CD:北极增暖使极锋急流位置与欧亚大陆表层气温间的联系增强
发布时间: 2022-12-08


在青藏高原北侧约40°N60°N地区上空的东亚中纬度地区,对流层上层和平流层下层存在一条强而窄的急流分支,被称为东亚极锋急流(East Asian polar front jetEAPJ)。极锋急流作为东亚大气环流系统的一个重要组成部分,对东亚地区天气气候有着重要的影响。近些年的研究表明,EAPJ作为联系北极与欧亚中纬度气候变化的桥梁,其强度和位置的变化尤为重要。近几十年,在北极变暖的背景下,EAPJ位置与欧亚大陆表层气温的关系是否发生了变化这一科学问题鲜少研究。因此,深入研究这一科学问题对更好地理解欧亚大陆近期气候变化具有重要意义。

我系博士研究生庞雪琪(第一作者)武炳义教授(通讯作者)丁硕毅副研究员利用NCEP/NCAR再分析资料以及数值模拟结果,从EAPJ变化的角度出发,选取EAPJ关键区(50°E-100°E42.5°N-62.5°N进行EOF分解,以EOF2来表征EAPJ的位置变化(图1),研究了冬季EAPJ位置与欧亚大陆表层气温关系的变化及其成因,揭示了近十几年北极增暖对极锋急流位置以及欧亚气温的影响及其可能的物理机制。结果表明,冬季EAPJ位置与欧亚大陆北部表层气温之间的关系自1990年代中期后加强(图2),且通过模拟试验证实近些年北极海冰减少或北极增暖对这种年代际变化有显著贡献(图3)。其中的物理机制可以解释如下:北极海冰减少(或北极增暖),通过调节高纬度经向温度梯度,导致EAPJ北侧纬向西风减弱。而纬向风的减弱导致经向风增强,加强了北极与中高纬度的冷暖空气的交换,在偏北风的作用下,随着北极冷空气南下,EAPJ南侧的大气斜压性增强,有利于EAPJ南侧高层西风的增强,使EAPJ向南偏移。同时,在研究中还发现,当EAPJ偏南时,西伯利亚高压与东亚大槽均减弱,不利于冷空气南下至欧亚大陆中低纬度地区,冷异常限制在欧亚大陆北部,中低纬异常偏暖,最终形成北极偏暖、欧亚大陆北部偏冷、欧亚大陆南部偏暖的气温异常型。因此,“暖北极-冷欧亚”模态并不一定对应东亚冬季风的增强。

本文揭示了极锋急流在北极增暖影响欧亚气温过程中的重要作用,为北极增暖与中纬度气候变率之间联系的研究添加了一定的参考依据。这些成果已发表在《Climate Dynamics》期刊上。

论文信息:Pang XQ, Wu BY*, Ding SY (2022) Strengthened connection between meridional location of winter polar front jet and surface air temperature since the mid 1990s. Climate Dynamics, DOI:10.1007/s00382-022-06495-8 


图1 1960-2019年冬季EAPJ前两个优势模态。(a)冬季300hPa纬向风异常(填色,单位:米/秒)及其气候平均态(黑色实线),由标准化PC1回归得到。(c)和(a)一样,但由标准化PC2回归得到。(b)、(d)分别为两个EOF模态对应的标准化时间序列(PC1PC2),其中黑线曲线表示PCs9年滑动平均,右上角百分比表示各模态的方差贡献。(ac)中紫色方框代表本研究所选取的EAPJ关键区(50°E-100°E42.5°N-62.5°N),打点区域表示纬向风异常通过了95%的显著性检验。

2 ab)冬季SAT 异常场(填色,单位:℃),由EAPJ-PC2回归所得。(a1972-1992年,(b1994-2014年,(ab)中打点区域表示通过了95%的显著性检验。(cEAPJ-PC2 指数与欧亚SAT60°E-120°E45°N-60°N)去趋势的滑动相关系数(黑色线),滑动窗口为21年。(c)中蓝点和红点分别表示最大和最小相关系数,横坐标年份对应21年滑动窗口的中间年份,水平红虚线和蓝虚线分别表示95%90%的置信水平。


3 模拟的冬季1000 hPa气温异常(填色,单位:K),由模拟的EAPJ标准化时间序列PC2回归得到。(a1979-1994年、(b1995-2017年。打点区域表示通过了95%的显著性检验。



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