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    摘要

    基于1961—2020年Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和回归分析等统计方法,研究了夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际变化。研究表明,当夏季北大西洋中纬度海温正(负)异常、副热带海温负(正)异常,即北大西洋偶极型(North Atlantic dipole,NAD)海温异常正(负)位相时,长江流域极端高温日数增加(减少)。二者关系在20世纪80年代末期之后发生年代际减弱。进一步的研究结果表明,在1961—1988年,夏季NAD海温异常可以激发从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播的大气遥相关波列,在东亚上空产生反气旋/气旋环流异常。东亚反气旋/气旋环流异常引起长江流域上空气流垂直运动变化,并通过垂直运动引起的热力作用等,影响长江流域极端高温日数的变化。而在1989—2020年,夏季NAD海温异常激发的欧亚中高纬大气遥相关波列强度减弱,东亚上空的反气旋/气旋环流异常的强度也相应减弱,从而使得NAD海温异常与长江流域极端高温日数之间的联系减弱。NAD海温异常激发的欧亚中高纬遥相关波列强度在20世纪80年代末期之后的减弱可能与NAD海温异常振幅的减弱有关。

    Abstract

    The Yangtze River basin(YRB) is a key region for the occurrence of extreme high temperatures (EHT),which has significant impacts on both human society and ecosystems.The number of EHT days (EHTD) in the YRB exhibits notable interannual variability.Using sea surface temperature (SST) data from the Hadley Center,daily maximum temperature datasets from CN05.1,and reanalysis data from the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR),this study investigates the relationship between summer North Atlantic SST anomalies (SSTA) and EHTD in the YRB through singular value decomposition (SVD) analysis.Results reveal that the first SVD mode demonstrates a strong relationship between North Atlantic Dipole (NAD) pattern (characterized by positive (negative) SSTAs in the midlatitude and negative (positive) SSTAS in the subtropical North Atlantic) and EHTD in the YRB,accounting for 63.43% of the total squared covariance.The correlation coefficient between the time series of the first SVD mode for NAD SSTA and EHTD is 0.51,statistically significant at the 99% confidence level.An interdecadal shift in the relationship between NAD SSTA and EHTD in the YRB occurred in the late 1980s.From 1961—1988,NAD SSTA showed a strong connection with EHTD in the YRB.However,after the late 1980s,this relationship weakened.Further analysis suggests that the interdecadal changes in the NAD SSTA-EHTD relationship are primarily driven by differences in atmospheric circulation anomalies over Eurasia,triggered by NAD SSTA.Before the late 1980s,positive (negative) NAD SSTA induced an atmospheric teleconnection pattern extending from the North Atlantic to East Asia in the middle and upper troposphere,featuring two positive (negative) geopotential height anomaly centers over the Ural Mountains and East Asia,and two negative (positive) centers over Greenland and Lake Baikal.This teleconnection pattern,linked to Rossby wave energy propagation,led to an anticyclone/cyclone circulation anomaly over East Asia,inducing anomalous descending/ascending motion over the YRB,which in turn provided favorable/unfavorable thermal conditions for EHT occurrences.The East Asian anticyclone/cyclone circulation anomaly had a significant influence on EHTD in the YRB.However,after the late 1980s,the aforementioned teleconnection pattern excited by NAD SSTA weakened,reducing the East Asian anticyclone/cyclone circulation anomaly and weakening the NAD SSTA-EHTD relationship.The differences in atmospheric circulation anomalies between the two periods are closely related to the reduced amplitude of NAD SSTA.The reasons behind these weakening of NAD SSTA amplitude remain to be explored.These findings offer valuable insights for understanding and predicting EHTD in the YRB.

