r m a l a s c e n t ( d e c e n t ) m o t i o n ，t h e nc a u s e st h ep r e c i p i t a t i o n ( p ) p o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l y , a n dt h el o w e r - l e v e ls o u t h e r l yw e a k e r ( s t r o n g e r ) c a u s e st h ee v a p o r a t i o n ( e v p ) n e g a t i v e ( p o s i t i v e ) a n o m a l y , a n df i n a l l yc a u s e st h e p o s i t i v e ( n e g a t i v e ) a n o m a l y i nt h e ( a ) k e ya r e as h o w st h es i m i l a rm e c h a n i s m ，t h ed i f f e r e n ti st h ez o n a l 谢n da tt h e l o w e r - l e v e l ，a n dt h ev e r t i c a lm o t i o ni sm u c hs t r o n g e r , c o r r e s p o n d st ot h es t r o n g e r a n o m a l y k e yw o r d s ：m o i s t u r es o u r c e ，l o c a ls s t e n s o 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：叫耳卯d 童武 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子板和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复 制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位 论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名墨、文 日期：硼了鼻翎纠 导师签名：厉乏苔 日期：川f 衫 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 1 1 研究意义 第一章前言 对季风区水汽收支的研究是当前大气科学的热点课题之一，季风区的水汽收 支一方面受季风环流本身的影响，另一方面水汽凝结所释放的潜热反过来又影响 季风环流，因此对它的研究有助于对季风活动的研究。亚洲季风区和澳大利亚季 风区是世界上著名的季风活动区，前者包括中国大陆、日本、中南半岛、印度以 及南海、西太平洋、孟加拉湾等地；后者从澳大利亚北部延伸到新几内亚和印度 尼西亚地区n 1 。亚澳季风降水提供了世界上6 0 的人口所需的水，亚澳季风水汽 收支的异常直接造成其降水的异常，引起旱涝灾害，从而给该地区的国家经济建 设和人民生命财产造成巨大影响。目前亚澳季风区水汽的研究主要是针对水汽输 送的特征，对水汽源的研究较少。而水汽的输送指将水汽从水汽源区输送到汇区， 因而忽略水汽源的异常而单单考虑水汽的输送特征是不全面的，为进一步了解亚 澳季风区水汽收支特征，研究水汽源异常特征十分必要，同时对了解大气环流系 统和天气系统的基本特征也有重要作用，另外对研究气候异常防灾减灾意义十分 重大。 海温是大气环流的一个重要的强迫因子，澳大利亚季风区和南印度洋局地海 温异常直接影响该地下垫面的海气热通量，影响大气热源，从而影响大气环流的 分布，造成越赤道气流的变异，与此同时，这两个区域海温的变化也会对其上层 大气中水汽含量有直接影响，进而对该地的水汽源的强弱产生影响，造成亚澳季 风区水汽收支的异常。因此，研究北半球夏季南印度洋和澳大利亚季风区海温的 异常所引起的局地水汽源异常及所引起的越赤道水汽输送异常对亚澳季风区水 汽收支异常的影响是十分必要的。