太平洋海温异常对北半球早春平流层极涡的影响
作者单位：南京信息工程大学
学位级别：硕士
导师姓名：施春华
授予年度：2022年
主 题：北极平流层极涡 太平洋海温 平流层准两年振荡 Rossby波
摘 要：北极平流层极涡异常在北半球冬春季极端低温天气以及北极平流层臭氧亏损事件中有重要指示意义。通过分析1979-2020年ERA5再分析资料,发现早春北极平流层极涡年际变率与北太平洋海温第二模态(主要空间型为维多利亚模态)和热带太平洋海温第二模态(主要空间型为赤道西太平洋海温异常)有关。并发现在北太平洋暖位相时,或赤道西太平洋增暖时,均有利于北极平流层强极涡发生。通过CAM5数值模拟揭示了北太平洋海温异常、赤道西太平洋海温异常影响平流层极涡的途径;此外,通过WACCM5数值模拟,进一步分析了平流层准两年振荡(QBO)对北太平洋海温异常影响平流层极涡的调制作用。主要结论如下:(1)冬春季北太平洋关键区海温增暖时,北太平洋对流层高空急流出口区西移,西北太平洋可降水增加而东北太平洋可降水减少,其潜热加热异常在北太平洋地区激发了异常的Rossby波。该Rossby波异常主要通过降低行星波1波和3波的槽、脊位置的稳定性,使得它们各自的经向风波动和温度波动的位相差增大,从而导致更少的1波和3波的涡动热量通量向中高纬平流层传播,而2波涡动热量通量有所增强,但总的涡动热量通量负异常,其作用增强了春季北极平流层极涡。(2)冬春季赤道西太平洋增暖时,在暖海温区深对流降水加强,异常的潜热加热通过Matsuno-Gill响应在其西北侧激发了Rossby波。该Rossby波沿大圆路径在北太平洋调整了北半球最强的槽脊系统的强度和位置,从而使得经向风1波分量的振幅减小,经向风3波和温度3波分量的位相差增大,两者分别减弱了下平流层的1波和3波的波作用通量上传。而2波作用通量异常上传,部分抵消了总的波作用通量异常下传。总的涡动热量通量负异常,促进了春季北极平流层极涡增强。(3)在QBO东风位相下,冬春北太平洋增暖减弱了北半球最强的槽、脊系统,使得经向风1波和温度1波分量的位相差增大,1波主导了行星波向极涡动热量通量的减少,使平流层极涡增强;在QBO西风位相下,冬春北太平洋增暖增强了北太平洋最强的槽脊系统,使得2波和3波的经向风和温度的波动初始位相差变小,经向风3波和温度3波振幅增大,2波和3波共同主导了行星波作用通量的异常上传,减弱平流层极涡。
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