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论文技巧大全-地面以下虚假风场对局地Hadley环流的影响

2021-04-08 16:17:01

  前人的研究表明,地面以下虚假经向风场(FBGMW)对夏季北半球(NH)Hadley环流(HC)有着重要的影响。需要指出的是,前人仅研究了FBGMW对全球纬向平均HC的影响,但是不同区域FBGMW存在很大差异,会导致FBGMW对不同区域局地HC有不同的影响,因此需要进一步研究FBGMW对局地HC的影响。FBGMW主要存在于非洲大陆地区、北半球欧亚大陆地区和北美洲大陆地区、南半球澳大利亚地区和南美洲大陆地区,但是仅仅在非洲大陆地区南北半球FBGMW均明显存在;因此,为了同时研究FBGMW对同一区域南北半球HC的影响,本文选取了非洲大陆地区的HC(AFHC)作为研究对象。同时我们可以发现,非洲大陆地区FBGMW存在明显的季节变化特征,因此不同季节FBGMW对AFHC的影响需要被进一步研究。在本文的研究中,我们旨在分析FBGMW对AFHC气候态、年际变率和长期变化趋势的影响,并且得到以下主要结论:

  (1)对于气候平均态而言,不考虑FBGMW会导致热带地区垂直翻转环流分解方法(M1)和全球大气环流三型分解方法(M2)对应的NH AFHC均偏强,并且冬季AFHC偏强最明显。对于SH AFHC强度,M1和M2对应的结果存在一定的差异。对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC均偏弱,但不考虑FBGMW的误差没有M2的结果明显。M1和M2对应的不考虑FBGMW导致的AFHC北半球下沉支位置(NE)、上升支位置(CE)和南半球下沉支位置(SE)的误差存在一定的差异。具体地,不考虑FBGMW会导致两种方法对应的各个季节AFHC NE更偏北,但是M2对应的不同再分析资料得到的结果之间的差异比M1小。不考虑FBGMW会导致两种方法对应的冬季AFHC CE更偏南,而其它三个季节AFHC CE更偏北;但是,M1对应的AFHC CE在春季和秋季偏北更明显,而M2对应的AFHC CE在夏季偏北更明显。不考虑FBGMW会导致M1对应的冬季和秋季AFHC SE更偏南,而对应的春季和夏季AFHC SE影响较小;不考虑FBGMW会导致M2对应的夏季和秋季AFHC SE更偏北,而对应的冬季和春季AFHC SE影响较小。

  (2)除了CE,不考虑FBGMW对季节平均AFHC年际变率的影响很小。不考虑FBGMW会使得M1对应的冬季和夏季以及M2对应的冬季AFHC CE年际变率减小,使得M1和M2对应的秋季AFHC CE年际变率增加。在其它情况下,不考虑FBGMW导致AFHC CE年际变率的变化依赖于再分析资料的选取。

  (3)尽管不考虑FBGMW会导致AFHC强度以及上升支和下沉支位置的长期趋势的数值发生变化,但是关于AFHC长期变化趋势的主要结论并没有发生改变。

  由于热带和热带外地区受到的太阳辐射不均匀,因此会形成一个在热带低纬度地区上升、副热带地区下沉的Hadley环流(以下简称HC)[1,2]。HC是季风系统的基本成员之一,它与风带、西风急流、大尺度涡旋和槽脊密切相关。除此以外,HC在低纬度和中高纬度之间的能量、质量、角动量、水汽以及其它变量的传输和交换中起着重要的作用。因此,HC对全球天气和气候系统的平均状态以及演变特征至关重要[3~5]。

  基于HC的重要性,在过去十几年中,人们对HC强度和宽度的变化进行了大量的研究。许多研究都表明,近几十年来,HC有所加强[6~11]。例如,Chen等人[6]和Wielicki等人[11]发现副热带地区向上传播的长波辐射(OLR)有所增加,表明热带垂直翻转环流,特别是HC在过去几十年呈现增强趋势。Sohn和Park[8]从水汽输送的角度也发现了HC的增强。具体地,大量再分析资料和观测资料的结果均表明,北半球冬季HC有明显的增强趋势[4,7,12,13],而夏季HC强度的变化却很小[14,15]。前人对局地HC的长期变化趋势也进行了研究[10,16,17]。例如,Chen等人[10]研究了六个不同区域年平均局地HC强度的变化,发现这六个区域局地HC均表现为增强。Freitas等人[16]研究了印度洋地区局地HC强度的变化,并且发现局地HC强度的变化对周围地区的气象要素有重要的影响。