另一方面，赤道中东太平洋海温通过遥相关作 用也对亚澳季风产生重要影响，e n s o 被认为是引起亚澳季风年际差异的主要原 因，反过来，亚澳季风异常又会引发e n s o 事件，季风与e n s o 存在显著的相互作 用口、3 1 。亚澳季风的年际变异与e n s o 有密切的关系拈1 。夏季越赤道气流的年际 变异与e n s o 也有密切联系， e 1n i f i o 年夏季，索马里越赤道气流变弱，1 0 5 。e 及其以东的越赤道气流明显加强，l an i f i a 年相反。这将造成来自澳大利亚季 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 风区和南印度洋越赤道水汽输送的异常。乔云亭的研究表明陆1 ，亚澳季风区作为 一个整体，在其东边界整年都存在水汽输入，北半球夏季东边界上的水汽输入尤 其强盛，这些水汽可追溯到赤道中东太平洋，并与e n s o 有密切的关系。因此， 中东太平洋海温异常对东亚季风区水汽汇的影响也是值得研究的。 1 2 研究现况 1 2 1 亚澳季风区水汽源特征 由于亚澳季风区水汽收支对季风的研究十分重要，因而很多研究都针对亚澳 季风区水汽的特征而展开，尤其是水汽的输送特征：乔云亭等n 1 分析了亚澳季风 区视水汽汇的水汽收支时空分布特征，结果表明：该范围水汽收支的典型空间分 布型为南北型，且分布型有明显的季节变化，并指出该区域间存在三支越赤道水 汽输送通道。乔云亭，林美静阻1 通过分析亚澳季风区的水汽输送特征也指出，南 北半球间，亚澳季风区夏季的水汽输送比冬季强盛很多，且无论冬季夏季，赤道 上存在两个显著的水汽经向输送大值区，并指出这两支越赤道水汽输送是相互独 立的，其中夏季索马里越赤道水汽输送在亚澳季风区之间的水汽交换中占主要作 用。这也同王会军等1 的结论相同。 上述说明了越赤道水汽输送在亚澳季风区水汽变化特征中的重要性，而水汽 输送是将水汽从源区输送到汇区，因而水汽源的异常必然对水汽输送有重要影 响。乔云亭嘲详细分析了不同季节，不同区域水汽的收支情况，以及越赤道水汽 输送的变化特征，指出撇开南半球的水汽源区，而只考虑某一个或几个区域的水 汽收支对于研究亚洲季风区的水汽收支是不全面的。表明研究南半球水汽源区水 汽收支是十分重要的，有助于我们提高对亚洲季风区水汽收支变化规律的认识。 1 2 2 海温对降水、蒸发、环流场的影响 南半球的水汽源区位于大面积的海洋上，且水汽的来源主要是海洋，为了研 究南半球水汽源区的水汽收支，海温的变化特征十分重要。此外水汽的变化与降 水、蒸发联系紧密，对整层大气蒸发是大气水分的来源，即源，降水是大气水分 的支出，即汇，降水减蒸发即为大气水分的净支出，即视水汽汇口1 ，当蒸发量大 2 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 于降水量时，视水汽汇为负，表示水汽源，反之为正，表示水汽汇。同时降水、 蒸发与环流又有非常密切的关系，而海温对于降水、蒸发、环流的影响均十分显 著，这方面的研究是很多的。 杨明珠和丁一汇n 们指出当南印度洋海温偶极子正位相时，通过与大气的相互 作用，增强了夏季马斯克林高压，从而加强了索马里越赤道气流，使得印度季风 降水偏多。m a t h e wr o x ya n dy o u i c h it a n i n o t o n 幻指出，北印度洋海温的异常对 于局地降水异常的影响十分显著。c a r o l i n ec u 删e n h o f e r 等n 2 1 指出，在澳大 利亚西南部，局地海温的正异常强迫出大尺度大气环流的重组，并导致对流性降 水的增加。 b i nw a n g 等口3 1 指出亚澳季风区的年际变化与e n s o 的关系十分密切，发现自 1 9 7 0 年代以来，e n s o 与印度夏季风的负相关减弱，而与北太平洋西部及东南亚 的季风降水的正相关增强。指出，同期e n s o 事件的增强使得季风与暖池的相互 影响增强，同时也使得印度洋偶极子异常增强，并进一步影响到南亚季风的增强， 以及印度夏季风降水与东太平洋海温异常之间关系的减弱。 t i ml i 等n 町研究了局地海温和e n s o 在导致亚澳季风系统的环流异常中分别 起到的作用，指出对于不同的区域，局地海温和e n s o 对导致环流异常的作用不 同，重要性也不同。邹立尧和刘宣飞n 司的数值模拟认为热带东太平洋和热带东印 度洋海温正异常时，都将导致亚洲夏季风的减弱以及印度半岛、赤道西太平洋降 水的减少。