CD:北极对流层增暖与拉尼娜事件对冬季北太平洋风暴轴的协同影响
发布时间: 2022-12-08


风暴轴是天气尺度瞬变涡旋活动最强的区域,其变化与气旋活动紧密相关,对局地天气变化有直接影响。同时,风暴轴也会通过影响向极地的热通量、动量以及水汽输送间接调制大尺度大气环流。近些年来,北极的快速变暖可能会通过风暴轴、急流和行星波这三条动力路径影响中纬度地区的天气气候。过往的研究大多聚焦于ENSO事件对中纬度风暴轴的单一影响,鲜有研究关注北极增暖下ENSO事件对风暴轴的协同影响及其背后可能的物理机制。因此,深入研究这一科学问题有利于加深我们对复杂气候背景下中纬度地区天气气候变化的认知。

我系博士研究生张祥(第一作者)武炳义教授(通讯作者)丁硕毅副研究员以近40年冬季北极对流层厚度主模态的年代际变化为切入点,将研究时间段分为北极增暖的冷期(1979-1999)和暖期(2000-2018)。采用四种表征风暴轴的方法计算了冬季北太平洋风暴轴(NPST)在北极增暖前后两个不同时期的空间特征(图1),同时深入分析了与之有关的大气环流变化(图2),最后利用T-N波活动通量和局地斜压能量转换机制(BCEC)解释了协同影响背后可能的物理机制(图3和图4)。结果显示,冬季NPST在冷期没有明显变化,而在暖期表现为显著的北移。这一现象主要与暖期北太平洋地区显著的反气旋性异常有关,而这一反气旋性环流异常的形成来自于北极增暖和热带拉尼娜事件的协同影响。北极对流层增暖会在乌拉尔山附近产生反气旋性环流异常,在贝加尔湖上空产生气旋性环流异常;而热带拉尼娜事件会激发PNA-的遥相关波列,二者在北半球中高纬度地区共同形成一条明显的“+-+”波列(图3c),显著加强了暖期北太平洋反气旋性异常,进而影响平均流与涡旋间的相互作用,最终通过局地斜压能量转换机制导致冬季NPST在暖期的显著北移。

上述研究表明在理解近年来的气候变化方面,北极变暖的作用已变得更加关键。从某些层面上来讲,北极变暖可以调制热带系统对中纬度地区天气气候的影响。这些成果对深入理解北极与中纬度地区的联系具有重要的理论意义,该研究成果已在《Climate Dynamics》上发表。


论文信息:Zhang, X., Wu, B.*, & Ding, S. (2022). Combined effects of La Niña events and Arctic tropospheric warming on the winter North Pacific storm track. Climate Dynamics, 1-18.

论文链接:https://doi.org/10.1007/s00382-022-06389-9


1.北极增暖不同时期和拉尼娜事件协同影响下冬季北太平洋风暴轴的合成异常。(a850百帕下经向热通量(单位:Km/s);(b500百帕下涡旋动能(单位:m2/s2);(c300百帕下经向风的均方根(单位:m/s);(d300百帕下位势高度的均方根(单位:gpm)。其中(a-d)为冷期下的风暴轴变化,(e-h)和(i-l)同(a-d),但分别为暖期下的风暴轴变化以及暖期与冷期风暴轴变化的差值。紫色等值线为不同方法下冬季北太平洋风暴轴的气候平均态,打点表示通过95%显著性检验。


2.北极增暖不同时期和拉尼娜事件协同影响下冬季北半球大气环流的合成异常。(a-c)地面气温(单位:);(d-f)海平面气压场(单位:hPa);(g-i500百帕位势高度场(单位:gpm)。其中左边一列为冷期,中间一列为暖期,右边一列为暖期减去冷期的大气环流变化。打点表示通过95%显著性检验。


3.北极增暖不同时期和拉尼娜事件协同影响下冬季300百帕位势高度(填色,单位:gpm)和波活动通量(矢量箭头,单位:m2/s2)的合成异常。(a)冷期;(b)暖期;(c)暖期减去冷期。打点表示通过95%显著性检验。


4. 该示意图说明了北极对流层暖异常和拉尼娜事件的协同影响引起冬季北太平洋风暴轴北移的可能物理机制





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