  由于副热带地区干旱区域与HC的下沉支紧密相连,并且HC下沉支的经向移动会导致降水和温度的分布发生改变;因此,HC下沉支的变化会对自然生态系统、农业生产和水资源分布有重要影响。基于不同的HC下沉支定义方法,理论和模拟研究均表明,HC在过去几十年有明显的向极扩张趋势,意味着副热带干旱区域的向极扩张[18]。这些定义方法包括经向质量流函数(MSF)[9,19~21]、热带对流层顶高度[22,23]、平流层臭氧[5,24]、OLR[19,25]、副热带急流[26]、海平面气压[25]和降水[25,27,28]。尽管不同方法得到的HC下沉支向极扩展的趋势具有不同的量级和季节特征,但是它们的结果均表明HC在过去几十年显著向极扩张[18]。

  部分再分析资料和模式模拟的经向风存在于1000hPa到大气顶部。然而,由于世界各地都存在着地形和海洋,部分地区的地面气压低于1000hPa,因此,这些地区对应的对流层底部的经向风实际上是不存在的。在本文中这些在实际中不存在的经向风被定义为地面以下虚假经向风场(以下简称FBGMW)。在一项近期的研究中,Cheng等人[29]指出当利用MSF来研究HC时,FBGMW对HC有着重要的影响。具体地来说,MSF通常由经向风计算[3]:

  图1-1利用JRA-55资料得到的(a)热带地区垂直翻转环流分解方法(M1)和(b)全球大气环流三型分解方法(M2),对应的不考虑地面以下虚假风场(FBGMW)情况下,1993年7月在北纬10°至北纬50°之间的北半球(NH)Hadley环流(HC)。(c、d)与(a、b)相似,但是为考虑FBGMW得到的NH HC。(e、f)与(a、b)相似,但是为不考虑FBGMW和考虑FBGMW对应的NH HC之间的差异。(g、h)与(e、f)相似,但是为FBGMW。MSF的单位为0.5×1010 kg/s,FBGMW的单位为m/s。

  ,(1-1)

  其中是地球半径,是纬度,是重力加速度,是气压,是地面气压,是经向风,方括号表示全球纬向平均。如果我们假设地面气压等于1000hPa,那么在利用方程(1-1)计算MSF时,FBGMW会引起误差。图1-1给出了不考虑FBGMW和考虑FBGMW情况下,1993年7月在北纬10°至北纬50°之间的北半球(NH)HC。Cheng等人[29]发现,在不考虑FBGMW的情况下(也就是假设地面气压等于1000hPa),北半球夏季HC中会出现一个逆时针旋转的“小环流”结构(图1-1a和1-1b)。但是,在考虑FBGMW的情况下(也就是采用实际地面气压),北半球夏季HC则表现为仅在低纬度地区存在的顺时针旋转环流(图1-1c和1-1d)。也就是说,FBGMW通过垂直积分过程从而导致夏季NH HC出现相当大的偏差(图1-1e-h)。具体地,从图1-1g和1-1h可以发现,FBGMW表现为主要在对流层低层存在的低纬度地区的南风和中高纬度地区的北风。通过垂直积分过程,不考虑FBGMW导致的夏季NH HC的误差表现为从对流层低层到对流层顶都存在的低纬度地区的逆时针旋转环流和中高纬度地区的顺时针旋转环流,进一步会导致夏季NH HC的模态发生明显的变化(对比图1-1的第一行和第二行)。除此之外,由于HC下沉支位置通常被定义为副热带地区500hPa MSF为0的纬度,不考虑FBGMW会导致夏季NH HC下沉支位置计算不准确(对比图1-1的第一行和第二行)。具体地,根据HC下沉支位置的定义,在不考虑FBGMW的情况下,夏季NH HC下沉支位置会被错误地计算为42.5°N左右(图1-1a和1-1b);但是,实际上夏季NH HC下沉支位置应该为30°N左右(图1-1c和1-1d)。

