JC: 极涡预调节在引发平流层爆发性增温事件中的重要作用


发布时间:2022-11-08浏览次数:566


美国气象学会《Journal of Climate》期刊近日在线发表了我院最新科研成果。论文题目为“The role of vortex preconditioning in influencing the occurrence of strong and weak sudden stratospheric warmings in ERA5 reanalysis”,第一作者为我院博士研究生杨鹏坤,鲍名教授和任雪娟教授共同指导,合作者有中国地质大学(武汉)谭鑫特任副教授。研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金面上项目的资助。


平流层爆发性增温(SSW)事件是冬季平流层极涡异常的极端事件。早期研究认为SSW事件发生前增强的行星波活动源自于对流层行星波向上传播的增强;而在SSW事件发生后常会出现北大西洋涛动或北半球环状模的负位相,导致欧亚大陆北部更频繁的冷空气爆发。因此,这种平流层-对流层动力耦合为地面的次季节预测提供重要的依据。而对于SSW事件的引发机制,除了对流层的异常波强迫机制外,极涡预调节(指前期极涡自身状态)的动力作用也很重要。但是到目前为止,平流层极涡预调节与对流层异常波强迫在引发观测到的SSW事件中的相对重要性仍缺乏详细的分析和研究,也成为目前国际上研究SSW事件发生机制中争论的焦点。


该研究使用对流层波活动事件和平流层经向位涡梯度事件来分别表征对流层异常波强迫信号和平流层极涡预调节信号。研究结果指出,即使在对流层存在异常强的波强迫,往往需要在前期存在显著的极涡预调节才能够最终引发SSW事件(图1)。当SSW事件前有明显的极涡预调节存在时,大多数情况下这些SSW事件的发生不需要对流层存在异常强的行星波源来提供额外上传的行星波活动。进一步量化发现,有大约59%SSW事件受到前期明显的极涡预调节的调制作用,而有大约29%SSW事件发生主要受到极涡预调节的作用而非/无需对流层的异常波强迫的影响。此外,研究还发现强SSW事件和弱SSW事件的极涡预调节信号在出现时间和持续时长上存在一定差异,并对不同波数的行星波调制有所差异。


1 当后期有(黑线)和无(红线)SSW事件发生时,对流层不同高度的波活动事件发生前后的平流层经向位涡梯度指数演变。


该工作强调了前期极涡自身状态的调制作用对SSW事件发生的重要性,并比较具体地量化了平流层极涡预调节与对流层异常波强迫在引发SSW事件中的相对贡献。这对于进一步提高SSW事件的预报能力以及延展平流层途径影响对流层的次季节可预测性具有一定的帮助。


论文链接:

https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0319.1


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