  • 在全球变暖背景下,极端天气气候事件呈现明显的增多趋势(丁一汇和王会军,2016)。长江流域作为我国经济发达、人口密集的地区,高温灾害频发,对生态系统和人民生活造成重大影响(孙博等,2023)。学者们针对长江流域极端高温成因展开了大量研究,指出西太平洋副热带高压(Wang et al.,2024)、南亚高压(Zhang et al.,2023)、东亚反气旋(Wang et al.,2023)等大气内部变率及海温异常(Chen and Zhou,2018)等外强迫因子是影响高温的重要因素。

  • 北大西洋位于欧亚大陆上游,其局地海气作用可以引起上空大气环流异常,并通过中高纬大气波列对欧亚气候产生影响(Palmer and Sun,1985; Wu et al.,2011; 孙建奇,2014; 于怡秋等,2022; 李忠贤等,2024)。已有不少学者研究了夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温的联系(王文等,2017; Zhang et al.,2024)。例如,Zhu et al.(2022)研究指出,夏季北大西洋高纬度与中纬度海温异常反向变化与长江流域极端高温变化存在较好的相关性。袁媛等(2018)认为,盛夏北大西洋中纬度海温偏暖时,东亚副热带西风急流异常减弱,可能是导致长江流域极端高温日数增加的重要因素。此外,也有部分学者强调了夏季热带北大西洋海温对长江流域极端高温存在显著影响(王慧美等,2021)。

  • 研究表明,北大西洋海温异常与欧亚气温年际变化关系存在年代际变化(Wu et al.,2011; Chen and Wu,2017; 梁静等,2023)。例如,Wu et al.(2011)指出,前期春季北大西洋三极型海温异常与夏季中国东北气温的联系在20世纪80年代末显著增强。Chen and Wu(2017)提到,春季北大西洋海温异常在1954—1972年和1996—2014年期间可以显著影响春季欧亚地表气温的变化,而在1973—1991年期间二者的联系减弱。那么,夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系是否存在年代际变化?两者关系发生年代际变化的可能物理机制是什么?针对上述问题,本文拟采用Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际变化及其可能存在的物理机制。

  • 1 资料和方法

  • 本文所使用的资料包括:1)英国气象局Hadley中心(The UK Meteorological Office Hadley Center)提供的月平均海表温度(sea surface temperature,SST)资料(Rayner et al.,2003),水平分辨率为1°×1°; 2)国家气象信息中心提供的CN05.1高精度格点化逐日最高气温资料(吴佳和高学杰,2013),水平分辨率为0.25°×0.25°; 3)美国NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)提供的大气再分析资料(Kalnay et al.,1996),水平分辨率为2.5°×2.5°。以上资料时间段均为1961—2020年夏季(6—8月)。

  • 对极端高温日数的统计采用目前通用的百分位阈值法(Zhu et al.,2020),将每个格点1961—2020年夏季日最高气温按升序排列,并将日最高气温的95%分位点作为该格点极端高温的阈值,然后将夏季日最高气温超过该阈值的天数作为该格点此年夏季的极端高温日数。

  • 本文使用到的统计方法主要包括奇异值分解(singular value decomposition,SVD)、回归分析等,显著性水平的检验方法为Student-t检验。本文的研究主要针对年际尺度,所有变量在去除线性趋势的基础上,使用了9 a滑动平均的方法去除了年代际信号。由于进行了滤波处理,在进行显著性检验时计算了有效自由度,具体公式为:

  • N*=N1-r1r21+r1r2
    (1)
  • 其中:N为样本数量;r1r2分别为两变量滞后1 a的自相关系数(Bretherton et al.,1999)。

  • 本文采用T-N波活动通量(Takaya and Nakamura,2001)来描述中高纬地区罗斯贝波的传播路径,其水平方向的波活动通量计算公式如下:

  • W=pcosφ2|V|ua2cos2φψ'λ2-ψ'2ψ'λ2+va2cosφψ'ψ'λ-ψ'2ψ'λφua2cosφψ'ψ'λ-ψ'2ψ'λφ+va2ψ'φ2-ψ'2ψ'φ2
    (2)
  • 其中:V=(u,v)表示气候平均水平风场;ψ′表示扰动地转流函数;φλa分别代表纬度、经度和地球半径; p表示气压/(1 000 hPa)。本文的气候平均风场由1961—2020年的风场计算得到;扰动地转流函数则由夏季北大西洋偶极型海温异常指数与位势高度场的回归系数计算得到。

