文摘

Eliassen-Palm通量和垂直波活动通量计算使用欧洲中期天气预报中心临时每天再分析数据集确定罗斯比波的传播在2014年1月在北美寒潮。结果表明,上行波活动通量主要来自行星波1和2,它提供一个稳定的环流背景subplanetary-scale波3和4的影响。罗斯比波传播异常之间的对流层和平流层由于调制波3和4对波浪的影响1和2。9-14 2014年1月期间,调制效果帮助加强向上和东波活动通量在大西洋地区,加强太平洋高平流层处于早期阶段。后1月19到24,下行波活动通量在东太平洋由于调制效果有利于平流层向下发展高在太平洋和阻塞高压的形成在北美西海岸的对流层伴随着强大的东邻冷低压。这些发行量造福于极地冷空气向南入侵到达北美东部的低纬度地区,导致寒潮爆发。

1。介绍

北极极地漩涡是最重要的一个北半球大气环流(NH)冬季,冬季平流层的也是一个重要特征。寒潮爆发在北半球高纬度地区的冬天总是伴随着极涡的变化(1- - - - - -3]。更容易对极地冷空气侵入南方当极地涡流弱。熊等。4)认为,亚洲寒冷的天气主要是由极涡变化引起的。在极度疲弱的平流层极涡突然变暖,加强东亚槽和东亚经历寒冷事件(5,6]。

在某种程度上,总是有平流层极涡之间的交互和不同尺度的波活动7]。行星波活动会影响平流层极涡的强度,和平流层极涡异常也可以影响行星波(PWs)。PWs之间的交互和平流层极涡异常会影响短期气候对流层通过自上而下的机制(8]。当极地涡流弱,平流层波活动传播向极(9),在中高纬度地区的极端冷事件发生更频繁(10]。

尽管大多数以前的研究已经表明,极地涡流的变化主要是受PWs 1和2,一些研究(如。,(11]]表明,瞬态波的活动可能是主要因素影响平流层极涡的演变。在对流层瞬态波更活跃,但在某些情况下,他们可以进入平流层,在那里他们与浆和有含义平流层异常(12]。歌曲和罗宾逊(13)指出,对平流层对流层的反应主要是由波3。Chshyolkova et al。14)表明,平流层极涡扰动是浆和瞬态波之间的相互作用的结果。阻塞高位,通常伴随感冒波更容易产生共鸣subplanetary-scale波。瞬态波的影响和PWs大气发行量不分离,这两种类型的波相互调节(15]。

极涡指数(16- - - - - -18),这是用于中长期天气预报,或环形北部平流层模式指数(19),这是用于短期气候预测(20.),可以用来预测寒潮天气预报,但是尝试并没有很成功。原因之一可能潜在的瞬态波和行星波之间的相互作用仍不清楚。北美寒潮在2014年1月下旬作为一个例子。我们关注的调制影响subplanetary-scale波由波3和4在整个stratosphere-troposphere循环演化,探索极端低温事件的原因和前兆信号。

2。数据和方法

欧洲中期天气预报中心全球每日临时再分析数据集用于这项研究[21]。Eliassen-Palm通量(EPF) [22)和垂直波活动通量(WAF) [23)计算确定传播的PW数据包在两到三维空间,如前所述,史等。24]。

3所示。在寒潮循环特征

全身表面温度异常在2014年1月(图展示了两种不同的模式1)。(图1月上半年1(一)),北半球的温度异常是相对较弱,主要位于北纬50°以北,位于西伯利亚寒冷异常。1月下旬(图1 (b)),温度异常强大。在北部高纬度地区50°N,寒冷异常主要位于东半球和西半球的温暖异常。在南部的中纬度地区50°N,出现一个新的温度异常中心,与感冒−10 K中心位于北美东部,在欧亚大陆有一个温暖的异常。在冬天,冷的波强度的影响更强的中纬度地区的高纬度地区。因此,值得研究这个连续极端冷事件在2014年1月底在北美东部。

基于500 - hpa位势高度的日变化及其离开气候学(图2),阿拉斯加阻塞高压的形成和深化的北美槽(图2 (d))是最重要的因素导致冷空气的不断入侵北美东部。在1月9-14(数字2(一个)和2 (b)),阿拉斯加脊发展,北美槽加深,和大西洋海脊向西移动,并加强。1月19日(图2 (c)),阿拉斯加和西洋脊减弱,北美槽向东移动,和极低槽延伸到低纬度地区。(图1月24日2 (d)),阿拉斯加脊和大西洋脊高反常地加强,形成两个屏蔽高位,把极涡在北美东部的极端寒冷在北美东部约1月24日。1月29日(图2 (e)),向西大西洋高脊撤退到北美东海岸,和极地漩涡萎缩、仍在北美东部,维持这种极端寒冷的天气。

极涡的演变和中间的反气旋平流层(图3)表明,平流层与对流层环流。在1月9-14(数字3(一个)和3 (b)),极地漩涡分裂负责PW 2模式,太平洋和大西洋高比高hPa 10点。从1月19日(图3 (c)),极地漩涡收缩,大西洋高逐渐减弱,太平洋高增加。(图1月24日3 (d)),平流层循环转化成一个涡流位移模式(即。,PW 1模式)。1月29日(图3 (e))、太平洋高压增强和向东移动,和极地漩涡大大延伸到东部的北美和入侵的较低的纬度地区30°N。

平流层极涡的演变及其相邻高(图2)和对流层环流的变化(图3)合作,特别是在早期阶段的积极异常的平流层大西洋海脊然后在平流层的增强太平洋高压和对流层阿拉斯加阻塞高压的形成。上述系统之间的关系及其对北美寒潮影响进行了部分4。

