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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2020/2021年冬季“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,亚洲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,对流层顶处异常偏弱的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,与历年平流层北半球环状模（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。 相似文献
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平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题 总被引：2，自引：2，他引：0
本文综述了近年来关于平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用动力过程的研究进展,特别是回顾了近年来关于平流层大气环流和行星波动力学、热带平流层大气波动及其与基本气流相互作用、平流层大气环流变异对对流层环流和气候变异的影响及其动力过程、平流层大气数值模拟以及在全球变暖背景下平流层大气的长期演变趋势预估等的研究进展。最近的研究揭示了大气准定常行星波传播波导的振荡现象、重力波在热带平流层准两年振荡和全球物质输送中的作用、平流层长期的变冷趋势变化、平流层在对流层天气和气候变化中的作用等现象,表明了平流层大气动力学研究的重要性。平流层大气动力学的深入研究,以及对数值模式中平流层模拟性能的提高,最终都会推动整个大气科学和气候变化研究的进一步发展。 相似文献
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北半球平流层月平均环流的若干基本事实 总被引：2，自引：4，他引：2
本文用北半球平流层20年月平均的高度资料分析了北半球平流层30、50和100hPa各层平均高度的时、空分布、年变程、月变程以及平均环流的演变特征。分析指出北半球平流层大气环流由冬到夏表现为:由极地涡旋完全转变为极地高压,高层(30 hPa在4月中完成)比低层(100hPa在6月完成)早一个月以上;由夏到冬反之,由极地高压完全转变成极地涡旋,高层(50hPa在8月中完成)比低层(100hPa在10月完成)也提前一个月以上。把这些基本事实与对流层的环流年变相结合,将有助于长期天气预报。 相似文献
4.
利用1948—2009年NCEP/NCAR逐日高度场和风场再分析资料探讨了平流层各主要层次上环流转型的年际、年代际时空演变特征。结果表明:北半球平流层冬季环流转为夏季环流的过程是高层环流转型早,低层环流转型晚,但在各层次上环流转型早晚存在着区域性差异。自新地岛到西伯利亚北部地区的环流转型最早,且该区域与北半球环流平均转型时间的年际以及年代际特征最相近。北半球平流层环流转型的气候平均时间早于东亚热带季风爆发时间,从而可能成为季风预测的前兆信号。分析还得到平流层各主要层次环流转型时间具有明显的年代际特征,环流转型时间呈现由偏晚到偏早、又从偏早到偏晚的变化特征,只是年代际转折年份在不同区域、不同层次存在差异。此外,平流层环流转型时间普遍存在准2年、准3~6年、准9~12年以及准21~24年的周期,可能与气候系统其他成员有密切联系。 相似文献
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BCC_AGCM2.1模式对平流层环流变化特征的数值模拟及其模式评估 总被引：2，自引：1，他引：1
使用国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM2.1的30年模拟试验资料,对平流层纬向环流场、高空急流、极涡及爆发性增温过程进行了数值模拟研究,并使用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）和美国国家环境预报中心（NCEP）的再分析资料对模式输出结果进行了对比、分析。结果表明：（1） 在观测海温、二氧化碳、气溶胶等外强迫地驱动下,BCC模式能够很好地再现出与再分析资料一致的平流层纬向平均风场、温度场的分布特征和季节变化过程;模拟得到的温度廓线和高空急流与再分析资料的主要差别出现在南、北半球冬季的中高纬度地区;模拟得到的平流层温度普遍偏低,主要的差异位于对流层顶区域和平流层高层。（2） 模拟的对流层上层的副热带急流位置偏南、强度也偏弱,而平流层中的绕极极夜急流则位置偏北、强度更大。这样的急流分布特征使模拟的行星波向赤道的波导更强,向极的波导偏弱;同时由于模式中本身可以形成的行星波就比再分析资料弱,因此导致模拟结果中北半球冬季的平流层极涡更加稳定、极区温度更低。（3） BCC模式对于平流层极涡的季节变化特征模拟得较好,但对强极涡扰动过程,即北半球冬季的平流层爆发性增温（SSW）事件则模拟效果不佳,不论是增温事件出现的频率,还是增温的时间、强度,模拟结果和再分析资料都还存在一定偏差,需要在今后的工作中逐步改善。 相似文献
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热带平流层与对流层之间相互作用的研究进展 总被引：7，自引：1，他引：6
以热带平流层和对流层大气中的准两年振荡和ENSO现象,以及热带平流层和对流层交换（STE）过程为主轴,介绍了热带平流层和对流层大气相互作用方面的一些研究进展。众多的研究结果表明,平流层准两年振荡（QBO）和对流层准两年振荡（TBO）存在潜在联系,但二者之间相互作用的物理机制还不是很清晰。QBO对平流层大气中化学成分的空间分布具有显著的影响,但其中的化学-辐射-动力反馈作用目前还未得到充分的研究。以往的研究提供了ENSO影响热带平流层大气令人信服的证据,但影响的程度和范围还未形成一个共识,其中一个原因是平流层内的ENSO信号受到火山喷发和太阳活动的干扰。一些研究指出ENSO事件通过改变行星波的强度和传播对极地平流层大气产生影响,而平流层过程也会对ENSO的发生、发展和演变产生影响,但其可靠性需要进一步的确证。目前,一个较一致的结论是全球变暖会导致热带上涌增强,STE加快。然而,影响热带STE的大气过程较多,特别是季风系统和热带深对流系统对STE的贡献还需要深入的分析研究。 相似文献
7.