  • 2 夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际关系的年代际变化

  • 为了揭示夏季北大西洋海温年际变化与长江流域极端高温日数年际变化之间的耦合关系,选取1961—2020年夏季北大西洋(85.5°W~0.5°E,0°~65°N)海温年际变化作为左场、长江流域(102°~123°E,24°~35°N)极端高温日数年际变化作为右场进行SVD分析,如图1所示。SVD第一模态的协方差贡献为63.43%,说明SVD第一模态反映了夏季北大西洋海温异常和长江流域极端高温日数之间最主要的耦合信息。在SVD第一模态异性相关系数分布中,长江流域极端高温日数表现为一致的正相关分布,对应北大西洋中纬度海温显著正相关、副热带海温显著负相关的空间分布。本文中,将夏季北大西洋中纬度海温正(负)异常、副热带海温负(正)异常的空间分布型定义为北大西洋偶极型(North Atlantic dipole,NAD)海温异常正(负)位相结构。为了方便讨论,将SVD第一模态左场的标准化时间序列定义为NAD海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)指数,右场的标准化时间序列定义为长江流域极端高温日数(extreme high temperature days,EHTD)指数。由图1c可知,EHTD指数与NAD海温异常指数的年际变化关系对应较好。根据计算可知,两个指数之间的相关系数为0.51,通过置信度为99%的显著性检验。可见,NAD海温异常与长江流域极端高温日数年际变化之间存在密切联系,即当北大西洋中纬度海温正(负)异常、副热带海温负(正)异常时,长江流域极端高温日数增加(减少)。

  • 图1 1961—2020年夏季北大西洋海温(a)、长江流域极端高温日数(b)SVD第一模态异性相关系数空间分布(打点区域表示通过置信度为95%的显著性检验); SVD第一模态标准化时间序列(c;蓝色虚线:北大西洋海温; 红色实线:极端高温日数); SVD第一模态标准化时间序列21 a滑动相关系数(d;蓝色虚线表示21 a相关系数的95%置信度水平阈值)

  • Fig.1 Heterogeneous correlation coefficient fields of the first mode of SVD analysis for (a) North Atlantic SST and (b) extreme high temperature days (EHTD) in the Yangtze River basin (YRB) during summer from 1961 to 2020 (Dotted areas denote significance at the95% confidence level) . (c) The normalized time series of the first SVD mode (the blue dashed line and red solid line represent the PCs for SST and EHTD, respectively) ; (d) 21-year sliding correlation between NAD SSTA and the EHTD index (The blue dashed line represents significance at the95% confidence level)

  • 从图1c中不难发现,NAD海温异常指数与EHTD指数在1988年之后同位相的年份显著减少。为了探究二者的耦合关系是否存在年代际变化,对两个指数进行了21 a滑动相关分析(图1d)。结果表明,二者的相关系数在1988年之前较强,在1988年之后显著减弱。将研究时段划分为1961—1988年(P1时期)和1989—2020年(P2时期)两个时期,以探讨NAD海温异常与长江流域极端高温日数在不同时期的联系。计算结果表明,P1时期两个指数的相关系数高达0.68,通过置信度为99%的显著性检验; 而在P2时期二者相关系数仅为0.28。两个时期的相关系数差异显著,说明NAD海温异常与长江流域极端高温日数之间的联系存在年代际减弱。

  • 由图2可知,P1时期,长江流域极端高温日数年际变化与夏季NAD海温异常指数具有较为显著的正相关,正相关系数的最大数值超过0.7; 而P2时期,长江流域极端高温日数与夏季NAD海温异常指数的相关性明显减弱,除了长江中游和华中地区存在小范围显著相关外,其他地区相关系数都不显著。以上结果进一步说明,夏季NAD海温异常与长江流域极端高温日数年际变化在P1时期联系密切,在P2时期联系显著减弱,即二者的联系存在年代际减弱。