4所示。罗斯比波传播和环流异常

通常,平流层极涡扰动和罗斯贝波活动有关。2014年1月,波的垂直WAF的强度和趋势1 - 3和1 - 4波大致相同的进化PW 2(图4)。1月初的waf波1波3,波4保持零线附近。1月12日之后,向上的PW WAF 1是增加,虽然波3的下行流量增加。在1月22日,波的下行WAF 3是最强的,向上的通量的PW 2是削弱,上涨的通量PW 1比PW 2,和波1 - 3的总WAF能够达到最低。寒潮爆发后1月24日,PW 2的增加活动的总通量最大值。浆1和2的模式波活动符合循环模式如图3。

一般来说,平流层环流异常相关的活动规模(图1和23),但是subplanetary-scale波由波3(在图表示4)有重要影响的垂直传播波活动。因此,波活动异常之间的关系和转换循环结构是值得研究的。例如,平流层高异常如何从大西洋转移到太平洋(在图3)?北美阻塞是如何建立(在图吗2 (d))?

三维WAF描述波传播的地方特色。数据5和6显示longitude-pressure横截面上的每日50°-70°N WAF及其垂直分量(WAFz)对不同波数。PWs 1和2的合成WAF(数字5(a1) -5(a5),上行波活动主要是位于太平洋和大陆两岸,这有助于维持太平洋高平流层。虽然海浪的波活动1 - 3(数据6(a1) -6(a5))和1 - 4(数字6(b1) -6(b5))相似,WAF波1 - 4之间的显著差异和波1和2(数据5(a1) -5(a5))表明,波3和4有重要的调节影响PWs 1和2。

波3和4的调制效应有助于加强向上waf在大西洋地区和提高平流层太平洋高压在它的早期阶段(数字6(b1)和6(b2))。后1月19到24,向下waf东太平洋,由于调制效应,有利于平流层向下发展高在太平洋和阻塞高压的形成在北美西海岸的对流层(数字6(b3),6(b4)和2)。基于温度和位势高度异常(数字5(b1) -5(b5)),大西洋平流层高,最强的阶段(图3(一个)1月9日),有一个很深的垂直结构。在同一时期,向上的waf源自的下部高(红色阴影和向量图6(a1)和6(b1))。1月14日,大西洋高减弱,向上和向东waf位于东亚加强太平洋中间高平流层(数字6(a2)和6(b2))。1月19日,大西洋高进一步减弱,太平洋平流层高最强的,一个大的下行WAF发生在太平洋的东边高,高和相邻低东区开发向下(数字6(a3)和6(b3))。1月24日,由于下行WAF,附近的高表面达到最大强度(图6(b4)),阻塞是北美西海岸的成熟,和相邻表面低在北美东部也强(图2 (d))。阻塞之间的北风和低有利于指导北极冷空气的南下入侵,对应的寒潮爆发在北美东部。1月29日,向下WAF异常往往会结束,表面高开始削弱(图6(b5))。看来图6从图(a1)是明显不同的6在大西洋地区(b1),这表明波4可能更有利于加强上行波通量在大西洋地区。还要注意,波的影响4在对流层阻塞在北美西海岸比较数据时不能忽略不计6(a3)和6(b3)。

PWs 1和2的水平WAF通常显示了向极传播在高纬度地区对流层顶附近(数字7(a1) -7(a5)),这是主要的渠道规模进入平流层(数字5(a1) -5(a5))。然而,水平WAF涉及波3和4的模式显著不同(数字7(b1) -7(b5))。在1月19-29(数字7(b3) -7(b5)),沿着Pacific-North PWs 1 - 4的WAF美国远程并置对比(机构)波路径,这有助于维护大型罗斯比波的振幅扰动在北美。通过比较数据7(a1) -7(a5)和数字7(b1) -7(b5),发现波路径Pacific-North美国地区主要由波调制3和4。罗斯比波的稳定的强烈扰动引起的机构波路径有利于冷空气的不断入侵。尽管subplanetary-scale波,例如PWs波3和波4,不能直接传播到平流层,它们可以显著影响波活动到平流层,改变平流层循环(图6)通过调节PWs 1 - 2波波交互。

5。结论

通过诊断波活动的发展,目前的研究发现,subplanetary-scale波的发生有重要影响的寒潮在北美东部2014年1月下旬。平流层大西洋的积极异常高的早期的背景是北美寒潮,然后subplanetary-scale波由波的波活动异常3和4为波浪能源的大规模迁移troposphere-stratosphere交互,这是紧随其后的是建立一个当地对流层环流结构良好的寒潮。

行星尺度波PWs 1和2为subplanetary-scale波3和4提供一个稳定的环流背景。不断向上waf PWs 1和2在亚太地区维持太平洋东部高平流层。罗斯比波的传播异常之间的对流层和平流层由于调制波的影响3和4在PWs 1和2。规模扩展范围,调节效果帮助加强向上,向东waf能够在大西洋地区,加强太平洋高平流层处于早期阶段。大约十天后,向下waf在东太平洋由于调制效应有利于平流层向下发展高在太平洋和对流层阻塞高压的形成在北美西海岸伴随着强大的东邻冷低压。

这个寒潮troposphere-stratosphere互动的一个重要方面。能量再分配的troposphere-stratosphere-troposphere有利于维护机构波路径,导致WAF在北美导致极地冷空气向南入侵到低纬度地区在北美东部。因此,subplanetary-scale波由波的波活动异常3和4是最重要的因素这个寒潮。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

在线数据的规定由ECMWF感激地承认。这项研究得到了国家自然科学基金(批准号。41375047、91537213和41675039)和优先级的学术程序开发江苏高等教育机构(PAPD)。