2021年北极典型平流层爆发性增温事件研究与预报

作     者：吴少华 牛迎丽 谢飞 WU Shaohua;NIU Yingli;XIE Fei

作者机构：北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 

出 版 物：《大气科学》 (Chinese Journal of Atmospheric Sciences)

年 卷 期：2024年第48卷第3期

页      面：1012-1026页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家自然科学基金项目42122037、41975047 

主　　题：平流层爆发性增温 E-P(Eliassen-Palm)通量 行星波活动 平流层同化 平流层预报 

摘      要：本文选取了对我国2021年冬季寒潮事件可能有重要影响的2021年1月北半球平流层爆发性增温(SSW)事件为例,利用观测资料、再分析资料和预报模式,探讨了2021年1月的SSW事件的特征和机制并对其进行了预报研究。此次SSW事件(简称为“事件)发生期间,北极平流层温度几天内上升近30°C,绕极西风环流减弱甚至在此次事件中出现了三次逆转为东风环流的现象。事件发生前期,太平洋海温和巴伦支—喀拉海(BK)海冰的出现异常的降低和减少现象;使用Eliassen-Palm通量(E-P通量)研究发现,这导致更多的对流层异常行星波活动上传到平流层;海温和海冰所导致的行星波活动的异常增多可能是导致此次SSW事件的主要因素。除此之外还发现,事件期间平流层位势高度正异常下传到对流层,与2021年1月中旬亚欧大陆出现的极端低温事件,存在显著的联系。最后,本文使用基于WACCM6模式和DART同化工具建立的平流层预报模型对此次事件进行了回报研究。该模型成功的预报了2021年1月发生的这次SSW事件,预报的温度大小和纬向风强度基本和观测结果一致。对回报试验的进一步研究发现,同化平流层温度、臭氧和水汽,减少预报初始场中平流层环流和温度误差,对准确预报这次SSW事件有重要的作用。初始场中没有同化平流层温度、臭氧和水汽的预报试验结果,与观测结果之间存在很大差异,甚至结果完全相反。