文摘

52平流层突然变暖(f)从1957年到2002年发生的事件进行分析的基础上,40年的欧洲中期天气预报中心再分析数据集。那些可以下降到对流层合成调查他们对东亚冬季风的影响(EAWM)。发生时,西南偏南约时显示,北极涛动(AO)和北太平洋涛动(NPO)都是在负相,对流层环流很波动。西伯利亚高压和阿留申低压都加强,导致增加梯度之间的亚洲大陆和北太平洋。因此,一个强大的EAWM与广泛的观察到在东亚内陆和沿海冷却。量的峰值后,相比之下,对流层环流是纬向对称AO的负面阶段和非营利组织。mid-tropospheric东亚槽加深,向东转移。这个配置促进变暖在东亚内陆和冷却在东亚沿海集中在日本。行星波的活动在量的生命周期进行了分析。异常传播和随之而来的改变行星波的振幅可以解释观察到的循环和EAWM。

1。介绍

平流层突然变暖(f)是一个有趣的现象,冬季平流层环流。自1952年首次被发现,Scherhag [1),被认为是一个重要的现象,可能会影响半球循环模式。极地平流层温度急剧上升量发生时,平流层环流模式与温度变化急剧转变。然后事件可以分为主要和次要的变暖事件,基于变暖的程度。查尔顿和Polvani介绍(2)主要气候变暖事件分为那些做或不分裂平流层极涡基于在60°N和10 hPa纬向风。Matthewman et al。3)发现vortex-splitting事件通常是正压,涡分裂几乎同时发生在一个高度的大范围(20 - 40公里),而位移事件的特点是一个非常明确的斜压结构。

异常环流引起的一些具体事件能够传播西南偏南约下行影响对流层天气和气候。在1970年代早期,一个(4)发现异常平流层纬向反气旋环流在高纬度地区发生一起量这异常从平流层延伸到地面和对流层天气系统的影响。鲍德温和Dunkerton5)认为,北极涛动(AO),这是夫妻平流层和对流层的重要模式,与量有很大的关系。他们建议量导致AO指数慢慢变得消极,回到积极。他们还指出潜在作用的平流层对流层天气预报中弱和强涡流的事件。后来,鲍德温et al。6,7]进一步发现量可能会导致更高的温度和位势高度在极地地区平流层AO和削弱。

重大事件会导致西南偏南约平流层极地地区的显著变化,导致异常的北半球对流层AO传播,从而影响对流层天气和气候。李等人。8)发现,在一个主要事件,西南偏南约极地平流层温度和高度异常会导致下行AO,这可能会导致更强的西伯利亚高压和阿留申低压,和一个更深的向西转移mid-tropospheric东亚槽。邓et al。9]分析了f之间的联系和AO,发现上层对流层东亚急流加强,东亚槽加深在f。米切尔et al。10)发明了一种新的分类技术弱漩涡事件基于潜在的涡量的分布,并进一步将这些事件分为涡位移和涡分裂。他们建议涡分裂事件与地面天气,会导致积极的温度异常,超过1.5 K /北美东部和负异常超过−3 K /欧亚大陆和相应的信号弱时位移事件。王,陈112009年)研究了寒冷的冬天,建议这个事件是由极端负面占AO表面水平,一些相对较弱的平流层异常也可以向下传播和影响对流层。从质量的角度循环,一些最近的研究提供了一个清晰的物理图像之间的联系平流层环流异常与北半球冷空气爆发(12,13]。

中国位于东亚,东亚冬季季风(EAWM)是世界上最强大的冬季季风系统(14,15]。EAWM通常被认为是东亚大气环流和司机与冷空气从西伯利亚高向东和向南移动14]。之前有学者表明,许多因素包括外部力量和内部动态过程可以影响EAWM [14,15]。一些最近的研究(16- - - - - -20.]建议的变化冬季AO EAWM紧密相连。EAWM强在AO的负相,反之亦然。北太平洋对流层振荡(NPO)及其体现,西太平洋(WP)模式,其他重要的因素,影响EAWM (21- - - - - -23]。他们具有相当正压结构在夏天但随高度稍微向西倾斜在其他三个季节21]。非营利组织支持重大的积极的阶段向南海岸的异常东亚在北方冬季,可以带来温暖潮湿的空气从南21]。