h a n n a m a l a i 叼通过数值模拟分析局地海温和热带太平洋海温在影 响赤道外环流异常上的联系和区别，结果表明在南印度洋上，降水异常源于局地 海温异常；另外也指出在影响p a c i f i c - n o r t ha m e r i c a n ( p n a ) 区域的环流异常 形式中，印度洋的海温异常和热带太平洋的海温异常两者作用相反。 而对于海温影响蒸发，l i s a ny u n 力根据l i u 等n 羽提出的整体参数化( b u l k p a r a m e t e r i z a t i o n ) 和相似理论( s i m i l a r i t yt h e o r y ) 给出了计算蒸发速率的 经验公式： e v p = c , u ( q ，- q 。) = c , u d q ( 卜1 ) 其中吼是海面饱和比湿，9 4 是近下垫面的比湿，由是g j 9 4 ，u 指海面风，巳是 湍流交换系数，由大气稳定度，海气温差以及风速决定n 铂。l i s a ny u n 刀综合考虑 了风场，海温以及潜热扰动对蒸发的影响，指出这几者之间相互牵连，是一个有 3 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 机的整体，不能分割。另外，文献啪2 n 也指出乞，u ，和吼均受s s t 影响，因而 e v p 随着s s t 的改变而改变。 1 2 3e n s o 与局地海温的变化特征 上述指出了海温( 包括了局地海温和e n s o ) 对环流、降水、蒸发场的影响很 重要，但也指出了两者的作用同样存在区别。考虑e n s o 现象和印度洋海温之间的 关系，发现两者既相互影响，又有所区别。大量的研究表明，印度洋海温的主要 特征表现为全区一致的单极型和东西反向的偶极型特征陇捌，其中单极型作为印 度洋s s t a 对太平洋e n s o 事件的响应模态嘲，而l i 等汹1 同时也认为e n s o 对偶极型 有着重要的触发作用，可见印度洋海温的变化与太平洋的e n s o 存在明显的关系， 吴国雄等心钉发现东印度洋的海表温度变化与赤道东太平洋海表温度变化的相关 系数达0 7 6 。晏红明等口8 1 认为印度洋地区的海温年际变化与赤道东太平洋地区的 海温年际变化有较好的相关关系，是e n s o 循环的重要组成部分。周天军等晒1 将“大 气桥 理论移植到印度洋，认为赤道中东太平洋e 1n i f i o 异常导致印度洋上空 大气环流异常，进一步导致热带印度洋s s t 的变化。 上述说明的是e n s o 对印度洋海温的主动影响，但也有人认为在印度洋和太平 洋两者之间印度洋起到诱发作用，巢清尘等、陈锦年等m 认为印度洋对太平洋 的e n s o 事件爆发起主要作用。另外吴国雄脚1 则认为赤道印度洋和东太平洋s s t 年际变化有显著的正相关，是由于沿赤道印度洋上空的纬向季风环流和太平洋上 空的w a l k e r 环流之间显著的耦合造成的，耦合形式看起来像两洋上空的一对齿轮 ( g i p ) ，一个作顺时针变化时，另一个作反时针变化，认为e n s o 和印度洋海温两 者相互作用。 而范伶俐阳1 则综合前人的研究指出：在近5 0 年中，热带海洋地区的s s t 存在 显著的年代际改变，指出1 9 7 6 年之前，两者的关系中印度洋夏季起主动作用，然 后相互作用，冬季则是太平洋起主动作用调控印度洋的单极子；而在1 9 7 6 年以后， 在两者的关系中，印度洋是独立的，并且起引发热带太平洋e 1n i f i o 事件的作 用，冬季太平洋仍然对印度洋的单极现象起调控作用，但相关程度减弱。 另外我们知道，一个e n s o 事件包括发展期到衰减期的过程，谭言科等m 1 的研 究恰恰指出印度洋海温距平从偶极到单极的变化对应着e 1n i f i o 事件从发展到 4 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 衰减的过程。这在表明了印度洋海温和e n s o 事件之间关系的紧密性外，也提示我 们，e n s o 事件的不同阶段对应的印度洋海温的特征是不同的。 