清江流域水热关系与东亚夏季风的联系

降水(P)与气温(T)之间的关系,即水热关系(PTR),在夏季一定程度上可反映干旱—高温热浪(或洪涝多雨—凉夏)极端气候灾害事件的发生情况。三峡库区内的清江流域,存在发育良好的洞穴,其沉积物中碳氧同位素序列长,可一定程度代表降水或气温信息,存在构造长序列PTR指标的可能性。从现代器测与再分析记录出发,研究清江流域PTR的演变特征和成因,可为利用石笋碳氧同位素构造PTR代用指标提供一些物理基础和启发。本文利用清江流域6个站(巴东、建始、利川、恩施、五峰、宜昌)1960~2016年逐日气温与降水观测资料及NCEP耦合预报模式再分析(CFSR)、日本气象厅55年再分析(JRA55)和欧洲中期天气预报中心再分析(ERA-interim)等3套资料,分析了清江流域PTR季节性差异、年际与年代际变化及其与东亚夏季风的联系。结果表明:1)PTR有明显季节性差异,夏季为显著负相关,其他季节不明显;2)夏季PTR存在明显年代际变化,表现出20~25年准周期振荡特征。在过去的几十年间,1965~1976年和1993~2011年期间水热相关不显著,而1977~1992年为显著负相关,即分别在1974年、1986年、1992年发生了年代际转折;3)夏季PTR年代际变化和东亚夏季风强度有一定的联系。在水热显著负相关时段(1977~1992年),夏季风偏弱;PTR不显著时段(1965~1976年和1993~2011年),夏季风偏强;4)机制上,夏季风减弱,南北方气流交汇位置靠南,清江流域水汽增加,上升运动增强,云量与降水增加,导致地表热通量减少,地面气温下降,PTR为显著负相关。夏季风增强时,南北气流交汇区北移,清江流域水汽减少,下沉运动增强,导致云量减少而地表热通量增加,使得气温上升,进一步使气温垂直递减率增加,降水效率对降水贡献为正,表明气温上升利于降水增加,同时云量/降水对气温的影响减弱,但并未消失,使得PTR不显著。5)太平洋年代际振荡(IPO/PDO)对清江流域夏季PTR起着一定的调制作用。