  • 3 夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系发生年代际减弱的可能机制

  • 第2节的结果表明,夏季NAD海温异常与长江流域极端高温日数年际变化的联系在20世纪80年代末发生了显著变化,其原因是什么呢?本节将进一步探讨其中可能存在的物理机制。

  • 北大西洋海温异常可以通过激发欧亚大气遥相关波列引起东亚地区的大气环流异常,进而对东亚气候产生影响(Li,2004; Zuo et al.,2013; 李忠贤等,2019)。由图3可知,在两个时期,NAD海温异常均能激发Rossby波向下游传播。波动能量首先从北大西洋上空向东传播至乌拉尔山附近,随后向东南经过贝加尔湖到达东亚上空,引起东亚上空大气环流异常。与波活动通量相对应,在对流层的中上层,存在从北大西洋经乌拉尔山、贝加尔湖到达东亚上空的遥相关波列结构,即夏季NAD海温异常正(负)位相时,格陵兰岛与贝加尔湖上空表现为位势高度负(正)异常,乌拉尔山与东亚上空表现为位势高度正(负)异常。

  • 从图3中可以看出,200 hPa上,P1时期长江流域上空的位势高度正异常中心最大值达到20 gpm,P2时期长江流域地区的位势高度正异常中心数值减小至16 gpm。从垂直剖面上来看,对流层低层至高层均存在显著的遥相关波列结构,然而P2时期的大气遥相关波列振幅较P1时期减弱(图4),这可能是NAD海温异常在P2时期与长江流域极端高温联系减弱的原因。

  • 以上结果说明,在P1和P2时期,NAD海温异常正(负)位相均可以激发Rossby波传播至东亚地区,并且在长江流域上空引起位势高度正(负)异常,利于(不利于)极端高温的发生。然而,由于P2时期NAD海温异常对东亚上空环流异常的影响减弱,从而使得NAD海温异常与长江流域极端高温日数的联系减弱。

  • 研究指出,东亚反气旋环流异常(高压异常)是影响长江流域极端高温的关键环流系统之一(Yin et al.,2023)。由图5可见,P1与P2时期东亚上空大气环流异常具有类似的空间分布。两个时期的流函数正异常主要分布于东亚地区上空,负异常主要位于贝加尔湖上空。东亚上空的流函数异常强度在两个时期均可以达到1.2×106 m2·s-1,并伴随着反气旋环流异常和位势高度正异常。参考Yin et al.(2023)的定义,本文将东亚东部(105°~135°E,30°~40°N)(图5、图6中紫色矩形)区域平均的500 hPa流函数定义为东亚反气旋环流(East Asian anticyclonic circulation,EAA)指数,该指数为正(负)表示东亚反气旋(气旋)环流异常。根据计算可知,P1与P2时期EAA指数与EHTD指数的相关系数分别达到0.61、0.44,均通过置信度为95%的显著性检验。这意味着两个时期的东亚反气旋(气旋)环流异常与长江流域极端高温之间的关系都非常密切。因此,当东亚上空存在反气旋(气旋)环流异常时,对应东亚上空出现高压(低压)异常,此种环流形势有利于(不利于)长江流域极端高温的发生。值得注意的是,EHTD指数回归的东亚上空大气环流异常强度在P2时期有所减弱,这与两个时期NAD海温异常回归的环流异常结果(图3)基本一致。

  • 图2 1961—1988年(a)、1989—2020年(b)夏季标准化NAD海温异常指数与长江流域极端高温日数的相关系数(打点区域表示通过置信度为95%的显著性检验)

  • Fig.2 Correlation coefficients of EHTD in the YRB with the normalized summer NAD SSTA index during (a) 1961—1988 and (b) 1989—2020 (Dotted areas denote significance at the95% confidence level)

