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大气科学学报 2024年

作者：白亚雯卢楚翰孔阳陶玮丁留贯南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心无锡学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室安徽省气象台

北极气旋是影响北极的重要天气系统，与温带气旋不同，一些气旋发展与维持过程受到对流层顶极涡（Tropopause Polar Vortex，TPV）作用，其增强、维持以及垂直结构存在明显差异。本文选取不同气旋过程，利用WRF数值模拟方法，设计模拟... 详细信息

北极气旋是影响北极的重要天气系统，与温带气旋不同，一些气旋发展与维持过程受到对流层顶极涡（Tropopause Polar Vortex，TPV）作用，其增强、维持以及垂直结构存在明显差异。本文选取不同气旋过程，利用WRF数值模拟方法，设计模拟试验分析对照平流层热力异常对夏季不同类别北极气旋及对应降水的影响。通过研究分析发现，与TPV联系紧密的气旋个例，其发展和维持受平流层高位涡向下侵入到对流层的影响，具有明显的准正压以及上暖下冷结构。敏感性试验中，减弱对流层上部及以上水平热力差异后，对流层顶的折叠特征明显减弱，与之对应气旋中心区域的平流层下侵位涡以及绝对涡度明显减弱，导致气旋中心强度及对应降水均发生显著的降低。与之相反，在另一个与TPV活动无关的北极气旋过程中，其形成发展主要受到斜压不稳定的作用，平流层的水平热力差异对气旋强度、降水量均未表现出显著的变化特征。

关键词：北极气旋平流层温度异常位涡斜压不稳定北极降水

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全球增暖背景下北极气旋活动的异常变化研究

全球增暖背景下北极气旋活动的异常变化研究

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作者：周舒南京大学

学位级别：硕士

本文首先对1979-2018年逐6h的ERA-Interim海平面气压资料进行了识别、追踪及筛选,得到了长达40年的北极气旋数据集。随后,依据生成源地,将北极气旋进行了分类,并对不同源地气旋的季节及年际变化特征进行了细致的研究,分析特征包括气旋... 详细信息

本文首先对1979-2018年逐6h的ERA-Interim海平面气压资料进行了识别、追踪及筛选,得到了长达40年的北极气旋数据集。随后,依据生成源地,将北极气旋进行了分类,并对不同源地气旋的季节及年际变化特征进行了细致的研究,分析特征包括气旋生成事件数、强度、移速、生命期、移距、典型路径等。值得说明的是,本文还定义了气旋活动最北端纬度?以探究北极气旋活动在经向上的变化。最后,针对前文诊断发现的两个典型异常现象,近40年来夏季北极海岸旋生事件的增多及冬季北极大西洋扇区气旋移动的北偏,展开了进一步讨论。全文主要结论如下:(1)总体来说,北极气旋在冬季生成得多且强,夏季生成得少且弱,但夏季气旋的生命期和移动距离都要略长于冬季。事实上,不同源地气旋特征的季节变化并不完全一致,尤其体现在旋生事件数方面。在北极大西洋扇区的东格陵兰海、巴伦支海,旋生事件冬多夏少,而中西伯利亚北部及科雷马区则表现为夏多冬少。由冬至夏,北极旋生的活跃中心会逐渐从北极大西洋扇区移动到欧亚大陆北侧。在全球变暖的背景下,近40年来,北极总体旋生事件数还表现出了显著的线性变化趋势,其中,冬季旋生数减少,而夏季旋生数则有所增加,夏季旋生增加的区域主要在北极海岸线附近。尽管气旋的强度、生命期等也存在较大的年际变率,但总体并未能识别出明显的线性变化趋势。此外,通过分析气旋最北端纬度?的变化,本文还发现近40年来,冬季生成于北极大西洋扇区的气旋,其活动路径明显向北偏移,路径北偏最显著的区域位于巴伦支海。(2)夏季存在于北极海岸线附近的一条强经向温度梯度带被称作北极锋区,以锋区内经向温度梯度最大值的连接线为锋线。本文研究发现北极锋区的强度和锋线位置的变化均会对北极旋生事件造成影响,但影响区域存在差异。随着北极锋区的增强,旋生增多将主要集中在中央海盆,但近40年来北极锋区的强度仅存在略微增强的趋势,因而其对夏季北极总体旋生增加的贡献并不大。而伴随着锋线的北抬,北极沿岸,尤其是欧亚及北美大陆北侧都会有更多的气旋生成。诊断发现,1979-2018年北极锋区锋线正在逐渐向北移动,尤其是喀拉海-拉普捷夫海段,与之伴随,北极海岸附近斜压性也显著加强,从而使得夏季北极沿岸生成的气旋越来越多。由此可见,北极锋区的北抬在近40年来夏季北极海岸旋生事件的增多中起到了十分重要的作用。(3)通过将气旋活动最北端纬度?进行线性分解,本文发现近40年来气旋北移纬度Δ?的增加及旋生位置?的北移均对北极大西洋扇区冬季气旋的北偏有所贡献。前者主要受到冬季巴伦支海海冰大量消融的影响。进入21世纪后,冬季巴伦支海海冰的大量消融使得该区域的海冰边缘线北退,强经向温度梯度带也随之北推,在这样的背景下,东格陵兰海至喀拉海一带斜压性明显减弱,而北部斯瓦尔巴德群岛附近的斜压性显著增强,造成气旋易在巴伦支海附近北转,经向移速加大,气旋北移纬度增加。旋生位置的北移则与冬季北大西洋涛动(NAO)的变化密切相关。当冬季NAO为负位相时,受冰岛低压减弱南退影响,东格陵兰海南侧旋生明显减少,而受南风减弱影响,北极大西洋扇区北部温度降低,东格陵兰海至斯瓦尔巴德群岛一带海冰明显增多,增多的海冰使得东格陵兰岛西北侧出现强温度梯度带,该区域的斜压性随之增强,旋生增加。南侧旋生的减少及北侧旋生的增加,最终使得北极大西洋扇区旋生位置更为偏北,整体旋生活动发生北移。

