文摘

Tibaldi-Molteni阻塞指数补充了额外的过滤标准,消除截止低点和subsynoptic结构。我们介绍三个阻塞过滤器和敏感性分析:(i)分位数滤波器要求最低位势高度异常拒绝截止低点,(ii)某种程度上滤提取比例高于最低区域宽度,和(3)持久性滤波器来提取事件与最低期限。实际滤波器应用分析两个案例研究和阻塞的气候学北半球和南半球。

1。介绍

阻塞是最突出的流模式之一,受到的关注在过去几十年由于其影响季节性天气特征。首先介绍了大气阻塞流的定性标准雷克斯(1)在1950年提出大气喷射成为分割在两个分离的部分相当的质量输运有关,是子午流分割点和下游,和国家持续至少10天的区域宽度至少45度。最初的想法由雷克斯成为制定几个阻塞指标的基础。多数指数检测典型的大气模式(例如,2,3])。为短timeseries主观标准已使用(例如,2,4])。而大多数分析认为500 hPa位势高度(例如,5,6]),佩利和斯7),例如,发现阻塞的负面子午潜在的一个潜在的涡度表面温度梯度(2 PVU级别)。

尽管索引定义之间的差异,他们得出类似的结论对于北半球阻塞气候学的模式。然而,阻断频率,步伐一定的百分比经度,受阻,可以低至5%8),或高于20%5]。的主要原因广泛的频率自动检测是雷克斯标准的修改和使用不同的参数。

由于它的简单性,Tibaldi指数和Molteni(从今以后表示TM-Index) (5),这是基于最初的想法Lejenas和Økland [9),已经成为一个标准自动屏蔽检测分析。TM-Index的一个重要的问题是,它不能有效区分阻塞和截止低模式,因为满足TM-Index标准。修改后的TM-Index MTM (8)高废品率截止低点。雷克斯的限制条件可以被视为实现独立的过滤器显示协同效应如果连续使用它们。一直延伸到纬度地带性TM-Index谢勒et al。10]。

本研究的主要目的是定义过滤器和确定它们对检测屏蔽频率使用ERA-40 T106决议(再分析数据)[11]。阻塞的分析是基于TM-Index Tibaldi和Molteni [5与一个额外的标准),以避免在阻塞区域差距。额外的过滤器的主要目的是排除nonsynoptic阻塞流异常和截止低点。

三个过滤器被应用:(1)分位数过滤器,确保正异常的位势高度场封锁区域,(2)过滤,去除结构下面区域宽度,(3)持久性过滤器,消除结构时间阈值以下。

过滤器是用于两个案例研究和阻塞气候学北半球和南半球。

本文概述如下。节2,阻止指数,包括修改定义和数据描述和比较的方法。节3过滤器是给定的,结果,以及南半球的结果。部分4包含了案例研究的阻塞和截止1990年2月低活性。节4,结果总结和讨论。

2。阻塞指标和过滤器

在本节中,阻塞指数的定义根据Tibaldi et al。5),并给出了修改。以下过滤器是介绍:(我)分位数过滤器,与位势高度最小阈值,(2)过滤器,要求最低区域宽度,和(3)持久性过滤器,最低生活一段时间。

使用的数据是500 hPa位势高度ERA-40再分析数据集(11)(1958 - 2001)和时间步长达6个谱截断T106 (在高斯的网格)。

2.1。阻塞指标

最初的标准Tibaldi et al。5]在经度阻塞 与位势高度梯度北部和南部地区 在目前的研究中,TM-Index修改通过引入不同的梯度范围(这将被表示为以下的基本设置):

位势高度和吗表示纬度。因此,500 hPa位势高度场分析模式与积极的位势高度梯度在南部地区和强烈的负梯度在北部地区。一些研究忽视的标准在北方(12]。这里的渐变和计算所有可能的组合的纬度在指定的范围间隔。经度的定义是阻塞如果至少一个案例的标准(1)感到满意。由于高分辨率数据相比,这里使用(5),的时间间隔包括更多的纬度,因此更可能的组合。