  总体而言,Cheng等人[29]的研究表明,FBGMW对夏季NH HC有着重要的影响。需要指出的是,Cheng等人[29]仅研究了FBGMW对全球纬向平均HC的影响,但是不同区域FBGMW存在很大差异(图1-2e-l),会导致FBGMW对不同区域局地HC有不同的影响,因此需要进一步研究FBGMW对局地HC的影响。从图1-2可以发现,全球大部分陆地地区和南极地区地面气压均小于1000hPa,对应的1000hPa FBGMW也主要存在于陆地和南极地区。从图1-2e-l可以发现,FBGMW主要存在于非洲大陆地区、北半球欧亚大陆地区和北美洲大陆地区、南半球澳大利亚地区和南美洲大陆地区,但是仅仅在非洲大陆地区南北半球FBGMW均明显存在;因此,为了同时研究FBGMW对同一区域南北半球HC的影响,本文选取了非洲大陆地区的HC(以下简称AFHC)作为研究对象。根据图1-2e-l,本文定义10°E到40°E纬向平均HC为AFHC。同时我们可以发现,非洲大陆地区FBGMW存在明显的季节变化特征,因此不同季节FBGMW对AFHC的影响需要被进一步研究。

  图1-2利用JAR-55资料得到的(a)冬季(DJF)、(b)春季(MAM)、(c)夏季(JJA)和(d)秋季(SON)地面气压全球分布气候平均态。(e-h)和(a-d)相似,但是为M1对应的1000hPa FBGMW的全球分布气候平均态。(i-l)和(a-d)相似,但是为M2对应的1000hPa FBGMW的全球分布气候平均态。地面气压的单位为hPa,FBGMW的单位为m/s。

  在本文的研究中,我们旨在分析FBGMW对AFHC气候态、年际变率和长期变

  化趋势的影响,并且试图回答以下两个主要问题:

  (1)FBGMW对不同季节和半球AFHC有何影响?是否存在明显的季节特征或者半球差异?

  (2)根据以往的研究[30~34],热带地区垂直翻转环流分解方法(M1)和全球大气环流三型分解方法(M2)是两种不同的质量流函数计算方法。那么,这两种方法对应的FBGMW对AFHC的影响存在怎样的差异?

  本文其它部分安排如下,第2章详细地给出了本文所采用的资料和方法,第3章具体分析了FBGMW对季节平均AFHC气候态、年际变率和长期变化趋势的影响,第4章给出了全文的总结和讨论。

  第二章数据和方法

  2.1数据

  为了消除资料选取对本文研究的影响,我们选取了七套不同再分析资料对应的月平均水平风场和地面气压数据。其中包括美国国家环境预报中心提供的CFSR再分析资料及其扩展版CFSR2再分析资料(以下简称CFSR)[35,36]、欧洲中期数值预报中心提供的ERA-Interim再分析资料[37]、欧洲中期数值预报中心提供的ERA5再分析资料[38]、日本气象厅提供的JRA-55再分析资料[39]、美国国家航空航天局提供的MERRA2再分析资料[40]、美国国家环境预报中心和能源部提供的NCEP/DOE再分析资料[41]、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心提供的NCEP/NCAR再分析资料[42]。为了保持一致,本文所使用的所有数据均被插值到的水平网格上,垂直方向上选取了常用的17层(即、、、、、、、、、、、、、、、、hPa),资料时间段均选取1979年1月-2019年12月(ERA-Interim选取1979年1月-2018年12月)。

  2.2计算MSF的两种方法

  图2-1利用JAR-55资料得到的M1对应的(a)经向环流的垂直速度和(c)纬向环流的垂直速度。(b、d)和(a、c)相似,但是为M2对应的(b)经向环流的垂直速度和(d)纬向环流的垂直速度。垂直速度的单位为Pa/s。