前人的研究指出e n s o 现象和局地海温两者之间既有联系，又有区别，因而研 究海温对 异常的影响既要考虑e n s o 现象和局地海温之间的共同点，同时也要 注意两者之间的差异性。 1 3 本文拟研究的内容 上述指出研究水汽源区的水汽异常情况对我们了解亚澳季风区水汽收支情 况十分重要，水汽的异常与降水、蒸发以及环流的异常联系紧密，海温对上述三 者影响显著。前人对这三个方面都有相当的研究，但将这三个方面糅合起来，探 讨海温对亚澳季风区水汽源异常的影响的研究却几乎没有。因而本文由此入手， 讨论北半球夏季亚澳季风区水汽源年际尺度上的变化特征，以及局地海温和同期 e n s o 事件对夏季亚澳季风区水汽变化影响的主要机理，并比较局地海温和e n s o 事件对水汽影响的异同点，以及讨论e n s o 事件不同阶段对水汽的影响有何不同。 本文内容主要包括以下章节： 1 一1 1 、刖舌 2 、资料和方法 3 、夏季亚澳季风区水汽源区各物理量的年际变化特征 4 、海温和视水汽汇 的耦合分析特征 5 、海温对视水汽汇 的影响机理 6 、总结和讨论 5 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 第二章资料和方法 2 1 本文使用的资料 1 ) 1 9 7 9 - 2 0 0 7 年n c e p d o er e a n a l y s i si i 逐日再分析资料，包括高空17 层风场( u w n d 、v w n d 、p 坐标垂直速度国) 资料、温度( a i r ) 资料，相对湿度 ( r h u m ) 资料以及地表气压( p r e s s f c ) 资料，水平分辨率2 5 。2 5 。 2 ) 1 9 7 9 2 0 0 7 年n c e p d o er e a n a l y s i si i 逐月再分析资料，包括高空1 7 层风场( u w n d 、v n d 、彩) 资料；表面风( u n d 、v w n d ) 选用n c e 惝rr e a n a l y s i s 逐月再分析资料，水平分辨率2 5 。x 2 5 。 3 ) 海温资料采用h a d l e y 环流中心1 9 7 9 - 2 0 0 7 年的o 1 。月平均的海温 h a d i s s t ( h a d le yc e n t r es e ai c ea n ds s td a t as e t ) 。 4 ) 美国气候预测中心c p c 提供的降水( t h ec p cm e r g e da n a l y s i so f p r e c i p i t a t i o n ，c m a p ) 月平均资料：水平分辨率为2 5 。2 5 。，1 9 7 9 - 2 0 0 7 年； 以及美国n o a a 经过内插处理的全球向外长波辐射( o u t g o i n gl o n g w a v e r a d i a t i o n ，o l r ) 月平均资料，水平分辨率为2 0 x 2 5 。，1 9 7 9 - 2 0 0 7 年。 5 ) 蒸发资料选取美国w o o d sh o l e 海洋研究所提供的客观分析海气通量 ( o b j e c t i v e l ya n a l y z e da i r - s e af l u x e s ，o af l u x ) 月平均资料中1 9 7 9 - 2 0 0 6 年l o x l 。的蒸发资料。 2 2 资料处理 本文采用y a n a i 等汹1 提出的倒算法计算了全球逐日高空逐层视水汽汇： 幺一磅枷v 忡参 ) 其中g 为比湿，1 ，为水平风，缈为p 坐标垂直速度，为蒸发潜热，其中g 通 过利用相对湿度( r h u m ) 转换得到： q = o 6 2 2 x e p ( 2 2 a ) f = e e 1 0 0 ( 2 2 b ) 6 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 e ；e o 1 0 ( 2 2 c ) 其中p 为水汽压，为相对湿度( r h u m ) ，e 为饱和水汽压，毛为o 。c 时的 饱和水汽压( 6 1 0 7 h p a ) ，t 为摄氏温度，a = 7 5 ，b = 2 3 7 3 。 对逐层q 2 作垂直积分： - 吉e q 勿 ( 2 _ 3 ) 其中 正值为视水汽汇，而负值为视水汽源。 