南亚高压异常与平流层环流的春季转变 总被引：2，自引：0，他引：2
本文利用综合指数对夏季南亚高压作了强、弱划分,着重研究了相应前期的平流层30、50百帕月平均环流特点,结果表明:南亚高压(及其南侧热带东风带)异常强(弱)年春季,高纬平流层环流存在明显差异。如:阿留申高压进入极地早(迟),早春高纬纬向风异常弱(强),4月纬向2波振幅异常弱(强)等,实际上说明平流层中、下部环流春季转变早(迟)与夏季南亚高压强(弱)基本对应。文中还简要讨论了变化的可能过程。 相似文献
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平流层-对流层相互作用研究进展：等熵位涡理论的应用及青藏高原影响 总被引：2，自引：1，他引：1
系统介绍了近年来应用等熵位涡理论研究平流层-对流层动力相互作用所发现的一些新的事实和机理,包括平流层冬季极涡振荡过程中平流层、对流层环流异常的时空传播特征,以及等熵质量理论框架下的平流层-对流层动力耦合机理,还介绍了影响平流层环流年际尺度异常的因子及影响过程。回顾了夏季青藏高原的热力作用所激发的负位涡强迫源对东亚及全球大气环流的影响。并基于对夏季高原周边等熵位涡经向输送垂直分布的诊断进一步说明,夏季青藏高原的存在使高原东缘及东亚地区成为平流层和对流层物质交换的独特区域,探讨了夏季青藏高原影响平流层-对流层动力耦合的一种重要途径及其影响全球气候的重要意义。 相似文献
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冬季SSW低频特性及平流层低层和对流层中层环流异常 总被引：3，自引：0，他引：3
研究了１９８３－１９８４年冬季及１９８５－１９８６年冬季平流层爆发性增温（简记为ＳＳＷ，下同）的活动特征，发现ＳＳＷ的活动具有３０－６０天的季节内低频振荡特性，通过对１９８５－１９８６年冬季ＳＳＷ和反ＳＳＷ时段温压场特征的对比分析，发现ＳＳＷ事件不仅引起平流层低层环流的异常，而且在对流层中层的环流也有明显的异常，甚至表现更显著。伴随着ＳＳＷ和反ＳＳＷ的低频循环，极涡流型、中高纬和中低纬环流的经向度 相似文献
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Parallel comparison of the northern winter stratospheric circulation in reanalysis and in CMIP5 models 总被引：2，自引：0，他引：2
A parallel comparison is made of the circulation climatology and the leading oscillation mode of the northern winter stratosphere among six reanalysis products and 24 CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) models. The results reveal that the NCEP/NCAR, NECP/DOE, ERA40, ERA-Interim and JRA25 reanalyses are quite consistent in describing the climatology and annual cycle of the stratospheric circulation. The 20 CR reanalysis, however, exhibits a remarkable"cold pole" bias accompanied by a much stronger stratospheric polar jet, similar as in some CMIP5 models. Compared to the1–2 month seasonal drift in most coupled general circulation models(GCMs), the seasonal cycle of the stratospheric zonal wind in most earth system models(ESMs) agrees very well with reanalysis. Similar to the climatology, the amplitude of Polar Vortex Oscillation(PVO) events also varies among CMIP5 models. The PVO amplitude in most GCMs is relatively weaker than in reanalysis, while that in most of the ESMs is more realistic. In relation to the "cold pole" bias and the weaker oscillation in some CMIP5 GCMs, the frequency of PVO events is significantly underestimated by CMIP5 GCMs; while in most ESMs, it is comparable to that in reanalysis. The PVO events in reanalysis(except in 20CR) mainly occur from mid-winter to early spring(January–March); but in some of the CMIP5 models, a 1–2 month delay exists, especially in most of the CMIP5 GCMs. The long-term trend of the PVO time series does not correspond to long-term changes in the frequency of PVO events in most of the CMIP5 models. 相似文献
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Transient Characteristics of Residual Meridional Circulation during Stratospheric Sudden Warming 总被引：1，自引：0，他引：1
The residual meridional circulation derived from the transformed Eulerian-mean thermodynamic equation and continuity equation can be separated into two parts,the slowly varying diabatic circulation and the transient circulation,as demonstrated by others.We calculated and composite-analyzed the transient and diabatic circulation for 14 stratospheric sudden warming(SSW) events from 1979-2002 by using the daily ECMWF reanalysis data.Specifically,the transient residual meridional circulation was calculated both with and without inclusion of the eddy heat transport term in the transformed Eulerian-mean thermodynamic equation to investigate the importance of the eddy heat transport term.The results showed that calculations of transient residual meridional circulation present rapid variations during SSWs,with or without inclusion of the eddy heat transport term.Although the patterns of transient residual meridional circulation with the eddy heat transport term were similar to that without the eddy heat transport term during SSW,the magnitudes in the upper stratosphere and high-latitude regions differed.As for the diabatic circulation,its daily variations were small during SSW events,and its patterns were in agreement with its monthly average. 相似文献