  为了研究FBGMW对AFHC气候态、年际变率和长期变化趋势的影响,并且回答本文第一章提出的问题,我们将采用Schwendike等人[30,31]提出的热带地区垂直翻转环流分解方法(M1)和Hu等人[32~34]提出的全球大气环流三型分解方法(M2)去计算MSF。从图2-1可以发现,两种方法均可以将原始垂直速度拆分为两部分,分别对应着经向环流和纬向环流的垂直速度,也就是,因此采用这两种方法可以更准确地描述垂直环流,特别是局地经向环流。关于这两种方法的联系和区别可以参考Hu等人[32]的研究,这里就不再赘述了。M1和M2方法对应的描述AFHC的MSF的计算公式如下:

  (2-1)

  其中和分别是M1和M2所描述的AFHC的经向风,代表10°E到40°E的纬向平均。具体来说,是经向辐合辐散风,是Hu等人[32~34]定义的经圈环流的经向风。如本文第一章所述,如果我们假设地面气压等于1000hPa,那么在利用方程(2-1)计算AFHC的MSF时,FBGMW会引起计算误差。另一方面,如果我们采用实际地面气压,那么在利用方程(2-1)计算AFHC的MSF时,FBGMW引起的计算误差可以被消除。因此,通过比较上述两种情况(采用不同的值),可以研究FBGMW对AFHC的影响。

  2.3 AFHC强度、上升支位置和下沉支位置的定义

  根据前人的研究[3],北半球(NH)HC强度(HCI)通常被定义为0°-30°N范围内MSF的极大值,南半球(SH)HCI通常被定义为0°-30°S范围内MSF的极小值。由于AFHC是一个垂直方向上的大尺度环流,采用极大值(极小值)去定义AFHC的强度存在一定的局限性,所以本文在前人定义的基础上,将NH(SH)AFHC强度(AFHCI)定义为850hPa到300hPa各层等压面上MSF极大值(极小值)的垂直平均值。因此,NH(SH)AFHCI为正值(负值)。

  HC上升支的位置(CE)通常被定义为低纬度热带地区500hPa MSF为0的纬度。南北半球HC下沉支的位置(SE和NE)通常被定义为两个半球中纬度地区500hPa MSF为0的纬度。由于AFHC是一个垂直方向上的大尺度环流,采用某一层等压面MSF为0的纬度去定义AFHC上升支和下沉支位置不准确,所以本文采用850hPa到300hPa垂直平均MSF为0的位置去分别定义AFHC上升支和下沉支位置。因此,正值(负值)代表上升支或下沉支位于NH(SH)。表2-1给出了本文所采用的英文缩写。

  表2-1本文所采用的英文缩写

  英文缩写

  Hadley环流HC

  质量流函数MSF

  地面以下虚假经向风场FBGMW

  北半球NH

  南半球SH

  HC强度HCI

  AFHC强度AFHCI

  上升支位置CE

  北半球下沉支位置NE

  南半球下沉支位置SE

  多套再分析资料平均MRM

  第三章FBGMW对AFHC的影响

  3.1气候态

  图3-1(a-d)黑色等值线:多套再分析资料平均(MRM)对应的利用M1得到的考虑FBGMW情况下(a)冬季(DJF)、(b)春季(MAM)、(c)夏季(JJA)和(d)秋季(SON)AFHC的气候平均态(1979-2019);绿色等值线:不考虑FBGMW情况下MSF为0的等值线;填色:不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的AFHC气候平均态的差异。(e-h)和(a-d)相似,但是为M2对应结果。MRM为CFSR、ERA-Interim、ERA5、JRA-55、MERRA2、NCEP/DOE和NCEP/NCAR再分析资料的平均;其中由于ERA-Interim再分析资料的时间段为1979-2018,因此2019年MRM为除ERA-Interim再分析资料以外的6套再分析资料的平均;下同。MSF的单位为0.5×109 kg/s。

