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等熵大气质量环流干、湿分支对冬季中高纬度地面温度季节内变化的影响
作者:虞越越,梁茹雪               发布时间:2021/08/23 11:14:47              浏览量:

在全球变暖背景下,北极增温剧烈,北极增暖往往与中纬度大陆冬季的低温寒潮事件有密切联系。以往研究指出,60°N等熵大气经向质量环流的强度变化是决定冬季大范围寒潮爆发及其伴随的极地偏暖的本质原因,可以作为适用于所有时间尺度、可预示寒潮低温事件发生的大尺度环流指标。然而,中高纬度反位相的地面温度异常变化并不总是同时发生,有必要深入研究其中的物理过程和机制;在中纬度和次极地,水汽的作用不可忽视,还需要研究大气经向质量环流的干、湿分支分别与北半球中、高纬度冬季地面温度逐日变化的关系。

近日,我院虞越越教师团队在国际知名期刊《Geophysical Research Letters》发表了题为“Role of the moist and dry components of moist isentropic mass circulation in changing the extratropical surface temperature in winter”的研究成果。该研究采用欧洲中期预报中心(ECMWF)的ERA-5数据集,研发了以相当位温面为纵坐标的等熵大气经向质量环流(IMMC)的干、湿分支分离方法(图1)。研究表明,MIMC由上层的极向暖支和下层的赤道向冷支组成,暖支(WB)在中纬度对流层中以湿分支为主,而在其他地区则以干分支为主。研究指出,干湿分支在指示极地异常高温和中纬度异常低温事件方面存在显著差异(图2):50°N-70°N的WB湿分支(WB_M)偏强信号是比干分支(WB_D)更好的北极地表变暖前兆因子,它主要通过水汽相关物理过程改变向下长波辐射影响极区温度;而更强的WB_D往往协同AO负位相和同期极区增温不明显造成的更大强度的极地冷空气,可以更好地超前指示中纬度低温事件。

该工作不仅为中、高纬度地面温度变化分别提供了新的环流先兆指示因子,并且质量环流干、湿分支对地面温度影响相关的动力和热力机制的差异表明,这些指数的特定组合有可能更好地指示中纬度冬季有或无降水的低温事件,为后续低温、冻害等干低温致灾事件和雪灾、冻雨等湿低温致灾事件提供新的研究思路和指示因子。

文章信息:

Liang, RX, YY Yu*, CH Shi, ZY Guan, 2021: Roles of wet and dry components of moist isentropic mass circulation in changing the extratropical surface temperature in the Northern Hemispheric winter. Geophys Res Lett, 48,e2020GL091587.


图 冬季平均(a)等熵大气经向质量通量及其(b-c)干、湿分量(109 kg s-1)


图 强和弱质量环流事件峰值日前后纬向平均地面温度(填色,K)及向极暖支中的经向质量通量异常合成场(等值线,109 kg s-1)

(a)(强暖支事件-弱暖支事件)/2,(b)(强暖湿支事件-弱暖湿支事件)/2,(c)(强暖干支事件-弱暖干支事件)/2