东亚臭氧变化对东亚冬季风及中国降水的影响

【作者】 黎海凤； 郭世昌； 汪明圣； 易琦； 陈彩霞；

【机构】 云南大学； 民航海南空管分局；

【摘要】 1.绪论1.1东亚季风与天气气候关系的研究进展1.2东亚季风与臭氧关系的研究进展1.3研究的目的和意义由于平流层臭氧变化对东亚大气环流及对流层的天气气候的影响具有非常重要的作用,也是当今SPARC1研究领域中的一个重点和难点问题,因此,探讨东亚臭氧变化对东亚冬季风及中国降水的影响具有一定的理论价值和现实意义。本文试图通过研究臭氧与东亚冬季风的关系,进而从一个方面揭示中国冬季降水的成因。2.资料和方法 2.1研究资料第一部分是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的逐月气象资料;第二部分是国家气候中心的160个站的逐月降水资料。2.2研究方法 EOF分析;合成分析;交叉谱分析;SVD分析。3.东亚冬季风与东亚冬季臭氧的关系研究3.1东亚冬季风与东亚冬季臭氧的交叉谱分析通过计算东亚冬季风指数与冬季臭氧的交叉谱可知,不论是东亚冬季臭氧总量还是东亚冬季平流层,亦或是对流层的臭氧含量,在波数高于(等于)6,周期低于3.67a时,冬季风总是以落后于臭氧变化为主;在波数低于(等于)5,周期高于4.4a时,臭氧总是以落后于冬季风变化为主,这表明臭氧变化与东亚冬季风活动之间存在着相互作用的关系。3.2东亚冬季风与东亚冬季臭氧的相关分析由东亚冬季臭氧总量进行EOF分解后的前3个模态时间序列与500h Pa位势高度的相关系数分析可知:臭氧变化与位势高度之间有一定的相关关系,可以认为500h Pa位势高度随臭氧总量的变化而变化,而位势高度场的异常又与东亚冬季风的强度有联系,由此可推测,东亚臭氧的异常可以通过调整平流层温压场和影响对流层温压场及环流场,使得东亚冬季风发生异常。3.3强弱东亚冬季风年的东亚臭氧合成差值分析将东亚冬季风指数2大于1倍标准差的年份称为强季风年,将小于-1倍标准差的年份称为弱季风年。对冬季同期冬季臭氧进行强弱季风年的合成差值分析可知:强(弱)季风年,东亚同期冬季50h Pa和100h Pa臭氧显著增加(减少),而对流层的臭氧变化不够明显。4.东亚冬季臭氧变化对东亚冬季风及降水的影响4.1强弱东亚冬季风年的温度、位势高度及风场变化特征强冬季风年,东亚平流层中下层臭氧显著增加,对应的温度场表现出温度显著偏高;而对流层的臭氧偏少对应对流层温度偏低。强冬季风年,位势高度场在对流层的中下层表现为位势高度降低,且这种低位势高度的形势一直下延到对流层低层(850hP a)。对流层的位势高度差值场与温度场差值场的变化配合很好。强冬季风年,东亚中高纬地区为显著的东风异常,我国东部地区的气旋性环流较为明显。北方冷空气南下,我国受偏北风的影响较为明显,温度降低,但没有暖湿水汽与冷空气交汇,因此我国的冬季降水偏少;弱季风年,东亚中高纬度地区为显著的西风异常,冷空气南下对我国产生的影响较弱,此时西太平洋以及我国的华南沿海、云南受偏东风水汽输送的影响明显,但若此时南下的冷空气强度较弱,不能到达南部地区与暖湿气流汇合,则也不利于降水的产生。从SVD分析结果可以看出,当东亚15°-40°N纬度地区的位势高度场显著降低,且东亚中高纬度的500h Pa位势高度场偏高时,东亚冬季风偏强,我国南方大部分地区、云南、青海、内蒙古东部和东北大部分地区的冬季降水以偏少为主;而内蒙古大部分地区以及除云南外的西南地区的降水偏多。4.2东亚冬季平流层臭氧变化对中国冬季降水的影响将东亚50h Pa和100h Pa臭氧与中国冬季降水进行SVD分析可得:东亚冬季50h Pa和100hP a中高纬度平流层臭氧偏多,且低纬度地区的臭氧显著减少时,有利于东亚冬季风增强,从而使得我国中东部大部分地区、西南东部地区以及东北地区的降水以偏少为主,而我国内蒙古的西部、青海西部的降水有增加的现象。这个结果与许多研究结论是一致的,譬如,曾剑等3对东亚冬季风与中国南方冬季降水关系的分析中指出,强东亚冬季风容易造成南方冬季降水量偏少;邹旭东等4的研究表明,我国东北的大部分地区降水都和东亚冬季风存在显著的负相关关系。更多还原