  图3-1给出了两种方法(M1和M2)对应的不考虑FBGMW情况(地面气压等于1000hPa)和考虑FBGMW情况(采用实际地面气压)下季节平均AFHC气候平均态(1979-2019)以及它们之间的差异。从图3-1可以发现,FBGMW对各个季节和半球的AFHC的气候态都有一定的影响,并且M1和M2对应的FBGMW引起的误差是不相同的。具体地,从图3-1可以发现,无论是M1还是M2,两种方法对应的不考虑FBGMW引起的误差在NH都表现为正异常;也就是说,不考虑FBGMW会导致NH AFHC偏强。对于SH AFHC,两种方法对应的结果存在明显的差异,特别是夏季。对于M1,不考虑FBGMW会导致冬季、春季和秋季SH AFHC偏弱,夏季SH AFHC偏强。对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节SH AFHC均偏弱。

  图3-2 MRM对应的利用M1(左侧)和M2(右侧)得到的不考虑FBGMW情况(蓝色柱)和考虑FBGMW情况(红色柱)下的季节平均AFHC气候平均态(1979-2019)。其中,(a、b)和(c、d)为NH和SH强度,(e、f)和(i、j)分别为NH和SH下沉支位置(NE和SE),(g、h)为上升支位置(CE)。强度的单位为0.5×109 kg/s,NE、CE和SE的单位为度。

  图3-3 MRM和7套再分析资料对应的利用M1(左侧)和M2(右侧)得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHCI的差异(1979-2019)。其中,(a、b)和(c、d)分别为NH和SH AFHCI的差异的绝对值,(e、f)和(g、h)分别为NH和SH AFHCI的相对差异(AFHCI差异的绝对值除以考虑FBGMW情况下的AFHCI)。AFHCI差异的绝对值的单位为0.5×109 kg/s。其中,黑色、红色、绿色、蓝色、天蓝色、紫色、深绿色、和橙色点分别代表MRM、CFSR、ERA-Interim、ERA5、JRA-55、MERRA2、NCEP/DOE和NCEP/NCAR再分析资料的结果,下同。

  图3-4 MRM和7套再分析资料对应的利用M1(左侧)和M2(右侧)得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC(a、b)NE、(c、d)CE和(e、f)SE的差异(1979-2019)。NE、CE和SE差异的单位为度。

  由于图3-1仅给出了定性的结果,因此,本文接下来将给出不考虑FBGMW对AFHC影响的定量化结果。从图3-1g可以发现,M2对应的夏季NH AFHC的下沉支主要在500hPa以下,并且在部分年份下沉支位置很难确定,因此,接下来的研究不包含M2对应的夏季NH AFHC的下沉支。图3-2给出了多套再分析资料平均(MRM)的利用M1和M2得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC强度以及上升支和下沉支位置的气候平均态(1979-2019)。图3-3给出了MRM和7套再分析资料对应的利用M1和M2得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHCI的差异(1979-2019)。图3-4给出了MRM和7套再分析资料对应的利用M1和M2得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC上升支和下沉支位置的差异(1979-2019)。

  从图3-2和图3-3可以发现,MRM和7套再分析资料的结果均表明,不考虑FBGMW会导致两种方法对应的NH AFHC均偏强,并且冬季AFHC偏强最明显。平均而言,对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节NH AFHCI分别从36.5、25.0、21.7、16.8增强到40.8、26.8、23.0、19.4;对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节NH AFHCI分别从43.2、26.2、38.3、25.8增强到46.3、27.6、39.3、27.6。这里需要说明的是,AFHCI的单位为0.5×109 kg/s,本文接下来关于AFHCI的内容均采用此单位。对于SH AFHCI,M1和M2对应的结果存在一定的差异。对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC均偏弱,但不考虑FBGMW的误差没有M2的结果明显(对比图3-3c和3-3d)。平均而言,对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节SH AFHCI分别从-9.5、-23.3、-45.2、-21.6减弱到-8.9、-22.9、-45.1、-21.0;对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节SH AFHCI分别从-13.4、-30.0、-46.4、-24.0减弱到-13.0、-26.6、-45.7、-21.3。这里需要指出,图3-1c和图3-2c对应的不考虑FBGMW引起的夏季SH AFHCI的误差存在差异,即图3-1c表明不考虑FBGMW会引起夏季SH AFHC偏强,而3-2c的结果却表明不考虑FBGMW对夏季SH AFHCI影响较弱。引起图3-1c和图3-2c结果存在差异原因是,不考虑FBGMW引起的夏季SH AFHC的误差的空间分布不均匀,并且在AFHC强度中心的误差很弱。对比图3-3a、b和图3-3e、f可以发现,尽管不考虑FBGMW导致的NH AFHCI的绝对误差在冬季最明显,但是和其它季节相比,其相对误差却没有明显的差异,意味着尽管冬季绝对误差最大,但是该误差对NH AFHC的影响却和其它季节相似。同样的,对比图3-3d和图3-3h可以发现,尽管不考虑FBGMW导致的夏季SH AFHCI的绝对误差很明显,但是其相对误差却很小,意味着尽管夏季绝对误差很明显,但是该误差对SH AFHC的影响却很小。