范围的定义导致更多的发现“阻塞事件”。作为一个例子,可能的纬度是,,,,,,在高斯的网格。根据这一定义,可以发现屏蔽结构,中间有一个最大的中部和南部地区。例如,如果只有中纬度地区纬度最南的位势高度高于北部的纬度的南部地区,和阻止将被检测到。没有这个修改,这样的组合是不可能阻止并不是确定,因为高位势是南部和低位势太远太远了北部,与经向的程度相对较小。阻断频率的增加的变量梯度范围基本设置数量阻止高频率和地区较低的地区阻塞活动原始TM-Index相比(图1)。

由于纬度梯度的限制,这里不需要定义的指数区域屏蔽结构的程度。在一个小数量的事件,可以确定两个分离但经度关闭封锁这实际上是部分天气“阻塞事件”。因此,阻止了地区差距不到在这里融合。这通常发生在omega-shaped阻塞的中心南部标准(1)是不满意尽管天气阻碍。合并有限影响屏蔽频率(< 5%)在目前形式的检测。然而,如果一个带状滤波器应用程度,合并会导致的关键超过数阈值。这种效果是评价部分3。

阻塞指标中定义(1)一起合并标准还包括截止低点应该被排除在外。此外,识别天气“阻塞事件”的动机导致过滤标准比较分析应用于先前的研究。

2.2。过滤器

分析是基于TM-Index (4)包括合并准则,这是表示作为参考设置。将主要的过滤器应用于获得天气在以下部分中介绍了阻塞。

分位数过滤器。消除截止低点,积极的位势高度异常是要求在中纬度地区除了TM-Index条件(1)

是分位数的位势高度特定的纬度。为例如,只有经度与中纬度的位势高度高于中位数可以阻塞。因此,异常的位势高度中纬度比相应的必须是积极的的纬度值。这个想法是出于多尔和戈登的研究(6),寻找持续积极的异常在500 hPa位势高度场。

与标准(4)截止低点的数量减少(见部分3)。的分位数是调整紧缩的阈值参数。然而,这种过滤是不够的,要求天气尺度阻止高位。

程度上过滤器。迄今为止,所有的经度是追究分开阻塞不考虑区域范围。过滤删除所有“阻塞事件”程度与区域宽度低于规定的阈值。原标准从雷克斯1),这是基于主观的天气分析,显示的宽度。由于自动检测例程基于TM-Index收益率明显较小的区域,较低的阈值来提取“阻塞事件”类似的扩展是必要的。原因是TM-Index提取了经度jet-split地区而不是整个屏蔽区域内(3]。此外,较小的值过滤程度不仅确保的成熟状态仍然存在障碍,但也部分发作和衰减阶段。注意,上面介绍的合并过程抑制寄生程度上消除“阻塞事件”的过滤器。

自“阻塞事件”的带状程度可能不同生命周期期间,有可能是暂时的程度低于阈值,伴随着分手成两个时间片段。如果这些片段受到后续时间滤波器要求最低的生活时间,这将导致一个低估阻塞的频率。如果这样的时间没有应用过滤器,屏蔽频率的计数是弱的影响。

持久性过滤器。在本节中,介绍了一个过滤器来识别天气时间尺度上“阻塞事件”。这个持久性过滤器去除阻塞区域总寿命低于规定数量的步伐。这个过滤器在拉格朗日框架自跟踪阻塞模式。识别跟踪需要一个重叠的至少一个经度6次步骤。该算法等价于空间标准我从Barriopedro et al。13(第二个标准在这项研究中没有使用)。如果没有重叠,随后的时间步的“阻塞事件”被认为是一个新的阻塞。注意,这个跟踪条件足以检测个人阻塞的高时间分辨率像6小时。

有一个广泛的阈值从5到10天的持久性过滤器使用在先前的研究中,提出的10天雷克斯,而最近的研究使用一个阈值的5天2,9]。“阻塞事件”的持续时间可以大幅改变,甚至可以超过30天,根据大规模流动以及天气尺度环流的特点(14]。

总之,所有的应用下面的过滤器定义了适当的阈值,收益率天气“阻塞事件”。重要的是要注意,过滤器必须应用于上述序列。

2.3。阻塞中心定义

综观“阻塞事件”的中心和强度计算。在这项研究中定义的中心是经度块最大温室气体,也就是说,情理之中的位势高度之间的区别和南部地区最高。定义的力量是最大的温室气体。

虽然这个定义可能导致某些类型的中心波动阻塞(如omega-shape模式),有两个主要优势相对于其他定义:(i)的中心不能屏蔽结构的边缘(作为位势高度观察到最大)和(2)中心是相同的强度最大的位置(而不是简单的中间阻塞所定义的几何方法)。这些方面被认为是在两个案例研究部分3.4。

