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2020/21冬季大范围低温寒潮过程中一种典型的平流层-对流层耦合演变模态

虞越越

虞越越. 2020/21冬季大范围低温寒潮过程中一种典型的平流层-对流层耦合演变模态[J]. 大气科学. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21250
引用本文: 虞越越. 2020/21冬季大范围低温寒潮过程中一种典型的平流层-对流层耦合演变模态[J]. 大气科学. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21250
A Typical Evolution Mode of Stratosphere-Troposphere Coupling During Cold Air Outbreak Events in 2020/21 Winter[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21250
Citation: A Typical Evolution Mode of Stratosphere-Troposphere Coupling During Cold Air Outbreak Events in 2020/21 Winter[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21250

2020/21冬季大范围低温寒潮过程中一种典型的平流层-对流层耦合演变模态

doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21250
基金项目: 国家重点研发计划 2019YFC1510201,江苏省自然科学基金BK20211288, 国家自然科学基金面上项目 42075052, 42088101

A Typical Evolution Mode of Stratosphere-Troposphere Coupling During Cold Air Outbreak Events in 2020/21 Winter

  • 摘要: 平流层爆发性增温 (SSW) 超前于对流层环流异常, 是延长冬季寒潮低温预报时效的重要途径之一。然而强SSW事件前后地面温度响应的区域和时间存在不确定性, 其中涉及的平流层-对流层耦合过程和机理也不十分清楚。本文采用1979–2021年ERA5再分析数据集, 研究了2020/21冬季 “偏心型” 强SSW事件前后中高纬度地区地面温度异常的演变特征, 并分析了其与等熵大气经向质量环流平流层-对流层分支的耦合演变模态的动力联系。结果表明, 伴随此次强SSW事件, 欧亚和北美中纬度地区的寒潮低温事件分别在绕极西风反转为东风之前和再次恢复为西风之后发生。SSW前后大气经向质量环流的平流层向极地暖支与对流层高层向极暖支、低层向赤道冷支之间呈现出三个阶段的耦合演变模态: 同位相 “加强—加强”、反位相 “加强—减弱” 以及反位相 “减弱—加强”。加强的质量环流对流层向赤道冷支是SSW前后寒潮低温事件的主要原因,而加强的向极地平流层暖支是SSW发生及其伴随的北极涛动负位相持续加强的主要原因。大气经向质量环流不同的垂直耦合模态又取决于行星波槽脊在对流层顶和对流层中低层两个关键等熵面上的西倾角异常。西倾角异常表征大气波动的斜压性, 主要通过影响关键等熵面以上向极地的净质量输送和其下向赤道的净质量输送进行调控。尤其在SSW发生后的极涡恢复期,对流层顶的弱斜压性会加强对流层向极地暖支,进而加强向赤道冷支,有利于寒潮低温的发生。本次SSW事件前后大气经向质量环流三支的耦合演变模态, 与历年北半球环状模 (NAM) 负事件中极区平流层温度异常信号下传滞后的平流层-对流层耦合演变类型相一致, 其在波动尺度方面也存在共同特征, 即SSW事件或NAM负事件前期对流层一波加强且上传, 后期对流层二波加强但较难上传。
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-24
  • 录用日期:  2022-07-11
  • 修回日期:  2022-06-06
  • 网络出版日期:  2022-07-13

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