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东亚冬季风年际变率的影响因素

2020-07-10
renql

研究东亚冬季风变率的必要性:

  • 东亚冬季风与西伯利亚高压密切相关。东亚冬季风的变率主导了亚洲-太平洋区域冬季气候态波动,同时也会影响热带变率,也会通过改变热带热源位置来影响北美气候。东亚冬季风的年际变率很大,这在过去一个年代是研究热点。
  • 冬季风冷涌地形、热带季节内振荡相互作用能引起南海南部、菲律宾、印度尼西亚及海洋性大陆北部对流和降水的强变率。由热带对流降水释放的潜热反过来又会影响上层径向环流,加强对流层上层东亚西风急流,加强急流下游斜压发展,从而影响东亚大槽和冬季风暴轴,形成正反馈。

衡量冬季风强度一般用地表温度对流层底层北风强度。冬季风越强,地表温度越低,北风越强。

一般认为有以下几个因素可以影响东亚冬季风的变率:

  1. 大气环流:North Atlantic oscillation/Arctic Oscillation,NPO,急流
  2. 海温:ENSO、印度洋海温
  3. 积雪:欧亚积雪
  4. 海冰

Wang Bin et al. 2009 Another Look at Interannual-to-Interdecadal Variations of the EAWM

  • 西伯利亚高压、对流层中上层的东亚大槽、对流层上层东亚急流和近赤道对流动态地耦合在一起,构成东亚冬季风环流系统。东亚冬季风一个独特的特点是其跨越的径向温度范围大(从极地到热带)。由于热带和热带外的环流存在较大差异,且他们与赤道对流的耦合度也不高,因此南北这两个区域的东亚冬季风变率可能存在差异。这驱使了目前的研究。
  • 发现冬季平均地表温度变率主要由南北两个模态控制(0–60N, 100–140E区域地表温度EOF的第一第二模态)。这两个模态有显著不同的环流结构和变率源。
  • 以东亚大槽位置偏西及西伯利亚高压增强为特征的北部模态代表东亚北部的冷冬,因为从西伯利亚来的冷空气入侵。南部模态则以东亚大槽加深和蒙古地表气压增强为特征,代表40N以南的冷冬,因为从蒙古西部来的冷空气入侵。
  • 年际尺度上,冷的北部模态发生之前,西伯利亚-蒙古南部秋季的积雪异常多。而冷的南部模态之前则有LaNina事件的发展,从而降低西伯利亚东北部的积雪。
  • 年代际尺度和更长尺度上,他们的结构类似且都被类似的秋季被大西洋和赤道印度洋异常SST超前。
  • 东亚区域的这两个模态也代表了整个亚洲大陆冬季温度的变率。因此研究这两种模式的可预测性,对于理解亚洲冬季风的可预测动力学具有重要意义。

Jeong and Ho, 2005, Changes in occurrence of cold surges over east Asia in association with Arctic Oscillation

  • 利用1957-2000年44个冬季(11月到次年3月)的站点地表温度和NCEP/NCAR再分析资料,研究了东亚冷涌事件和AO位相的关系,发现AO负位相期间,东亚冷涌事件(尤其是强冷涌事件)增多
  • AO负位相期间,北极气压较例年为高,与中纬度的气压差变小,覆盖极地对流层区域的极地急流减弱,北极冷空气可以达到更南的位置,因此欧洲、北美和副极地区域的冷涌频率增加。东亚由于离副极地区域太远,因此不能直接被极地冷空气所影响,它可能是被与极地相关的平均环流所影响
  • 从AO负位相期间环流的合成图来看,此时500hPa东亚大槽加深,300hPa急流增强,意味证更强的斜压性和冷平流过程。此外,此时西伯利亚高压强度增强,且日际变率增大。总而言之,与AO负位相相关的大尺度环流和西伯利亚高压有利于冷涌的发生。
  • 该文中冷涌的判断标准是基于地表反气旋及地表气温下降强度和持续时间。

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