吸收和反射型SSW行星波特征及其与北半球冬季寒潮的联系

发布时间：2020-04-13 09:15

【摘要】：为了进一步探讨不同类型的平流层爆发性增温(SSW)事件与北半球冬季寒潮的联系,本文使用了欧洲中心ERA-Interim再分析资料对1980年-2018年39年间47次平流层爆发性增温过程中的温度场和风场变化以及行星波垂直传播特征进行了分类研究,并重点以2015年冬季和2016年冬季的两个SSW为例,探讨了吸收型和反射型SSW的行星波传播特征及其与北半球冬季不同地区寒潮的联系。所得主要结论如下:(1)1980-2019年39年间47次平流层爆发性增温事件中有24次吸收型SSW和23次反射型SSW。吸收型SSW事件增温前期上平流层为非反射状态和一致的强西风带,有利于对流层行星波持续上传;而反射型SSW事件增温前期上平流层为反射状态,同时中高纬度出现明显的东风带,阻止了行星波的持续上传并促进其下传。吸收型SSW事件增温后期对流层顶行星波垂直活动已上传为主;而反射型SSW事件增温后期对流层顶中高纬度地区行星波垂直活动以下传为主。SSW通常伴随着强的次行星尺度扰动(阻高等)并引发地面寒潮,24次吸收型SSW事件中有8%的事件加强原寒潮,67%的事件转移行星波引发新寒潮,25%的事件既加强原寒潮又激发新寒潮;而23次反射型SSW事件中有13%的事件加强原寒潮,65%的事件转移行星波引发新寒潮,22%的事件既加强原寒潮又激发新寒潮。(2)2015吸收型SSW所影响的寒潮爆发在北美地区,持续时间较长,强度强。原因是上传的行星波作用通量在平流层建立了大西洋高压并向下发展,持续上传的行星波使得北美地区上下游均是稳定维持的高压,深厚(贯穿平-对流层)阻塞下上下游的北风引导冷空气入侵北美;且由于行星波作用通量的不断上传使得平流层积累大量波动能量,也使得强阻塞形势得以长期维持,造成北美寒潮降温期长且强度强。而2016年反射型SSW所影响的寒潮爆发在东亚地区,持续时间较短,强度也弱。是由于反射型SSW的背景使来自对流层欧洲-大西洋地区的行星波作用通量上传后很快从平流层下传回对流层,所以位于平流层阿拉斯加的行星波作用通量向下并东传至邻近的乌拉尔山地区,引起小高压的快速发展,形成阻塞形势,而高压东侧北风引导冷空气南下入侵东亚;且由于行星波上传后很快下传,波动能量累积有限,阻塞高压从发展到消亡都很快,寒潮降温持续时间短,强度也较弱。
【图文】：

大气环流,对称分量,平流层,对流层

南京信息工程大学硕士学位论文的纬向对称分量有槽向脊的转变；而在吸收型 SSW 中心日附近，平流层负 NAM 指数异常下降至对流层，上平流层赤道至极区均有西风带减速区的出现，中高纬度区域对流层顶行星波涡旋热量通量在促进 SSW 启动后缓慢变负，高纬度地区对流层高层位势的纬向对称分量无槽脊转变。

温度异常,行星波,单位,爆发性增温

图 3.1 2015 年 12 月-2016 年 3 月高纬度地区（60°-90°N）10hPa 温度异常（单位：K）。将平流层爆发性增温分为吸收型爆发性增温和反射型爆发性增温，是将其与平流层对流层之间的主要动力作用相联系，，或许能通过两类 SSW 过程中不同的行星波传播特征探究出它们与地面寒潮的联系。故我们将这 39 年间的 47 次典型 SSW 事件进行吸收型 SSW 和反射型 SSW 的分类。分类方式依据 2.2.2 节中 Kodera 所提出的方法，以行星波 1-2 波的 Eddy 波作用通量在中心日附近的特征进行分类。同时，由于实际发生的平流层爆发性增温多是行星波1 波主导的 SSW 或 2 波主导的 SSW，而针对两类行星波主导 SSW 的研究结果显示，不同波数主导的 SSW 在行星波的平对流层垂直传播中心位置上有明显不同，所以我们在分类吸收型和反射型的同时，也区分每次 SSW 的主导波数。Eddy 波作用通量多描述 2 维的行星波传播，而 Perlwitz 在 2003 年提出 ReflectiveIndex 的概念[78]，可描述上平流层背景场对行星波传播的促进作用。他指出用 2hPa 和
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P423;P429

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