3所示。结果:敏感性和气候学

获得个人的影响概述过滤器,屏蔽频率分析分开每个过滤器(即。,没有其他过滤器)。“阻塞事件”确定使用500 hPa位势高度ERA-40 1953 - 2000年期间的数据。滤波器的分析影响北半球数据执行,南半球的气候学。注意,过滤器必须应用适当的序列的部分2。

3.1。应用程序北半球

在第一步,合并准则的影响评估。阻塞在位势高度数据分析使用标准(1)不同没有任何进一步的过滤器。阻断频率相比,如果所有差距小于获得的频率阻塞区域之间的合并。很明显从图2这两种方法之间的区别非常小(大约3 - 5%)和纬向同质。很明显,合并不赞成阻止特定地区的频率。合并以来已断开连接的阻塞区域识别所需的天气阻塞的接受程度过滤器,该方法作为参考设置在下面的分析中。

检测到前面阻塞中观察到的所有主要特征分析(例如,比较6,7,9):高屏蔽频率在大西洋东部和欧洲,一个小凸起在60 Ural-blocking e,高频宽东亚/太平洋地区(小于在欧洲)和两种不同的最小值在90 e和110 w。

分位数过滤器。分位数过滤器是用来排除截止低点。这个过滤器的影响很大程度上取决于经度(图3(一个))。地区最大的减少阻塞的频率是东亚在120 e和180年之间,在145 e峰、北美和西方Altantic从50 w到90 w。这表明大量的阻塞的参考设置中检测到这些地区实际上是截止低点。这种效应也观察到在案例研究部分3.4。阻断频率改变的形状,这样亚洲/西太平洋阻塞部门现在那么显著。

阈值的选择问消除截止低点之间做出权衡和天气的错误消除阻塞。与= 0.5(即。,为positive anomalies with regard to the median), there are still some cut-off cases left especially in the mentioned sensitive areas. Using values higher than会导致大量的排除天气“阻塞事件”。例如阻塞区域的总宽度不能超过();这可能是一个严格的排除同时发生的两个主要“阻塞事件”。如果使用这个过滤器,排除部分截止频率的低点。最高的地区减少阻塞频率也最高的地区截止活动(见图3 (b)为值包括弗伦联盟0.5到0.8)。

程度上过滤器。过滤器显示程度区域差异,但小得多比分位数级过滤器(图4)。由程度最低的地区减少过滤器在经度在大西洋在140 e和170 w /欧洲部门和太平洋的部门。最大的减少阻塞观察到120 w。过滤器消除阻塞程度频率剖面由于消除小结构;一个明显的例子是减少二次最大附近的120 w。然而,像膨胀的特性接近乌拉尔不受影响。

程度过滤器阻塞区域内的小缺口的原因不得不被关闭前的合并过程;否则过滤程度将会丢弃这“阻塞事件”,因为这两个条件并不足以通过过滤器。因此,前面的合并过程导致增加屏蔽频率如果使用某种程度上过滤器(比较图5)。

持久性过滤器。持久性过滤器显示了一个类似的影响程度过滤器也因为它轻抚在可比,但较弱的方式(图6)。此外,减少阻塞频率更均匀的一个杰出的最大在120 w和80 w。3和10天内时间阈值,检测到阻塞的气候模式。十天的整体屏蔽频率减少超过。

3.2。敏感的过滤器

影响的持久性和过滤器阻塞程度的频率可以通过逐渐增加评估的阈值。自屏蔽频率减少的持久性过滤器是均匀的,可以考虑降低纬向平均。减少之间的阈值1和10天遵循线性增加(图7天7)。注意,这个属于阻断频率,而持久性过滤作用于个人的时间“阻塞事件”。

在进一步分析中,“阻塞事件”的总寿命的分布决定。估计分布的差异屏蔽滤波器频率除以平均值。寿命分析仅限于10天这事件有更长的生命时间无视(图8)。“阻塞事件”的数量和持续时间减少,但短暂的事件少有助于阻止频率。

