近百年北极涛动对中国冬季气候影响_

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1、近百年北极涛动对中国冬季气候的影响_近百年北极涛动对中国冬季气候的影响*龚道溢1,王绍武2(1.北京师范大学资源科学研究所,环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875;2.北京大学大气科学系北京100871)摘要:北极涛动(AO)是北半球冬季热带外行星尺度大气环流最重要的一个模态,对北半球及区域气候有重要影响。本文利用中国近50年和近百年气温和降水资料分析了北极涛动对我国冬季气候的影响。当AO指数偏强时,我国大部分地区冬季气温偏高,同时降水也偏多。AO和西伯利亚高压对我国冬季气候的影响在年际和年代际尺度上有不同的特征,在年际尺度上西伯利亚高压对我国气温的影响要远强于AO,而AO对我国降

2、水的影响则比西伯利亚高压的影响要显著。这种关系也可以通过比较分析对流层低层和中高层环流形式在AO不同位相时的变化得到进一步验证。这说明AO对我国冬季气温和降水影响的机制是不一样的。在年代际尺度上,AO对气温和降水都有显著的影响。AO和西伯利亚高压一起能解释近百年来我国冬季温度和降水方差的35%和11%。对于区域尺度的气候变化,除了行星尺度的AO和大陆尺度的西伯利亚高压之外,其它一些环流系统也有较大影响。如果要更好地理解近百年来我国冬季气候变化的特征及原因,还需要同时考虑这些因子的作用。关键词:北极涛动(AO)气候中国中图分类号:P4671引言  大量研究指出近几十年来北半球中高纬度近地面气候变

3、化与大气环流系统的变化有非常密切的关系[1~3]。Thompson和Wallace[4]发现北半球热带外(20?N以北)海平面气压场的变化中最突出的模态与北大西洋涛动(NAO)很相似,不过其纬向对称的特征更明显。这种模态从近地面到平流层低层都是存在的,接近正压结构。此模态被命名为环状模态(annularmode)或北极涛动(AO:即ArcticOscillation)。南、北半球的环状模态分别是两个半球中高纬度行星尺度大气环流的第一个模态[5~7]。而NAO则被认为是AO在北大西洋区域的一种表现形式,尽管两者有较大的相似性但NAO只是AO的一个部分(Wallace2000,Kerr1999)[

4、8,9]。AO的强弱直接导致北半球中纬度地区与北极地区之间气压和大气质量反向性质的波动,AO为正异常时,中纬度气压上升而极地下降,AO为负异常时,环流形势则与此相反。  因此行星尺度的AO的变化,对近地面气候有显著影响。特别值得注意的是越来越多的研究发现AO对北美、欧亚大陆中高纬度气温、降水有显著相关[4,10~12]。如Cutlip[13]发现当AO处于正位相时,阿拉斯加、斯堪的那维亚等地区气候偏湿,而加利福尼亚,西班牙,中东等地区则偏干。Cavazos[14]指出巴尔干地区冬季造成极端降水事件的环流形势也受AO的影响。Wang和Ikeda[15]的研究表明北冰洋及副极地地区海冰受AO显著影

5、响。北冰洋及邻近地区的气温变化有很大部分由AO控制,阿拉斯加、欧亚大陆及北冰洋东部等地区近二十多年来气温变化方差的一半多可归结于AO[16]。AO还与一些区域性的大气环流系统如阿留申低压[17]、西伯利亚高压[3]、东亚季风[18~20]等有密切联系。  本文的研究目的是分析AO对中国的气候影响,因为冬季是AO模态最显著、变率最强的季节,所以本文的研究时间选择为冬季。分析的时段包括两段,一段是1951年以来的近50年,偏重于年际尺度的变化。另外一段是从1899年以来,偏重长期变化。2资料使用的资料包括中国气象局提供的全国160站月平均气温和月降水量资料,从1951年开始。美国国家环境预测中心/

6、国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析北半球月平均海平面气压及500hPa高度场资料[21]。北极涛动指数定义为对北半球热带外海平面气压距平经验正交函数分析(EOF)第一模态的时间系数,近百年所有月份海平面气压连续序列EOF第一模态解释方差20%左右,冬季的解释率更高。AO指数由DavidThompson提供,其时间序列有2种,一种是根据NCEP/NCAR再分析海平面气压资料计算的,从1958年以来;另外一种是根据NCAR观测的海平面气压资料计算的,从1899年到1997年。两种资料都可以由互联网获得,其网址是"http://horizon.atmos.colostate.edu/ao/

7、"。两条AO指数序列在1958-1997共同时段内变化有很高的一致性,四季的相关都在0.99以上,所以分析近百年来变化时,将NCAR资料计算的AO指数1997年以后的数据由再分析资料补充。因为AO分析的季节是冬季,所以本文所有的资料都处理为冬季(12月-2月)平均(AO指数,气温,气压等)或者总量(降水)。3近50年AO与中国气候的关系3.1温度和降水  图1(a)给出了我国160站冬季平均气温与

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