  • 图3 1961—1988年夏季标准化NAD海温异常指数与200 hPa(a)、500 hPa(c)位势高度(等值线,单位:gpm)、波活动通量(箭矢,单位:m2·s-2)的回归系数; 1989—2020年夏季标准化NAD海温异常指数与200 hPa(b)、500 hPa(d)位势高度(等值线,单位:gpm)、波活动通量(箭矢,单位:m2·s-2)的回归系数(阴影区域表示通过置信度为95%的显著性检验; 只画出波活动通量大于等于0.01 m2·s-2的部分)

  • Fig.3 Regression coefficients of (a) 200 hPa and (c) 500 hPa geopotential height (contours, units:gpm) and wave activity flux (vectors, units:m2·s-2) onto the normalized summer NAD SSTA index during1961—1988.Regression coefficients of (b) 200 hPa and (d) 500 hPa geopotential height (contours, units:gpm) and wave activity flux (vectors, units:m2·s-2) onto the normalized summer NAD SSTA index during1989—2020 (Shaded areas denote significance at the95% confidence level, and only wave activity flux values greater than or equal to 0.01 m2·s-2 are shown)

  • 图4 1961—1988年(a)、1989—2020年(b)夏季标准化NAD海温异常指数与位势高度回归系数(等值线,单位:gpm)的垂直分布(阴影区域表示通过置信度为95%的显著性检验; 垂直剖面沿乌拉尔山附近(52.5°E,75°N)、贝加尔湖附近(107.5°E,52.5°N)和东亚(120°E,25°N)3个中心得到)

  • Fig.4 Vertical distribution of regression coefficients of geopotential height (contours, units:gpm) onto the normalized summer NAD SSTA index during (a) 1961—1988 and (b) 1989—2020 (Shaded areas denote significance at the95% confidence level; vertical cross-sections are taken along three centers:near the Ural Mountains (52.5°E, 75°N) , near Lake Baikal (107.5°E, 52.5°N) , and over East Asia (120°E, 25°N) )

  • 图5 1961—1988年夏季标准化EHTD指数与夏季500 hPa流函数(填色,单位:106 m2·s-1)、旋转风(箭矢,单位:m·s-1)(a)、位势高度(c; 填色,单位:gpm)的回归系数; 1989—2020年夏季标准化EHTD指数与夏季500 hPa流函数(填色,单位:106 m2·s-1)、旋转风(箭矢,单位:m·s-1)(b)、位势高度(d; 填色,单位:gpm)的回归系数(打点区域表示通过置信度为95%的显著性检验; 只给出通过置信度为90%的显著性检验的旋转风; 紫色矩形代表定义EAA指数的范围)

  • Fig.5 Regression coefficients of (a) 500 hPa stream function (shadings,units:106 m2·s-1) , rotational wind (vectors, units:m·s-1) , and (c) geopotential height (shadings, units:gpm) onto the normalized summer EHTD index during1961—1988.Regression coefficients of (b) 500 hPa stream function (shadings, units:106 m2·s-1) , rotational wind (vectors, units:m·s-1) , and (d) geopotential height (shadings, units:gpm) onto the normalized summer EHTD index during1989—2020 (Dotted areas indicate significance at the95% confidence level; rotational wind significant at the90% confidence level is shown; purple boxes indicate the EAA index regions)

  • 进一步分析两个时期NAD海温异常与东亚反气旋环流异常的联系,如图6所示。P1时期的流函数异常分布与图5a较为类似,东亚上空为流函数正异常,其中心强度超过1.6×106 m2·s-1,风场表现为显著的反气旋环流异常; 而在P2时期,东亚地区500 hPa流函数正异常明显减弱,强度低于1.2×106 m2·s-1,同时反气旋环流异常显著减弱。分别计算了两个时期EAA指数与NAD海温异常指数的相关系数,P1时期二者的相关系数达到0.50,通过了置信度为99%的显著性检验; 而P2时期二者的相关系数仅为0.22,相关性较P1时期明显减弱。以上分析表明,在P1时期,NAD海温异常对东亚反气旋/气旋环流异常的影响显著,从而能对长江流域极端高温日数产生影响; 在P2时期,NAD海温异常对东亚大气环流的影响减弱,使得NAD海温异常与长江流域极端高温的联系减弱。