另外y a n a i 明曾给出： = l ( p - d ( 2 4 ) 其中尸为降水率，五为蒸发率。 对 作月平均处理和求距平处理，得到逐月距平值。由于本文针对北半球 夏季水汽源的异常特征来作分析，因而对 的逐月距平值6 、7 、8 月份作季节 平均。以下文中的夏季均为北半球夏季。 2 3 分析方法 本文主要采用的方法：带通滤波嘲、小波分析嘲、经验正交函数( e o f ) 分 析1 、奇异值分解( s v d ) 分析“、条件奇异值分解( c s v d ) 分析、相关分析、 合成分析等方法。以上分析方法前人均作了详细的介绍，在此不再赘述，具体可 以参考魏风英编著的现代气候统计诊断与预测技术以及黄家佑编著的气 象统计分析与预报方法m 1 。 下面主要介绍c s v d 分析方法，由美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的 a n h 幻提出，特点是可以先去除变量场本身含有的一些信号，然后再作s v d 分析， 即作有条件的s v d 分析。具体做法是，对两个准备耦合的三维气象变量场： 彳( z ，y ，f ) = 口。( f ) 气( x ，y ) ( 2 5 ) b ( x ，y ，f ) = k ( f ) 厶( z ，j ，) ( 2 6 ) 以及要去掉的信号z = z ( t ) ，可以进行以下的操作， a ；a z c o v ( a ，z ) v a r ( z ) ( 2 7 ) 7 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 b 。= b z e o v ( b ，z ) v a r ( z ) ( 2 8 ) 其中，e o v ( a ，z ) 和e o v ( b ，z ) 分别表示场4 和信号z 的协方差以及场b 和信 号z 的协方差，v a r ( z ) 表示信号z 的协方差。为了检验信号去除的效果，可以分 别计算两个新的协方差阵c o v ( a , z ) 和c o v ( b , z ) ，若两个协方差阵的值全为零， 则表示两个新的变量场彳和b 均与信号z 正交，即信号z 已被很好的去除。将 已去掉信号z 的两个新变量场彳和b 的协方差e o v ( a , b ) 进行s v d 分解，就称 为条件s v d 分析，它从实际上满足了剔除不必要信号影响的需要。 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽掉的影响 第三章夏季亚澳季风水汽源区各物理量的 年际变化特征 3 1 夏季亚澳季风区水汽收支的气候特征 在视水汽汇 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季平均的合成图上( 图3 - i ) 发现，南半 球为大面积的水汽源区，而水汽汇区集中在北半球副热带地区， 南北分布型 十分显著。水汽源区基本在4 矿s 矿之间，大值中心呈带状分布，且基本上分布 在4 d 屯1 6 0 0 e 之间。在此，考虑亚澳季风区的范围，选取( 4 0 0 e 1 6 帆，4 0 葛 旷) 作为所研究的亚澳季风区夏季水汽源区的参考范围。 图3 - i 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季视水汽汇( 曝 的平均场( 阴影部分为水汽源区，( m - 2 ) ) 为进一步分析上述水汽源区视水汽汇异常的年际变化特征，针对视水汽汇 滤出2 8 年的分量，即年际变化分量。图3 2 给出了 年际分量的方差贡 献百分比，在所选水汽源区，方差贡献超过了5 0 9 6 ，且在大部分区域方差贡献都 超过了3 0 ，尤其在南印度洋区域( 5 00 | e 1 0 0 。e ，3 0 葛1 5 。s ) 及澳大利亚西北 侧区域( 8 旷b 1 4 0 。e ，1 5 专o o ) 尤为显著，结合图3 - 1 发现，这两个区域的 的量值均超过了一1 0 0 矿4 的等值线，尤其在前一区域( 如 的量值大面积的达 到一2 0 0 矿m 以上。另外在澳大利亚及以东区域年际变化也十分显著。这说明 在水汽源区，尤其在南印度洋和澳大利亚西北侧这两个水汽源大值区，年际变化 是主要的。 