  从图3-2和图3-4可以发现,M1和M2对应的不考虑FBGMW导致的AFHC NE、CE、SE的误差存在一定的差异。具体地,不考虑FBGMW会导致两种方法对应的各个季节AFHC NE更偏北,但是M2对应的不同再分析资料得到的结果之间的差异比M1小。平均而言,对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC NE分别从26.1°、27.8°、31.7°、27.2°偏北到26.5°、28.1°、31.8°、27.5°;对于M2,不考虑FBGMW会导致三个季节(除夏季)AFHC NE分别从29.5°、32.3°、35.3°偏北到29.7°、32.8°、36.0°。不考虑FBGMW会导致两种方法对应的冬季AFHC CE更偏南,而其它三个季节AFHC CE更偏北;但是,M1对应的AFHC CE在春季和秋季偏北更明显,而M2对应的AFHC CE在夏季偏北更明显。平均而言,对于M1,不考虑FBGMW会导致冬季AFHC CE从-13.8°偏南到-14.5°,而会导致其它三个季节AFHC CE分别从4.14°、16.0°、4.9°偏北到5.3°、16.6°、5.9°;对于M2,不考虑FBGMW会导致冬季AFHC CE从-12.9°偏南到-14.3°,而会导致其它三个季节AFHC CE分别从3.3°、10.3°、2.9°偏北到4.14°、11.7°、3.0°。不考虑FBGMW会导致M1对应的冬季和秋季AFHC SE更偏南,而对应的春季和夏季AFHC SE影响较小;不考虑FBGMW会导致M2对应的夏季和秋季AFHC SE更偏北,而对应的冬季和春季AFHC SE影响较小。平均而言,对于M1,不考虑FBGMW会导致冬季和秋季的AFHC SE分别从-29.2°、-25.5°偏南到-30.0°、-26.6°;对于M2,不考虑FBGMW会导致夏季和秋季的AFHC SE分别从-30.1°、-41.3°偏北到-30.0°、-40.7°。

  3.2年际变率

  图3-5给出了MRM和7套再分析资料对应的利用M1和M2得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC强度及上升支和下沉支位置的相关系数(1979-2019)。从图3-5可以发现,不同资料、不同方法得到的结果很相似,意味着不考虑FBGMW对AFHC年际变率的影响和再分析资料和方法的选取无关。从图3-5我们可以发现,不考虑FBGMW和考虑FBGMW的季节平均AFHC强度及上升支和下沉支位置的相关系数均超过0.8,并且绝大部分相关系数均达到0.95以上。图3-6给出了MRM和7套再分析资料对应的利用M1和M2得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC的标准差之比(1979-2019)。从图3-6我们可以发现,除了CE,不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC的标准差之比非常接近1,意味着除了CE,不考虑FBGMW对AFHC年际变率的影响很小。对于CE,不考虑FBGMW会使得M1对应的冬季和夏季以及M2对应的冬季AFHC CE年际变率减小,使得M1和M2对应的秋季AFHC CE年际变率增加。在其它情况下,不考虑FBGMW导致AFHC CE年际变率的变化依赖于再分析资料的选取。

  图3-5 MRM和7套再分析资料对应的利用M1(左侧)和M2(右侧)得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC的相关系数(1979-2019)。其中,(a、b)和(c、d)为NH和SH强度,(e、f)和(i、j)分别为NH和SH下沉支位置(NE和SE),(g、h)为上升支位置(CE)。

