GRL: 平流层最后增温发生时机受前期极涡状态的调制


发布时间:2024-01-15浏览次数:10



由于太阳辐射的季节循环,北半球极地平流层在冷季被西风包围形成平流层极涡。在冬季,对流层的行星波(沿纬圈方向上波数1-3的行星尺度Rossby波)可以向上传播到平流层,有时异常的行星波活动通过与纬向平均流相互作用造成极涡急剧地扭曲、偏移北极,极圈内气温在短短几天内迅速升高几十度,被称为平流层爆发性增温SSW事件。随后一段时间,极涡又逐渐恢复到受冬季太阳辐射所决定的西风状态。随着太阳辐射的季节进程,绕极的强西风在春季减弱并转变为东风而不再回到西风状态直到下一个秋季。这种春季平流层极涡崩溃导致温度升高被称为平流层最后增温SFW事件。


和冬季SSW事件一样,春季SFW事件发生后也能够影响到对流层的天气和气候。然而,每年春季SFW事件的发生时机存在很大的年际变率。最早的年份发生在3月上旬,而最迟的年份可以到5月中旬。显然,这不是太阳辐射的季节循环可以解释的。以前的研究揭示了SFW的发生时机受到对流层行星波强迫的调制作用,这与SSW的引发机制是类似的。


2023年,博士研究生杨鹏坤与鲍名教授和任雪娟教授合作揭示了前期极涡状态(即极涡边缘的经向位涡梯度异常和行星波导条件),能够通过调制行星波在平流层的向上传播对引发SSW事件的发生(Yang et al. 2023a)和对SSW事件发生后的地面响应(Yang et al. 2023b)有重要作用。他们联想到,前期极涡状态可能通过类似的动力机制调制SFW事件的发生,那么可能是影响SFW事件发生时机的另一个重要因素。


1950-202071个春季SFW事件分为发生早和发生迟的两组,通过平流层经向位涡梯度异常、行星波折射指数异常以及对流层异常波强迫的诊断分析,他们研究发现:在大多数情况下前期极涡状态对决定早发和迟发SFW事件都起重要作用;一半以上的SFW事件发生前有异常强的平流层极涡状态信号;大约四分之一的SFW事件发生前仅有强的平流层极涡状态信号而没有异常强的对流层波强迫。研究结果有助于进一步理解SFW事件的本质,并可以有效提高SFW事件的预报能力。


研究论文“Preconditioned Stratospheric Modulation on the Occurrence of Stratospheric Final Warmings”近日发表在美国地球物理联合会AGU期刊《Geophysical Research Letters》。


论文信息:

Yang, P., M. Bao, and X. Ren, 2024: Preconditioned stratospheric modulation on the occurrence of stratospheric final warmings. Geophys. Res. Lett., 51, e2023GL107294.  https://doi.org/10.1029/2023GL107294


Yang, P., M. Bao, and X. Ren, 2023b: Influence of preconditioned stratospheric state on the surface response to displacement and split sudden stratospheric warmings. Geophys. Res. Lett., 50, e2023GL103992. https://doi.org/10.1029/2023GL103992


Yang, P., M. Bao, X. Ren, et al., 2023a: The role of vortex preconditioning in influencing the occurrence of strong and weak sudden stratospheric warmings in ERA5 reanalysis. J. Climate, 36, 1197-1212. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0319.1



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