j；裂=篡|2|； 印度洋、太平洋海温对亚菠季风匡水汽氟扮髟聘 圈3 - 2 ( 如 年际分量方差贡献百分比( ) ( 阴影表示百分比大于3 0 9 6 ) 对 年际变化分量的主要周期为2 4 年。图3 4 给出了( 吼 2 4 年分量的方差 贡献图，图上反映出 2 4 年的分量的贡献是十分重要的。因而本文针对 2 4 年的分量来研究局地海温对夏季亚澳季风水汽源区 的影响，利用 b u t t e r w o r t h 1 滤波器对所有月平均资料的距平值进行时删尺度分解，保留了 2 4 年的分量。以下文中的距平值均为2 4 年的分量。 一： 1 ： 9 l ，嚣逸型；i 邕型 。1 鼎f 揣8 ”。篇m 端8 “ 。f 。二穗。嚆“镶b 1 点，一 okt 图3 - 3 年际分量 作e o f 分解后得到的前两个模态对应的时间系数( p c i 、p c 2 ) 的小波系数的模( 图中黑色线条所示区域通过显著水平为00 5 的红噪音检验) 印度洋、太平洋海溢对亚澳季风e 水汽潭的影响 2 导o o 曙o o 鼍。一 图$ - 4 2 4 年分燕的方差贡献百分比( ) ( 阴影表示百分比大于3 肌) 3 2 视水汽汇 的年际变异模 根据上述参考水汽源区( 图31 ) 对 距平值2 4 年分量的夏季平均值作 标准化处理后作e o f 分析( 图3 5 ) ，第一模态解释方差为1 50 7 ，通过显著性 检验“”。其空间分布型表现为，水汽源区南印度洋区域( q 。 基本上为负异常中心， 而澳大利亚西北侧区域则相反，( 融 基奉上为正异常中心，这两个区域 的分 布相反，且大值中心呈西南一东北反位相分布。说明。同样作为水汽源区， 的变化并不一致。另外第模态时间系数p c i 与同期o n i ( e n s o 指数) 的相关系 数为0 4 3 ，超过了9 5 信度检验。这说明，e n s o 事件与视水汽汇异常联系紧密。 e o f 其他模态没有通过显著性检验本文不作分析。 。00 6-004-00 2 00 200 400 600 8 1e1 1 4 目35 夏季 表现为正异常，反之亦然。另外图3 6 c 中o n i 是同期e n s o 指数，与降水第一模态时问系数的相关系数为0 5 4 ，超过了 9 5 的信度检验，而与蒸发的相关系数为一0 3 2 ，呈负相关但没有超过9 5 的信度 检验，这也表示e n s o 事件与降永的联系紧密，而与蒸发联系不紧密。 3 4 环流场的年际变异模 表面风场与蒸发量有关系，而垂直运动反映了降水量的异常。由表面风场 ( u v ) 和8 5 0 h p a 的垂直运动场( 甜) 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季平均的合成图( 图3 8 ) 上可见，在水汽源区水平风场在3 0 。s 以北表现是东南风，以南为西风，对应着 热带信风带和中高纬西风带：而8 5 0 h p a 的垂直运动主要为下沉运动对应着副 热带高压的作用，在近赤道区域为弱的上升运动。 j i 一 磊孑= 习吾二i 焉i 急，一 图38 1 9 7 9 2 0 0 7 年夏季表面风( u v ，删。- 1 ) 和8 5 0 h p a 的垂直运动( ，一p g w 填色部分) 的平均场 嚣篙慧芸q 印度洋、太平洋海沮对亚滇季风聪承汽潭的影响 对表面风场和8 5 0 h p a 垂直运动的距平值2 4 年分量的夏季平均值作标准化 处理后作e o f 分析( 图3 - 9 ) ，对于第一模态的空间分布型和时间序列，分析可 见，在空问分布上( 图3 - 9 a ) ，同样区域性的差异很显著，在南印度洋区域，表 面风场表现为南风和西南风特征，经向风特征较显著，而在澳大利亚西北侧区域 风场为西风和西北风特征，联系索马里急流和1 0 耽越赤道急流的特征，发现这 一空间模态反映出了越赤道气流的变化特征，可以看到，索马里急流和1 0 5 6 e 越 赤道急流两者呈相反的变化特征，这与丛箐“帕和唐碧m 1 的研究结果一致；而在 8 5 0 h p a 垂直运动场上，很明显的存在两个很强的正负中心呈西南一东北反位相分 布型，表现在南印度洋区域下沉，而在澳大利亚西北侧区域上升。 。：。：二二= 一。