  图3-6 MRM和7套再分析资料对应的利用M1(左侧)和M2(右侧)得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC的标准差之比(1979-2019)。其中,(a、b)和(c、d)为NH和SH强度,(e、f)和(i、j)分别为NH和SH下沉支位置(NE和SE),(g、h)为上升支位置(CE)。

  图3-7 MRM对应的利用M1(左侧)和M2(右侧)得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC的长期变化趋势(1979-2019)。其中,(a、b)和(c、d)为NH和SH强度,(e、f)和(i、j)分别为NH和SH下沉支位置(NE和SE),(g、h)为上升支位置(CE)。强度趋势的单位为0.5×109 kg/s每十年,NE、CE和SE的单位为度每十年。通过信度为0.05的统计检验的趋势对应的直方柱被斜线填充。

  3.3长期变化趋势

  图3-7给出了MRM对应的利用M1和M2得到的不考虑FBGMW情况和考虑FBGMW情况下的季节平均AFHC的长期变化趋势(1979-2019)。从图3-7可以发现,尽管不考虑FBGMW会导致AFHC强度以及上升支和下沉支位置的长期趋势的数值发生变化,但是关于AFHC长期变化趋势的主要结论并没有发生改变。从图3-7a和图3-7b可以发现,考虑FBGMW前后,各个季节NH AFHCI均表现为减弱的趋势。对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节NH AFHCI的长期变化趋势从-0.42、-0.42、-0.79、-0.90变为-0.61、-0.37、-0.86、-1.05;对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节NH AFHCI的长期变化趋势从-0.61、-0.07、-1.31、-1.58变为-0.80、-0.06、-1.29、-1.68;其中,AFHCI长期变化趋势的单位为0.5×109 kg/s每十年。从图3-7c和图3-7d可以发现,考虑FBGMW前后,春季和夏季SH AFHCI表现为增强趋势,秋季SH AFHCI表现为减弱趋势,冬季SH AFHCI没有明显变化趋势。对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节NH AFHCI的长期变化趋势从0.02、0.59、0.32、-0.55变为0.04、0.54、0.28、-0.47;对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节NH AFHCI的长期变化趋势从-0.02、0.24、0.30、-0.62变为0.07、0.50、0.28、-0.44。

  从图3-7c可以发现,M1对应的,考虑FBGMW前后,春季AFHC NE均表现为向南收缩的趋势,夏季和秋季均表现为向北扩张趋势,而冬季没有明显变化趋势。从图3-7d可以发现,M2对应的,考虑FBGMW前后,春季和秋季AFHC NE均表现为向南收缩趋势,而冬季均没有明显变化趋势。对于M1,不考虑FBGMW会导致春季、夏季和秋季AFHC NE的长期变化趋势分别从-0.16、0.04、0.14变为-0.12、0.06、0.16;对于M2,不考虑FBGMW会导致冬季、春季和秋季AFHC NE的长期变化趋势从0.02、-0.33、-0.63变为0.01、-0.25、-0.78。从图3-7g和图3-7h可以发现,考虑FBGMW前后,冬季和春季AFHC CE均表现为向南移动的趋势,而夏季和秋季均表现为向北移动的趋势。对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC CE的长期变化趋势分别从-0.13、-0.28、0.60、0.04变为-0.12、-0.24、0.38、0.07;对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC CE的长期变化趋势分别从-0.21、-0.35、0.38、0.05变为-0.27、-0.36、0.42、0.05。从图3-7i可以发现,M1对应的,考虑FBGMW前后,四个季节AFHC SE均表现为向南扩张的趋势。从图3-7j可以发现,M2对应的,考虑FBGMW前后,夏季AFHC SE均表现为向北收缩的趋势,而其它三个季节均表现为向南扩张的趋势。对于M1,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC SE的长期变化趋势分别从-0.58、-0.08、-0.10、-0.72变为-0.62、-0.06、-0.10、-0.71;对于M2,不考虑FBGMW会导致四个季节AFHC CE的长期变化趋势分别从-0.19、-0.27、0.14、-0.89变为-0.25、-0.18、0.15、-1.26。