  • 研究表明,东亚反气旋环流异常有利于长江流域上空气流的垂直下沉运动(尹泽疆等,2023)。由图7可知,在P1时期,从对流层低层700 hPa至高层100 hPa,长江流域上空呈现一致的垂直速度正异常,垂直速度正异常中心值达到3.0×10-3 Pa·s-1,表明该时期的下沉运动显著; 而P2时期长江流域上空垂直速度也表现为正异常,但其强度与P1时期相比明显减弱,数值减小至1.2×10-3 Pa·s-1,未通过显著性检验。

  • 以上结果说明,在P1时期,当NAD海温异常处于正位相时,其可以通过引起东亚反气旋环流异常使得长江流域上空气流出现显著的下沉运动异常,而下沉运动引起的热力作用等,有利于长江流域极端高温日数增加,反之亦然。而P2时期,NAD海温异常与东亚上空的大气环流的联系减弱,使得东亚反气旋(气旋)环流异常强度减弱,与之相联系的长江流域上空气流的下沉(上升)运动及相应热力作用也减弱,使得该时期NAD海温异常对长江流域极端高温日数的影响减弱。

  • 图6 1961—1988年(a)、1989—2020年(b)夏季标准化NAD海温异常指数与500 hPa流函数(填色,单位:106 m2·s-1)、旋转风(箭矢,单位:m·s-1)的回归系数(打点区域表示通过置信度为95%的显著性检验; 只给出通过置信度为90%的显著性检验的旋转风; 紫色矩形代表定义EAA指数的范围)

  • Fig.6 Regression coefficients of 500 hPa stream function (shadings, units:106 m2·s-1) and rotational wind (vectors, units:m·s-1) onto the normalized summer NAD SSTA index during (a) 1961—1988 and (b) 1989—2020 (Dotted areas indicate significance at the95% confidence level; rotational wind significant at the90% confidence level is shown; purple boxes indicate the EAA index regions)

  • 图7 1961—1988年(a)、1989—2020年(b)夏季标准化NAD海温异常指数与垂直速度(等值线,单位:10-3 Pa·s-1)回归系数的垂直分布(阴影区域表示通过95%信度度的显著性检验)

  • Fig.7 Vertical distribution of regression coefficients of vertical velocity (contours, units:10-3 Pa·s-1) onto the normalized summer NAD SSTA index during (a) 1961—1988 and (b) 1989—2020 (Shaded areas indicate significance at the95% confidence level)

  • 本文计算了两个时期的NAD海温异常指数方差,发现P1时期NAD海温异常指数方差为1.39,P2时期NAD海温异常指数方差仅为0.69,前后两个时期方差的差异通过了显著性检验,说明两个时期的NAD海温异常指数发生了显著变化,P2时期的NAD海温异常指数振幅明显减弱。为了更进一步说明两个时期的北大西洋偶极型海温异常的强度存在差异,将P1、P2时期的NAD海温异常指数标准化数值≥0.8的年份定义为P1、P2时期的NAD海温异常正位相年,将P1、P2时期的NAD海温异常指数标准化数值≤-0.8的年份定义为P1、P2时期的NAD海温异常负位相年,如表1所示。由图8可知,在两个时期的正位相年,北大西洋海温异常的空间分布型与图1a一致,表现为中纬度海温正异常、副热带海温负异常的特征,并且P1时期的中纬度海温正异常的强度总体大于P2时期。两个时期的正位相年的海温差值分布也与NAD海温异常正位相结构较为相似,说明P1时期的NAD海温异常振幅更大。在负位相年,P1时期的中纬度海温负异常中心为-1.6℃,而P2时期中纬度海温负异常中心为-1.2℃,两个时期的海温差值分布与NAD海温异常负位相结构类似。以上分析说明,NAD海温异常的振幅在P2时期显著减弱。