一0 0 o0 2o02 00 4 o0 6 1 9 8 0 3 b 9 2 51 9 9 82 0 7 图3 - 9 夏季表面风( u v ) 和8 5 0 h p a 垂直运动m ( o m g ，填色部分) 距平值2 4 4 年分量 的e o f 分解第一模态及其时问系数( a ：空问分布型，u v 的方藉贡献2 02 2 ，甜( o m g ) 的方差贡献1 38 8 * b ：时间序列( p c i ( 蛳g ) p c i ( u v ) ) 以及e k s o 指数( 0 n i 1 0 ) ) 另外在时问序列上( 图3 - 9 b ) 表面风场第一模态的时间系数( p c i ( u v ) ) 与垂直运动脚的时间系数( p c i ( o 鸣) ) 两者的正相关高达0 7 8 ，同时在图上也 可看出，两者的变化特征基本一致。说明表面风场和垂直运动第一模态的空间分 布型变化的特征是一致出现的，即在南印度洋区域，表面风的南风异常时，加强 了索马里急流，唐碧“”指出：索马里急流偏强年，马达加斯加附近海平面气压偏 高，恰恰对应着垂直运动为下沉运动异常。而此时在澳丈利亚西北侧区域，表面 风的偏西北风异常时，减弱了1 0 5 。e 越赤道急流，此时澳大利亚冷高偏弱“”，垂 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 直运动为上升运动异常，反之亦然。 另外两者的时间序列分别与o n i 的时间序列反相关，其中p c i ( u v ) 与o n i 的相关系数为一o 3 9 ，而p c i ( o m g ) 与o n i 的相关系数为一0 6 0 ，均超过9 5 的信 度检验。说明e n s o 与水汽源区的环流场形势联系紧密。 3 5 小结 本章首先分析了多年平均 的空间分布特征，确定了亚澳季风区水汽源的 研究范围，找出该范围 主要的年际变化周期，对各物理量相应的年际变化分 量的变异模态进行分析，主要结论如下： 1 ) 多年平均情况下，夏季，亚澳季风区的水汽源区主要位于南半球低纬地 区，选取( 4 0 。e - - ，1 6 0 。e ，4 0 。s 0 。) 作为亚澳季风区水汽源区的研究范围，该区 域 主要的年际变化周期为2 - 一4 年。 2 ) 水汽源区 距平的分布特征有显著的区域差异，在e o f 第一模态的空 间分布上，南印度洋和澳大利亚西北侧区域的 大值中心呈西南一东北反位相 型分布。与此对应的蒸发、降水量的空间分布也存在同样的特征，且在相应区域 降水正( 负) 异常对应着蒸发负( 正) 异常，对水汽源的减弱( 加强) 起到同相 的作用。 3 ) 环流场的分布特征上，表面u v 风场以及垂直运动场彩，也存在区域性的 差异，表面u v 风场在空间分布特征上表现的是索马里急流和1 0 5 。e 越赤道气流 的异常特征，两者的异常呈相反的变化，且同时垂直运动场彩在南印度洋区域和 澳大利亚西北侧区域也呈相反的变化特征。 4 ) 同期e n s o 事件与上述各物理量( 蒸发场除外) 距平值的年际变异模第一 模态的时间系数的相关性都超过了9 5 的显著性检验，说明e n s o 与上述水汽源 区各物理量的分布特征联系紧密。 印度洋、太平洋海温对亚澳季风区水汽源的影响 第四章海温和视水汽汇 的耦合特征 上一章分析了 以及相关物理量的年际变化特征，可见， 的异常与蒸 发、降水量的异常息息相关，环流的异常与蒸发和降水异常的模态非常匹配，它 是造成蒸发、降水量异常的途径。而海温对环流的异常影响十分显著n 3 1 4 埔1 ，且 e n s o 现象和局地海温对亚澳季风区环流的影响存在差异n 钔，那么，e n s o 事件和 局地海温异常如何影响 的异常呢，两者有何异同呢? 我们通过对海温s s t 和 作s v d 分析和c s v d 分析( 去除了同期e n s o 信号一o n i 指数) 来对这个问题 进行讨论，比较两者的异同，探讨e n s o 事件、局地海温和 异常之间的耦合 关系。图4 - 1 、4 - 2 分别为s v d 前两个模态和c s v d 前两个模态的异性相关图。 4 1 海温和视水汽汇 的s v d 和c s v d 分析 图4 - 1 a 中s v d 第一模态 的分布型跟e o f 分解的第一模态分布型结果一 致，在南印度洋区域( 5 0 0 e 1 0 0 0 e ，3 0 。s 1 5 s o ) 为负异常中心，对应着澳大利 亚西北侧区域( 8 0 。e - - 1 4 0 。e ，1 5 。s - 一，0 。) 为正异常中心