众所周知,对流层和平流层垂直传播的动态耦合,因为大气行星波在北方的冬天。汤普森和华莱士后发现AO [24,25),观察和模拟结果都表明,异常,发生在平流层对流层能够向下传播,影响气候和天气当伴随着AO信号(26- - - - - -28]。然而,并不是所有的平流层AO事件和事件与随后的西南偏南约对流层冷事件或低温事件(26- - - - - -28]。除此之外,大多数的研究集中在北美和欧洲,东亚和更少的进行了研究。事实上,与AO EAWM有着非常密切的关系,平流层(16- - - - - -20.,29日),这意味着平流层很可能影响EAWM。此外,有趣的是探索这个问题,因为长期的平流层异常可能提供有价值的信息为中程EAWM的天气预报。因此,本研究旨在探讨可能的关系(平流层AO)和西南偏南约EAWM,关注两期间和之后的时间量的峰值。具体来说,我们把事件在1957年- 2002年西南偏南约52到那些能和不能向下传播到对流层和分析东亚冬季季风的变化期间和之后的顶峰向下传播量事件。为了理解机制,链接EAWM和量行星波的活动和相关Eliassen-Palm (EP)通量也被调查。

2。数据和方法

本研究中使用的数据从40年的欧洲中期天气预报中心(ERA-40)再分析数据集,其中包含45年(1957 - 2002)。它有一个横向分辨率和扩展了从1000年到1 hPa 23压力水平。在这项研究中使用的数据包括重力势场、温度场和纬向和经向风字段。

根据世界气象组织的规定在1963年,为了变暖事件合格量需要满足两个条件:的纬向平均温度60°N极逆转其经向梯度hPa 10点或更低极地漩涡削弱和南移动,同时,由于北极地区是由热情高,控制循环转东风西风。这些标准可以表示如下: 在哪里指出了纬向的意思。当,——也就是说,纬向平均温度和对应的纬向平均位势60°N极地地区的经向梯度反向;我们定义它为重大f事件。如果只有,但西南偏南约,那么事件被定义为一个小事件。31个强大和21个小事件识别和分析西南偏南约为45的冬天在1957 - 2002年期间,根据上面的定义(见表1)。

此外,我们定义一个事件作为一个向下传播事件西南偏南约如果满足下面两个条件30.]。(1)在极地地区的最大位势高度异常(70°~ 90°N) 10 hPa落后的最大异常1 hPa至少一天。(2)在极地地区的最大位势高度异常(70°~ 90°N)在hPa的最大异常铅100 hPa至少一天。

28向下传播事件从事件西南偏南约52中选择根据上述标准,表中列出1。如我们所见,21岁的31个主要事件可以向下传播,西南偏南约21但只有6小f事件可能向下传播。这表明重大事件更容易向下蔓延至西南偏南约比小的对流层。

图1显示了位势高度异常的组合在极地地区下行传播和nondownward传播事件,西南偏南约120天期间,分别集中在f事件。一天0被定义为最大异常10 hPa的日子。纵轴代表的高度和水平轴的(负面)或滞后(积极)的10 hPa最大的位势高度异常。选择的异常(图向下传播事件1(一))有明显的下行积极异常低于150 hPa后0天,虽然nondownward传播事件(图1 (b))显示负异常低于150 hPa高度。这一结果表明,上述方法选择向下和nondownward传播活动是有效的和有效的。

这项研究还考虑行星波传播垂直方向的二维EP通量计算,使用行星波的EP通量。EP通量是定义如下31日]: 在哪里EP通量,空气密度,地球的半径,纬度,空气的常数,科里奥利参数,规模的高度,和分别的纬向和经向风温度。在本研究中,分别为1 - 3与傅里叶分析方法提取。综合分析执行和信心与小动物——一张长有评估学生的水平以及。

3所示。在中低对流层的影响量

在重大事件,西南偏南约平流层环流变化显著,西风纬向风盛行hPa成为东风(10点1- - - - - -3]。f事件后,平流层异常可能向下传播的对流层中、高纬度地区(4,5]。这些特性都被zonal-mean纬向风异常如图2,这是综合基于事件西南偏南约28向下传播。高峰期间(−10 ~ + 10天)的事件,西南偏南约有明显的东风异常中心60°N大约1 hPa(图2(一个))。这些东风异常最初在平流层中、高纬度地区,和对流层的东风异常很弱(图2(一个))。中心的东风异常传播向下约10 hPa之后(图2 (b))。在白天+ 10 ~ + 40,最大的东风异常出现在10 hPa高度60°N,和清晰的东风异常可观测到的对流层,甚至在地表附近(图2 (b))。与此同时,西风逐渐恢复1 hPa从约45°N。尽管东风平流层循环中间正处于下滑阶段,它仍然主导着低平流层和对流层。