类似的分析是进行过滤(图程度7 (b))。重要的是要注意,不等距的阈值(因为数据分辨率)因为间隔不同的宽度和柱状图;这就解释了nonmonotonous行为。这里,不得不说,有一个更强的依赖性阻断频率的经度。

减少的结果与对应的阈值非常相似程度和持久性过滤器。然而,“阻塞事件”的数量最小的类扩展()低于在随后的类(5.625°-11.25°)。这表明大量的短暂的“阻塞事件”不一定是小。

一个密切相关的假设是大结构更持久(2]。这是测试的分析持久性过滤后过滤,最低程度的延伸(图9)。结果表明,即使对于结构比减少阻塞的频率几乎是线性如图7天7(一)。

以下简称推理解释了增加时间阈值(参见图13 (c)节3.4下图):(i)屏蔽结构和一个扩展比最低程度低于阈值在短时间内,(ii)屏蔽结构,只在短时间内超越程度条件。这两种情况下导致短暂的事件的数量。

总之,这两个过滤器的组合,例如,一个最小的程度和3天的持久性滤波器提取天气“阻塞事件”(与之前的分位数过滤器)。注意,三天的阈值允许网站包含瞬态事件。这些事件显示所有特征的主观确定天气阻碍:(我)一个独特的积极的位势高度异常,(2)最小面积2000公里,(3)持续至少三天。

这个条件可以被认为是一个实用的implemenation雷克斯自动屏蔽检测标准适应网格高分辨率数据。

最后,在图10,推荐的北半球的阻断频率阈值。一般分布,然而,很多细节已在前面的讨论不同敏感性的研究。

3.3。南半球

南半球(SH)阻塞更频繁和持续不如北方同行(例如,15- - - - - -18])。阻断频率分布显示只有一个大最大在太平洋地区和一个小一个在大西洋,东部的南美40 w(图11)。阻断频率在两个半球的比较没有过滤显示了山峰之上在北半球(NH),而相应的SH值几乎没有。阻塞的另一个显著特征是一个截然不同的最低频率接近南美洲65 w。由于不同的冷锋,阻塞的结构分布在SH简单NH相比。只有一个地区大量的阻塞在太平洋150 e和80 w之间最大在150 w。

如果所有的过滤器是使用和设置为相同的参数在北半球,程度上过滤和3天的持久性过滤器,屏蔽频率显著降低相比,参考下面TM-Index最多。最大40 w消失,向东和太平洋地区最大的转变,现在位于110 w。

这个结果表明,阈值应用于NH必须适应SH获得显著阻碍频率。在图11,结果发现提出了三种不同组合的程度和持久性过滤器:(我)过滤阈值降低的程度、持久性过滤器3天,(2)程度上滤、持久性过滤器失效,(3)程度上滤、持久性过滤器失效。

选项(i), NH设置相比的差异通常是小,但最大的40 w是明显减少。选项(ii),然而,显示一些主要差异。整个模式类似于参考TM-Index比北半球的设置。阻断频率分布几乎是相同的(在一个较低的级别)除了南美洲的东部地区,最大的阻碍频率就消失了。最后的选项(iii)会导致类似的屏蔽频率(ii),但在(我),在这里最大的南美东40 w检测。SH、分位数过滤器减少阻塞以来似乎过时的频率是可以忽略的,纬向同质(图11)。这可能表明,SH截止低点和阻塞不发生在同一地区。综上所述,我们得出这样的结论:自动检测算法可以应用于上海,但它需要适应“阻塞事件”的整体出现下降。

3.4。案例研究

证明过滤器限制TM-Index分析天气“阻塞事件”的结果,两种情况被认为是显式地在这里。第一个例子是一个天气“阻塞事件”在俄罗斯已通过所有过滤器(否则,他们会很严格)。第二个例子是截止低被引用TM-Index在太平洋设置相同的被淘汰。

这两种情况下发生在1990年2月。在本月,阻塞形势观察在东欧和俄罗斯从2月13日18 UTC UTC和一个截止到2月26日6事件在太平洋部门在同一时期从2月21日12 UTC时间2月25日18 UTC。给出的日期是第一个和最后一个的时候发现了经度的事件。在图12,这两种情况下的位势高度场峰值发展。这个“阻塞事件”是模范,最高的位势高度约65 n和60 e。70小时后最高的n值发现57和70 e;因此,事件几乎是静止的。位势高度值前约5560米,5640米后一种情况。太平洋cut-of-low很低位势高度5000米的中心48 n和167 w。然而,这种低是嵌入在一个更大的地区相对较高的位势高度。这个系统的发展非常迅速,快速风暴之发展形成一个例子,但它也相对衰减很快,因为它只检测到102小时。