  • 表1 两个时期NAD海温异常正、负位相年

  • Table1 Positive and negative NAD SSTA years for the two periods

  • 本文结果表明,在P1时期,NAD海温异常可以激发出明显的欧亚遥相关波列,引起东亚反气旋/气旋环流异常,对长江流域极端高温日数产生影响; 在P2时期,NAD海温异常振幅明显减弱,其海温异常对欧亚遥相关波列和东亚大气环流的影响减弱,从而与长江流域极端高温的联系减弱。因此,NAD海温异常对欧亚遥相关波列、东亚大气环流异常以及长江流域极端高温日数影响的年代际减弱可能与NAD海温异常振幅减弱有关。

  • 4 结论与讨论

  • 基于1961—2020年Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,本文使用SVD等方法分析了北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际变化及其可能的物理机制,得到如下主要结论:

  • 1)SVD分析结果表明,当夏季北大西洋中纬度海温正(负)异常、副热带海温负(正)异常,即NAD海温异常正(负)位相时,长江流域极端高温日数增加(减少)。二者关系在20世纪80年代末期之后发生年代际减弱。

  • 2)夏季NAD海温异常与长江流域极端高温日数的年际关系发生改变,这归因于与NAD海温异常相关的欧亚遥相关波列和东亚大气环流异常发生了强度差异。在1961—1988年,夏季NAD海温异常可以激发由北大西洋沿欧亚中高纬传播至东亚地区的大气遥相关波列,导致东亚上空存在反气旋(气旋)环流异常。东亚反气旋(气旋)环流异常引起长江流域上空气流垂直运动变化,并通过垂直运动引起的热力作用等,使得该地区极端高温日数增加(减少)。而在1989—2020年,夏季NAD海温异常激发的欧亚中高纬度的大气遥相关波列强度减弱,东亚反气旋(气旋)异常的强度也相应减弱,从而使得NAD海温异常与长江流域极端高温日数的联系发生减弱。

  • 图8 1961—1988年(a)、1989—2020年(b)夏季标准化NAD海温异常指数正位相年的夏季北大西洋海温的合成分布及其差值分布(c); 1961—1988年(d)、1989—2020年(e)夏季标准化NAD海温异常指数负位相年的夏季北大西洋海温的合成分布及其差值分布(f)(填色,单位:℃; 打点区域表示通过置信度为90%的显著性检验)

  • Fig.8 Composite of North Atlantic SST (shadings, units:℃) for positive normalized NAD SSTA index cases: (a) 1961—1988; (b) 1989—2020; (c) P1 minus P2.Composite of North Atlantic SST (shadings, units:℃) for negative normalized NAD SSTA index cases: (d) 1961—1988; (e) 1989—2020; (f) P1 minus P2. (Dotted areas indicate significance at the90% confidence level)

  • 3)NAD海温异常对欧亚遥相关波列、东亚大气环流异常和长江流域极端高温日数的影响在20世纪80年代末期之后的减弱可能与NAD海温异常振幅的减弱有关。

  • 本文所得结果主要基于观测资料的诊断分析,对于夏季NAD海温异常与长江流域极端高温日数年际关系发生年代际减弱的机理仍有待于数值试验的进一步验证。此外,本文的研究发现,NAD海温异常振幅在20世纪80年代末期之后显著减弱,这可能与北大西洋局地海气相互作用的年代际变化(梁静等,2023)有关。研究指出,大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)对我国华北和中亚等地区极端高温具有重要的影响(Zhang et al.,2020; Dong et al.,2023)。那么,AMO和PDO等年代际信号对NAD海温异常与长江流域极端高温日数年际关系的变化是否具有调制作用呢?这还需要进一步研究。

  • 致谢:本文的数值计算得到南京信息工程大学高性能计算平台的计算支持和帮助。谨致谢忱!

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