西南澳類季風環(huán)流及其與西南澳洲降水的關系.pdf

1、伴隨著20世紀下半葉的持續(xù)增暖，全球陸地大部分地區(qū)存在著干旱化的趨勢。干旱氣候變化引起的沙漠化和生態(tài)退化及其對自然環(huán)境和人類社會產(chǎn)生的影響等重大科學問題已日益引起國際社會的高度重視和社會公眾的廣泛關注。對于干旱的現(xiàn)狀分析、成因探討以及未來趨勢預測成了許多研究的焦點問題。由于干旱趨勢的加劇，對于典型區(qū)域的研究不僅可以深入理解區(qū)域的干旱成因，并且也將有利于幫助認識其它區(qū)域的氣候變化。澳大利亞西南部(SWWA)處于印度洋的東海岸，是西澳政治、

2、經(jīng)濟、文化、教育和旅游中心的所在地，同時也是西澳農(nóng)業(yè)的主產(chǎn)區(qū)。自上世紀70年代中期以來，澳洲西南部的雨季降水減少了15-20％，降水的減少使得內(nèi)陸徑流量驟減了將近50％。SWWA地區(qū)降水的減少受到了社會各界的廣泛關注，一時成為了許多計劃和研究的焦點和熱點問題。
　　 本文利用近60年的觀測、再分析、以及模式資料，以澳大利亞西南部雨季降水的持續(xù)減少為切入點，通過對西南澳洲大尺度大氣環(huán)流的動力、熱力結構，環(huán)流季節(jié)演化特征，和澳洲西南

3、部降水分布的研究，首次提出了西南澳類季風環(huán)流(SWAC)的概念。討論了此環(huán)流的季節(jié)、年際、年代際變化特征及其對SWWA地區(qū)冬季降水的影響，探討了此環(huán)流的外部驅(qū)動因子，建立了SWWA地區(qū)季節(jié)降水經(jīng)驗模型，分析了SWAC的可預報性，比較了此環(huán)流與經(jīng)典副熱帶季風系統(tǒng)一東亞夏季風的異同之處。主要結論如下：
　　 (1)SWWA冬季降水與已知的影響澳洲降水的氣候系統(tǒng)之間的關系
　　 系統(tǒng)分析了已知影響澳洲降水的氣候系統(tǒng)，如厄爾尼諾

4、-南方濤動(ENSO)、ENSO Modoki(EM)、印度洋偶極子(IOD)以及南半球環(huán)狀模(SAM)對SWWA地區(qū)冬季降水的影響。結果表明，這些氣候模態(tài)均不能解釋SWWA地區(qū)雨季降水的長期變化。特別的，本文的研究表明前人工作中指出的SAM與SWWA地區(qū)冬季降水之間的顯著負相關關系是由于極端事件造成的。
　　 (2)西南澳類季風發(fā)環(huán)流-SWAC概念的提出
　　 通過對西南澳洲氣候背景下的降水、環(huán)流的季節(jié)循環(huán)、動力、熱力

5、結構以及海陸熱力差異的分析，發(fā)現(xiàn)SWWA地區(qū)的環(huán)流表現(xiàn)出類似季風環(huán)流系統(tǒng)的特征，也即干濕季節(jié)的交替出現(xiàn)、風向的季節(jié)性反轉、強的海陸熱力差異以及海陸熱力梯度方向的季節(jié)性反轉?；诖?，首次提出了西南澳類季風環(huán)流-SWAC的概念。
　　 (3)SWAC的季節(jié)、年際、年代際變化及其與SWWA冬季降水的關系
　　 基于結論(2)，分析了西南澳類季風環(huán)流的季節(jié)、年際、年代際變化特征，定義了表征SWAC爆發(fā)早晚、強度的氣候指標；研究了

6、SWAC與SWWA地區(qū)降水在年際、年代際時間尺度上的關系。結果表明：SWAC的季節(jié)推進與SWWA地區(qū)的降水發(fā)展是緊密聯(lián)系在一起的。SWAC環(huán)流的強度不僅可以解釋SWWA地區(qū)前冬、后冬降水的年際變化，而且揭示了SWWA地區(qū)降水減少的長期趨勢與SWAC環(huán)流的長期減弱趨勢密切相關。
　　 (4)SWAC、SAM以及SWWA冬季降水之間的關系，SWAC環(huán)流外部驅(qū)動因子探討
　　 通過將SWAC環(huán)流強度指數(shù)分解為與SAM變化相關的

7、部分和獨立于SAM變化的部分，發(fā)現(xiàn)SAM與SWAC環(huán)流之間的關系是與SWWA地區(qū)冬季降水線性獨立的部分決定的。而影響SWWA地區(qū)降水的SWAC環(huán)流部分是線性獨立于SAM的。關于SWAC環(huán)流的外部驅(qū)動因子，本文指出行星尺度熱對流的季節(jié)性移動使得副熱帶高壓的位置產(chǎn)生季節(jié)性變動，導致SWWA地區(qū)對流層低層的盛行風向發(fā)生季節(jié)性反轉，這是SWAC環(huán)流存在的“第一推動力”。而SWWA地區(qū)以西的南印度洋海溫的變化為SWAC環(huán)流提供了“第二推動力”。數(shù)

8、值試驗的結果進一步證明以上推論的正確性。
　　 (5)建立了SWWA地區(qū)季節(jié)降水經(jīng)驗模型
　　 鑒于SWAC環(huán)流與SWWA地區(qū)降水之間緊密的耦合關系，將SWAC環(huán)流作為影響因子，建立了SWWA地區(qū)前冬和后冬季節(jié)降水的經(jīng)驗模型，并進行了“單點剔除”和“7點剔除”的59年(1948-2006年)后報試驗。結果表明，引進單一SWAC環(huán)流因子的經(jīng)驗模型較引入其它氣候因子的要好。這為分析研究SWWA地區(qū)季節(jié)降水提供了新的途徑。對S

9、WAC環(huán)流的可預報期限分析表明，SWAC環(huán)流的最大可預報期限大致為6天。
　　 (6)IPCC AMIP大氣環(huán)流模式對于SWAC環(huán)流模擬的評估
　　 從SWAC環(huán)流的季節(jié)特征、年循環(huán)、對應的環(huán)流異常以及年際變化的角度評估了國際現(xiàn)有的大氣環(huán)流模式對于SWAC環(huán)流的模擬能力。結果表明，除了NCAR的CCSM3模式以外，其余模式基本均能再現(xiàn)SWAC環(huán)流的季節(jié)特征、以及對應的環(huán)流異常。但是對于SWAC環(huán)流的年際變化、季節(jié)演化的模

10、擬能力所有模式的結果均不盡人意，表現(xiàn)出較大差異，尚有不足，還需進一步的完善。
　　 (7)SWAC環(huán)流與東亞夏季風的類比分析
　　 從兩個季風系統(tǒng)所處的地理位置，影響區(qū)域的降水變化等方面進行了類比分析研究。首先兩個季風系統(tǒng)的季節(jié)推進及強度均與各自半球的副熱帶高壓的位置、移動密切相關。并且發(fā)現(xiàn)SWWA地區(qū)前冬降水與華北盛夏降水表現(xiàn)出相似的年際、年代際變化。而SWWA地區(qū)的前冬降水提前了華北盛夏降水兩個月時間，這為預測華北盛