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Xiangdong ZHANG Yunfei FU Zhe HAN James E.OVERLAND Annette RINKE Han TANG Timo VIHMA Muyin WANG 《大气科学进展》2022,39(4):553-565
Three striking and impactful extreme cold weather events successively occurred across East Asia and North America during the mid-winter of 2020/21.These events open a new window to detect possible underlying physical processes.The analysis here indicates that the occurrences of the three events resulted from integrated effects of a concurrence of anomalous thermal conditions in three oceans and interactive Arctic-lower latitude atmospheric circulation processes,which were linked and influenced by one major sudden stratospheric warming(SSW).The North Atlantic warm blob initiated an increased poleward transient eddy heat flux,reducing the Barents-Kara seas sea ice over a warmed ocean and disrupting the stratospheric polar vortex(SPV)to induce the major SSW.The Rossby wave trains excited by the North Atlantic warm blob and the tropical Pacific La Nina interacted with the Arctic tropospheric circulation anomalies or the tropospheric polar vortex to provide dynamic settings,steering cold polar air outbreaks.The long memory of the retreated sea ice with the underlying warm ocean and the amplified tropospheric blocking highs from the midlatitudes to the Arctic intermittently fueled the increased transient eddy heat flux to sustain the SSW over a long time period.The displaced or split SPV centers associated with the SSW played crucial roles in substantially intensifying the tropospheric circulation anomalies and moving the jet stream to the far south to cause cold air outbreaks to a rarely observed extreme state.The results have significant implications for increasing prediction skill and improving policy decision making to enhance resilience in“One Health,One Future”. 相似文献
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In this paper, we examine the performance of the 26-level version of the SAMIL/LASG GCM (R42/L26) in simulating the seasonal cycle and perpetual winter mean stratospheric circulation as well as its variability by comparing them with the NCEP/NCAR reanalysis. The results show that the model is capable of reproducing many key features of the climatology and seasonal variation of the stratospheric circulation despite that the model’s mean polar vortex is stronger and more zonally symmetric compared to the obse... 相似文献
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Using the measurements from the Halogen Occultation Experiment(HALOE) and the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) Interim reanalysis data for the period 1994-2005, we analyzed the relationship between tropical tropopause temperature anomalies and stratospheric water vapor anomalies. It is found that tropical tropopause temperature is correlated with stratospheric water vapor, i.e., an anomalously high(low) tropical tropopause temperature corresponds to anomalously high(low) stratospheric water vapor during the period 1994-2005,except for 1996. The occurrence frequency and strength of deep convective activity during the‘mismatched'months is less and weaker than that during the‘matched'months in 1996. However, the instantaneous intensity of four short periods of deep convective activity, caused by strong surface cyclones and high sea surface temperatures, are greater during the ‘mismatched'months than during the ‘matched'months. Water