在参考设置没有过滤,这两件事是发现“阻塞事件”的剧情。由于截止低太平洋地区是嵌套在一个脊高位势相对远北地区,不足以消除分位数过滤器结构,特别是在发展和衰退阶段。

在图13的复合为阻止经度Hovmoller图显示了五个不同的过滤器设置在1990年2月:(a)没有过滤,(b)分位数过滤器,过滤器(c)程度,(d)持久性过滤器,和所有过滤器(e)。很明显,所有过滤器的组合完全消除了截止低,保留“阻塞事件”,从2月发现了五天。16 18 UTC时间2月21日12 UTC。

这个例子表明,截止低点被过滤的组合,虽然这并不能可靠地完成single-filter方法。最强大的组合是设置在这个例子的程度和持久性过滤器。在这种情况下,这两个过滤器导致相同的结果作为所有三个过滤器,使分位数滤过时了。然而,一般来说,cut-off-lows应该取消使用所有过滤器。

所有三个过滤器的结合降低了时间的实际程度概括性地相关部门“阻塞事件”,忽视发展和衰退阶段。与分位数和程度过滤器、持久性完全过滤去除阻塞结构或保护他们。如果这个案例研究只与持久性执行过滤阈值的七天,结果是未经简略的“阻塞事件”包括开发和衰减阶段,而所有其他结构消除。显然,持久性过滤器不丢弃cut-off-lows如果他们超过时间阈值。

4所示。总结和讨论

一些自动屏蔽检测方法,例如TM-Index Tibaldi等建议。5),不适合发现天气尺度阻塞,其中包括大量的小和短暂的结构。为了弥补这一缺陷,介绍了三个过滤标准,目的是限制天气尺度“阻塞事件”的结果。修改TM-Index允许更大范围的梯度措施并关闭封锁经度合并。独立三个过滤器的影响进行了分析。在最后的实现中,阈值的过滤器合作和个人过滤器是相应调整。对于一个成功的实现应用程序的序列相关。实现如下三个过滤器。

(我)分位数滤波器要求位势高度和最小阈值是基本方法消除截止低点。对分位数(中位数),这大概是符合一个阈值为正异常,完全消除截止低点不是观察到。另一方面,价值高于应该避免,因为这可能导致部分切除综观阻塞模式。因此,价值建议。这分位数过滤器显示一个明确的依赖经度。

(2)滤波器需要最低程度的带状延伸阻塞消除subsynoptic异常模式。的宽度雷克斯提出的(1是不适合自动模式制约的核心活动。在我们分析的宽度表现为天气尺度异常提取的最佳条件。

(3)持久性滤波器要求最低生活时间的“阻塞事件”不需要固定在我们的分析。而雷克斯(1]表明10天最低条件,较小的阈值被用于其他研究。在目前的分析,3天似乎足够最低,特别是如果这个滤波器结合分位数和过滤器,因为抛弃“阻塞事件”的增长和衰减阶段。

的敏感程度和持久性过滤器显示宽线性行为阈值范围。持久性的影响过滤浸透约为7天,和过滤器- - - - - -,宽度提出了雷克斯(1]。程度和持久性过滤器显示均匀减少阻塞使估计事件的数量有一定的空间和时间尺度。

程度的分析过滤收益率,只有所有事件都小于是罕见的,因此非常小的结构。分析表明,持久性过滤器所有检测到的情况下有一个持续时间短于一天。这意味着有大量的扩展,但短暂的事件。

1990年2月的案例研究表明,应用所有与推荐的阈值过滤删除任何结构不考虑天气尺度阻塞。

在南半球,“阻塞事件”不太频繁,完全是在南太平洋观察。因此,本研究的扩展过滤器的SH需要调整阈值。

总之,所有过滤器的组合分位数的过滤器,程度上过滤和3天的持久性过滤器应用于TM-Index输出提取天气尺度“阻塞事件”。

确认

作者感谢两个评论者对他们有用的评论。b . Schalge承认KlimaCampus的支持,从综合气候系统科学学院(中心)。