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陆面是气候系统的重要组成部分,对气候变化有显著影响。本文对ERA40、ERA-Interim和NCEP三套再分析资料中土壤湿度以及GSWP2多模式平均土壤湿度资料的变率进行了比较分析。在去除了ENSO遥相关及趋势的影响后,首先我们研究了欧亚大陆土壤湿度的分布、季节变化特征和变率中心;其次运用经验正交函数分解,分析了欧亚大陆中高纬度土壤湿度变率主要模态的季节变化特征,以及相对应主分量时间序列显示的土壤湿度异常的衰减时间。结果表明各个季节土壤湿度第一EOF模态对应的空间分布型在全年有很强的持续性,用第一模态各个月份相对应主分量时间序列的相关系数,表征土壤湿度异常记忆的时间尺度,可以达到3-4个月。比较分析进一步发现ERA40再分析资料中土壤湿度包含了四套资料土壤湿度变率最大的共性。以此为基础,我们研究了ERA40再分析资料中欧亚大陆土壤湿度对北半球大气环流的影响。 之前国内外的许多研究利用观测分析和数值模拟研究了土壤湿度的变化对区域温度、降水和大气环流等变化的影响,但是较少分析土壤湿度反馈对北半球大尺度大气环流的影响,并且过去多数研究没有注意分离与热带太平洋海温强迫有关的信号。本文利用44年ERA40再分析资料的土壤湿度和各种大气环流变量场,初步探讨了北半球大气环流对欧亚大陆土壤湿度变化的驱动作用,以及持续性的欧亚大陆土壤湿度异常对后期北半球大尺度大气环流可能的反馈作用。 通过对不同季节的连续3个月的月平均土壤湿度和海平面气压场(SLP)、500hPa、200hPa高度场进行滞后最大协方差分析,揭示欧亚地区中高纬度土壤湿度异常与北半球大气环流异常之间的线性耦合关系。第一最大协方差模态的结果表明:全年中的主导信号是大气强迫土壤湿度的变化,当大陆上空主要受反气旋性环流控制时,欧亚大陆土壤湿度将明显地减小;而当大陆上空主要受气旋性环流控制时,土壤湿度将显著地增加。 在夏季(6-8月),秋季(9-11月),和冬季(1-3月)大气中类似负位相北极涛动的环流型与之前3-5月份土壤湿度的持续变化有显著相关。对于夏季大气,当土壤湿度领先5个月时,大气响应的信号最强,可预报性最高,在MCA中大气的最大变率中心有20m;对于秋季大气,土壤湿度领先3个月时,大气的响应最强,在MCA中变率中心最大有25m。对于冬季大气,当土壤湿度领先3个月时对大气有最大的可预报性,大气的变率中心在MCA中有45m。以上大气对于土壤湿度反馈的响应在整个对流层是正压结构。另外土壤湿度对后期的降水和温度也有显著的影响,在中高纬度这一影响尤为显著。而基于土壤湿度变率中心的回归分析也证实了领先的欧亚土壤湿度,特别是前期3-5个月北非副热带,欧亚内陆和西伯利亚地区的土壤湿度异常,与夏季,秋季和冬季的大气环流显著相关。因此,欧亚大陆土壤湿度异常领先大气环流的信号,将有助于改善冬季、夏季和秋季北半球季节气候预报能力。