vapor is transported from the lower troposphere to the lower stratosphere through a strong tropical upwelling, leading to an increase in stratospheric water vapor. On the other hand, deep convective activity can lift the tropopause and cool its temperature. In short, the key factor responsible for the poor correlation between tropical tropopause temperature and stratospheric water vapor in1996 is the instantaneous strong deep convective activity. In addition, an anomalously strong Brewer-Dobson circulation brings more water vapor into the stratosphere during the‘mismatched'months in 1996, and this exacerbates the poor correlation between tropical tropopause temperature and stratospheric water vapor. 相似文献
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平流层对对流层的作用是准确评估、预测对流层气候变化的一个重要方面。其中平流层成分尤其是臭氧的变化,可以改变平流层乃至对流层的辐射平衡,从而影响平流层、对流层的热动力过程。本文从辐射、动力2个角度介绍了平流层臭氧影响对流层气候变化的若干研究进展。平流层臭氧可以通过长短波辐射的方式对对流层大气造成辐射强迫,利用大气化学气候模式可以定量计算平流层臭氧变化引起的辐射强迫,但是辐射强迫的估算受模式中辐射传输模块本身缺陷的影响存在不确定性。动力方面,平流层臭氧变化产生的辐射效应可以改变温度的垂直和经向梯度,造成波折射指数的变化,进而影响平流层甚至对流层内波的折射与反射,通过上对流层下平流层区域内的波—流相互作用,对对流层气候产生影响。另外,南极臭氧损耗可通过大气环状模影响冬春季中高纬度对流层的天气气候,但是其影响的强度大小以及物理机制仍需进一步的确认。值得注意的是,北极平流层臭氧的变化与北半球中高纬度气候变化之间的关系相比南半球要更加复杂,需要更为深入的研究。 相似文献
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2002/2003年与2003/2004年冬季爆发性增温期间的动力特征 总被引：1，自引：0，他引：1
利用ECMWF提供的60层气象场资料诊断分析了2002/2003和2003/2004年两个冬季的爆发性增温(stratospheric sudden warming,SSW)过程,比较了两次SSW期间高纬温度和纬向风的差异,计算了SSW期间的EP通量和剩余环流.结果表明:2003/2004年增温持续时间长、强度大,而2002/2003年则发生了波动;增温都是从平流层上层开始向下传播,但是2003/2004年高层极涡崩溃后迅速恢复,低层极涡恢复得慢,2002/2003年极涡在高层和低层都是缓慢恢复;SSW期间行星渡活动较多,2003/2004年极地EP通量的辐合引起东风长时间持续从而阻止了行星渡再次上传,而2002/2003年行星波则发生多次上传;2002/2003年SSW发生时高纬地区为下沉气流,没有形成环流圈,增温后形成逆时针的环流圈比2003/2004年偏低. 相似文献
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Interannual variability of the winter stratospheric polar vortex in the Northern Hemisphere and their relations to QBO and ENSO 总被引：1，自引：0，他引：1
We investigated the interannual variations of the winter stratospheric polar vortex in this paper.
EOF analysis shows that two modes of variability dominate the stratospheric polar vortex on interannual
timescales. The leading mode (EOF1) reflects the intensity variation of the polar vortex and is characterized
by a geopotential height seesaw between the polar region and the mid-latitudes. The second one (EOF2) exhibits
variation in the zonal asymmetric part of the polar vortex, which mainly describes the stationary planetary
wave activity. As the strongest interannual variation signal in the atmosphere, the QBO has been shown to
influence mainly the strength of the polar vortex. On the other hand, the ENSO cycle, as the strongest
interannual variation signal in the ocean, has been shown to be mainly associated with the variation of
stationary planetary wave activity in the stratosphere. Possible influences of the stratospheric polar
vortex on the tropospheric circulation are also discussed in this paper. 相似文献
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极涡研究进展 总被引：15，自引：1，他引：14
极涡是北极地区的一个深厚系统,它以极地为活动中心,最能体现高纬大气活动特征,属大气环流最主要的系统之一,通常与副热带高压、阻塞高压、季风等环流系统相互配合,在全球天气气候变化中起着至关重要的作用。本文就极涡的气候特征、对天气气候的影响、变化机理及数值模拟等几方面的研究进展进行综述。在行星波破碎、平流层爆发性增温、平流层对流层的动力耦合等过程中,极涡也扮演着重要角色;极涡对HNO3、臭氧等大气化学成分渗吸和输送过程的影响显著,而这些化学成分的再分布对极涡有较强的反馈作用;极涡还受到海温、冰雪、植被甚至太阳活动等的影响。前人已经关于极涡做了不少研究,但在气候动力学方面,还存在一些问题,有待进一步加强研究。 相似文献
20.
准两年振荡对大气中微量气体分布的影响 总被引：6，自引：5，他引：6
NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（SOCRATES）移植回国后进行了初步的模拟试验,用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下,模式积分多年,计算结果稳定,模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化,模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照,结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡（QBO）对平流层微量气体分布的影响,我们做了QBO强迫的数值试验,即在模式中加入QBO强迫,并与不考虑QBO强迫的模拟结果对比。结果表明,QBO与其相关的次级环流所引起动力输送的变化,使平流层微量气体分布发生变化。 相似文献