[快闪报告]北极海冰调制秋季平流层极涡拉伸事件对欧亚大陆冬季气温的影响

北极海冰调制秋季平流层极涡拉伸事件对欧亚大陆冬季气温的影响
编号:423 稿件编号:1245 访问权限:仅限参会人 更新:2024-04-10 20:00:35 浏览:326次 快闪报告

报告开始:2024年05月19日 17:39 (Asia/Shanghai)

报告时间:5min

所在会议:[S12] 主题12、大气物理与气象气候 » [S12-9] 主题12、大气物理与气象气候 专题12.9(19日下午,226)

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摘要
北极平流层弱极涡往往通过平流层-对流层耦合机制影响北半球中纬度地区的冷空气爆发。随着秋季北极海冰大量消融,欧亚大陆和北美大陆极端低温事件频发与北极平流层弱极涡之间的联系愈发密切。平流层弱极涡状态通常包括平流层爆发性增温(Sudden Stratospheric Warmings,SSWs;纬向对称模态)和极涡拉伸(纬向非对称模态)两种。我们通过K-means聚类分析等方法也可以分离出这两种状态,分别对应P5和P4两种模态。前人对于平流层弱极涡影响欧亚大陆寒潮低温事件的物理机制已有一些认识,但以往的研究多聚焦于SSWs的分类以及相应的对流层环流响应,较少研究关注平流层极涡拉伸事件的对流层和地面影响。本研究基于ERA5再分析资料和WACCM数值模拟试验,分析了秋冬季平流层极涡拉伸事件的次季节-季节尺度特征,探究了平流层极涡拉伸模态与欧亚大陆中高纬度地区低温事件的可能联系,并揭示了巴伦支-喀拉海(Barents-Kara Seas,BKS)海冰异常对秋季平流层极涡拉伸事件地面气温影响的调制作用。
北半球秋-冬季(10月至次年2月)平流层变率的极涡拉伸模态(P4)约占25%的比例,且发生频数呈现明显的增长趋势,对应北美地区与东亚地区低温。研究表明,秋季(10-11月)与后冬(2月)平流层极涡拉伸事件引起的欧亚大陆降温在区域跟滞后时间上有明显差异。对于10月极涡拉伸事件而言,相应的平流层环流异常在16-20天后迁移至对流层低层,引起北极涛动/北大西洋涛动(AO/NAO)向其负位相转变,继而导致欧亚大陆北部出现降温;而在滞后31-40天,第二次平流层-对流层动力耦合作用放大了对流层槽脊的振幅,使得东亚大槽加深、西伯利亚高压增强,最终造成欧亚大陆高纬度地区出现显著降温。对于11月极涡拉伸事件,第一次平流层信号的下传直接引发滞后11-15天欧洲地区的显著低温,而在滞后26-30天东欧地区行星波的异常下传通过对流层过程激发了中纬度波列,乌拉尔山附近高压脊增强,有利于东亚中纬度地区出现显著降温。与秋季不同,后冬2月的平流层极涡拉伸事件以及滞后11-25天欧亚大陆高纬度地区地面降温更可能是由持续的对流层环流异常直接驱动的,对流层欧洲高压异常一方面驱动对流层行星波上传至平流层,引起平流层极涡形态的改变(极涡拉伸),另一方面通过对流层过程直接导致欧亚大陆高纬度地区出现持续低温。
进一步分析准定常行星波在平流层-对流层耦合中的作用,结果发现,平流层纬向平均的行星1波与2波在秋季和后冬极涡拉伸事件的对流层响应中扮演着重要角色:秋季极涡拉伸事件以行星1波上传减弱为主要特征,平流层1波的减弱有利于对流层出现类似AO/NAO的环流模态;而后冬事件中行星1波/2波的异常上传/下传交替主导总波的演变,即对流层欧洲高压的增强作为极涡拉伸事件的前兆信号,引起1波持续上传至平流层,随后平流层行星波的反射则由异常下传的2波所主导。
除了平流层极涡拉伸事件外,北极海冰也通常被认为是影响欧亚大陆中高纬度气候变率的重要因子,并且北极海冰的消融也可能会导致平流层极涡的减弱。那么,北极海冰是否能够调制平流层弱极涡的地面影响呢?前人关注了北极海冰通过准定常行星波异常上传调制SSWs的地面影响,重点关注了北美地区的极端寒潮,我们提出的问题是,北极海冰是否会调制极涡拉伸事件的地面影响呢?考虑到秋季与冬季平流层极涡拉伸事件地面影响具有明显差异,而且秋季平流层极涡拉伸事件的地面影响更加显著。因此,本文进一步探究了海冰偏少对秋季极涡拉伸地面影响的调制作用,并通过分离出海冰异常引起欧亚大陆冬季降温的平流层路径与对流层路径,定量分析了两种路径对后期欧亚大陆显著低温的相对贡献。在前期秋季(9-10月)BKS海冰偏少的条件下,欧洲-西伯利亚地区增强的行星波上传至平流层,引起极涡拉伸模态,欧亚大陆寒潮低温事件更容易出现在滞后30-50天;但在海冰偏多的条件下,欧洲-西伯利亚地区以行星波上传减弱为主,欧亚大陆并未出现显著降温。其中,北极-北欧地区平流层异常2波脊的下传加强了海冰偏少条件下的极涡拉伸事件与后期西伯利亚地区显著低温之间的联系,具体表现为在滞后30-50天,平流层2波正异常向下延伸至对流层中低层,导致北欧高压的增强以及西伯利亚地区的低温。除了平流层路径外,事实上,北极海冰还可能通过对流层路径直接影响地面气温异常。秋季海冰偏少的状态可以持续到初冬(相关系数0.74),持续减少的海冰可以通过对流层过程直接造成西伯利亚地区的显著低温。运用线性回归的方法分离出平流层路径与对流层路径贡献的地面低温异常,我们重点关注滞后30-50天这个时段,发现平流层路径与对流层路径对西伯利亚显著降温的相对贡献分别为46.8%与53.2%。因此,秋季BKS海冰偏少对平流层极涡拉伸事件对流层响应的调制作用(平流层过程)不容忽视。
关键字
北极海冰调制作用,平流层极涡拉伸事件,平流层-对流层耦合
报告人
邹春涛
硕士研究生 复旦大学

稿件作者
邹春涛 复旦大学
张若楠 复旦大学
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