为了研究EAWM量的影响,我们合成了大气环流异常(−10 ~ + 10天)期间和之后(天+ 10 ~ + 40)的下行传播量信号。图3显示1000 hPa位势高度异常的分布(−10 ~ + 10天)后(天+ 10 ~ + 40)量。高峰期间的f事件(图3(一个)),1000 hPa位势高度提出功能显著正异常区在欧亚大陆东部的北太平洋和负异常,表现出明显的波动结构。这些西伯利亚高压和阿留申低压异常重叠,表明两个系统是加强。这是合理的,因为在事件,西南偏南约行星波更活跃和有更大的振幅。考虑到西伯利亚高压和阿留申低压表现行星波的表面(29日),这两个系统都放大在这个过程。在这种情况下,北太平洋和亚洲大陆之间的压力梯度明显增强和促进EAWM的加强。(图西南偏南约后的峰值3 (b)),减少波动结构。相反,极地和中纬度地区被积极的和消极的位势高度异常,分别。这个结构非常zonal-symmetric,像AO的负相。细微差别,这种结构形式的传统AO [21,22)是在北太平洋异常比那些在北大西洋(图3 (b)),所以它就像禁食(19在某种程度上)。在这种情况下,西伯利亚高明显减弱,但对其南部阿留申低压放大。因此,沿着海岸之间的压力梯度增强和减弱东亚内陆。

冬季东亚大气环流的另一个重要特点是mid-troposphere深沿海槽(32,33],我们进一步研究了东亚槽期间和之后的量。图4显示了500 hPa位势高度异常量的峰值期间和之后。高峰期间的量(图4(一)),约45°以北wavenumber-3模式观察N,对应1000 hPa(图的波动模式3(一个))。位势高度显著负在日本(图4(一)),表明东亚槽,从而增强EAWM。量的峰值后,发行量在500 hPa更纬向对称和wavenumber-3模式略有减弱,类似的负面相位AO和禁食(图4 (b))。非营利组织/ WP模式尤其明显,展品在北太平洋经向偶极子。相比之下,量的峰值(图4(一)),坐落在太平洋-位势高度异常中心向东(图4 (b))。因此,它表明,东亚槽不仅加深也向东转移。这个配置有利于冷集沿东亚沿海地区低对流层(33]。

降低温度异常期间和之后的峰值量图所示5。高峰期间的量(图5(一个)),东亚北部和中部地区的很明显的降温。这是与强烈的西伯利亚高(图一致3(一个))和东亚槽(图4 (b))。(图西南偏南约后的峰值5 (b)东亚),显示了相当对比温度模式之间的内陆和沿海地区。内陆和东南地区显示明显的变暖,而沿海地区和日本显示显著的冷却。内陆气候变暖可以归因于削弱西伯利亚高(图3 (b))。沿海冷却可以归因于增强阿留申低压的南部和随之而来的增强的压力梯度(图3 (b)),以及加深,东亚槽(图向东转移4 (b))。

得到一个清晰的上述解释,风异常850 hPa如图6。在(图西南偏南约的顶峰6(一)),重要的北风异常盛行在纵向范围从中国东北东部海岸的东亚,甚至日本。这个配置可以把冷空气从高纬度地区,导致所有东亚李峰温度(图5(一个))。(图西南偏南约后的峰值6 (b)),相比之下,北风异常只占了上风,日本以东南风异常在东南亚观察。因此,冷却是只局限于沿海地区和日本各地,而变暖是东亚内陆(图中观察到5 (b))。

4所示。行星波活动在量的生命周期

众所周知,在对流层行星波生成可以向上传播,尤其是在冬天,可以穿过对流层顶到平流层(34)导致平流层和对流层夫妇在一起。AO信号能够向下传播和在一定条件下影响对流层(35,36]。此外,由于非营利组织/ WP quasi-positive结构(21),它可能会导致低层大气的变化当高水平触发一些调整在太平洋位势高度。因此,在本节中,行星波活动的下行传播过程中研究了异常西南偏南约通过其相应的EP通量和波振幅。

图7显示了异常的EP通量在不同时期分别为1 ~ 3 f。前20天量stronger-than-normal EP通量连续观察到传播到平流层(数字7(一)- - - - - -7 (d))。这个传播尤其在前一周(图西南偏南约的顶峰7 (d))。这些反常地向上传播行星波在极地平流层收敛,导致平流层西风的减速。经过20天的减速影响平流层西风环流,平流层极涡的强度显著降低。减速效果达到最大时,西风变成东风和量发生。量发生时,建立在极地东风循环不利于行星波的向上传播,以便进一步分散到平流层对流层波能量的抑制。这个过程从EP通量图可以清楚的看到。当f(图开始7 (e))EP通量到平流层向下迅速削弱,异常EP通量观察到亚寒带地区(数字7 (f)- - - - - -7(我))。在这种情况下,它有利于传热的调整,辐射平衡发展。然后,飞机加速极夜的西风,西风环流逐步恢复。然而,向上传播的行星波依然疲软(数字7 (f)- - - - - -7(我))在平流层和对流层上层,和行星波的减速效果极夜飞机仍然是有效的在中间和高纬度地区。这将促进一个弱环极涡,这有助于维护和传播的负相下降,从而导致更低的大气环流的变化。

图8显示了行星波的振幅异常波数1到3。(图西南偏南约前的峰值8(一个)),行星的振幅增加在该地区的45°~ 70°N的最大是坐落在300年和200年之间hPa的区域,减少30°N ~ 45°N。波振幅在高纬度地区的增加和增强是一致的向上传播的行星波(数字7(一)- - - - - -7 (d))这意味着增强活动的行星波。(图西南偏南约后的峰值8 (b)),行星波的振幅的模式仍然是类似的,但相反的迹象。就是减少振幅在45°~ 70°N,而增强的幅度是观察到30°N ~ 45°N。这也是符合行星波的压制上行传播(数字7 (f)- - - - - -7(我)这意味着行星波活动减弱。减少波振幅高纬度地区(45°~ 70°N)对应于一个削弱西伯利亚高(37)和波振幅增加30°N ~ 45°N对应于增强阿留申低压的南部地区。因此,这些结果表明,行星波发挥重要作用和EAWM西南偏南约在连接。

5。讨论和结论

传统观点认为,只是被动地影响平流层对流层、平流层,难以影响对流层。然而,过去十年的研究已经发现,平流层不仅接受从对流层电波和能源,但也将异常发送回对流层(4- - - - - -11]。一个关键连接器平流层和对流层之间的行星波活动。在这项研究中,我们研究了f的独特现象及其影响对流层,关注EAWM上的影响。

综合分析的基础上选择f事件的信号可以传播向下对流层,发现平流层极夜飞机明显削弱了高峰期间的量。在此期间,对流层行星波结构非常强壮和增强的行星波的振幅对应于强大的西伯利亚高和阿留申低压。这个配置促进强劲的北风异常从东北到北太平洋。因此,EAWM加剧和显著的冷却是观察到的所有东亚尤其是在内陆。量的峰值后,平流层对流层东风异常下降,而东风异常平流层上层开始减少对西风环流和恢复。在此期间,对流层环流异常是相当的纬向对称和特征明显的负面阶段AO和非营利组织。西伯利亚高受到削弱,但在南部阿留申低压的加强。mid-tropospheric东亚槽加深,向东转移。在这种情况下,850 hPa北风异常只观察到日本的东部。因此,观察到显著的冷却在东亚沿海集中超过日本而明显变暖在东亚内陆。

行星波的活动中还研究了f的生命周期。发生前的量有stronger-than-normal向上传播EP通量的行星波向极地平流层,导致平流层环极西风的减少。量发生时,向上传播的EP通量显著削弱,因为削弱平流层西风很难向上传播的行星波。行星波的减少向上传播有利于传热辐射平衡的调整发展,和它产生西风加速在平流层和西风环流逐步复苏。然而,西风环流继续减缓低平流层和对流层上层,是有利于向下传播的负面AO信号从平流层对流层。因此,可能影响西南偏南约低对流层大气环流。伴随着上述异常传播的行星,行星波的振幅下降后,在西南偏南约45°~ 70°N和增加30°N ~ 45°N。它削弱了西伯利亚高和加强阿留申低压的南部地区,导致观察到的冷却在日本和东亚内陆气候变暖。

在这项研究中,温度异常对东亚期间和之后的事件调查和解释西南偏南约的角度改变大气的发行量。巅峰时期的波动循环量和纬向对称循环峰值后的量有很大的对比。行星波的不同的活动,提出在这一过程中至关重要。然而,AO的向下传播信号的机制从平流层对流层有待解答。这是一个困难和有趣的问题需要更多的理论研究。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(41475037,41405031)和四川青年基金(2014 jq0019)。