关键词：北极气旋北极海冰北大西洋涛动北极锋区

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基于遥感的海洋生态环境对夏季北极气旋的响应研究

基于遥感的海洋生态环境对夏季北极气旋的响应研究

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作者：李海丽南京大学

学位级别：硕士

北极气旋作为北极常见的天气系统,平均每年发生281场。近年来夏季北极气旋强度呈现增强的趋势,而高强度的北极气旋往往会给北极生态系统带来灾害性影响。气旋会造成海洋生态环境的变化,夏季变化明显。浮游植物生物量以及海表温度(SST)... 详细信息

北极气旋作为北极常见的天气系统,平均每年发生281场。近年来夏季北极气旋强度呈现增强的趋势,而高强度的北极气旋往往会给北极生态系统带来灾害性影响。气旋会造成海洋生态环境的变化,夏季变化明显。浮游植物生物量以及海表温度(SST)的异常均会破坏敏感脆弱的北极生态系统,对北极海洋生物甚至环北极国家的人民造成威胁。因此研究夏季北极气旋影响下北极海洋生态环境的变化对极地生态系统保护和海洋灾害防治具有重要意义,同时也能对开展北极碳通量、北极海洋酸化等研究提供支持。为了得到海洋生态环境对夏季北极气旋的响应特征,本文首先基于1982-2017年美国雪冰数据中心海冰密集度(SIC)产品和NOAA的最优插值海表温度V2(OI.v2SST)产品以及2003-2017年NASA MODIS叶绿素a(Chl-a)浓度产品,评估了北极及其分区开阔水域(开阔水域面积和开阔水域季节长度)、Chl-a浓度和SST的年际和季节变化趋势,得到海洋生态环境的变化特征;其次根据海洋生态环境变化特征的分析结果选择变化明显的区域进行了气旋案例分析,得到特殊气旋影响下,Chl-a浓度和SST的响应特征,并具体分析了其变化的原因;最后根据夏季超大气旋的发生频率选择三个典型海域统计了多场气旋后的海冰(海冰密集度和海冰面积)、Chl-a浓度和SST的变化,得到不同海域海洋生态环境响应的共性和特性,并分析了影响海洋生态环境响应的因子。海洋环境参数长时间序列变化特征:北极及其分区开阔水域面积、开阔水域季节长度和SST呈现增长的趋势。格陵兰海的开阔水域季节长度变化速度最大,其次是喀拉海和巴伦支海,然后是北冰洋核心区。北极Chl-a浓度呈现缓慢上升的趋势;喀拉海和巴伦支海的Chl-a浓度在北极分区中最高,且其增加趋势明显。北极及其分区开阔水域面积和开阔水域季节长度与SST均呈现显著正相关关系,SST对开阔水域的影响与纬度密切相关。北极绝大部分海域Chl-a浓度与开阔水域无显著相关性,这可能是由于各海区Chl-a浓度变化主要受其它因子影响(营养盐和光照等)。气旋案例分析:基于欧空局的8日融合Chl-a浓度产品和NOAA每日最优插值海表温度(OISST)产品研究了发生在喀拉海、格陵兰海的两场气旋对Chl-a浓度和SST的影响。结果表明气旋过境,造成Chl-a浓度的增加和SST的下降。Chl-a浓度和SST的变化主要是由于气旋过境,风应力压迫增强,海水垂直混合剧烈;卷吸作用以及上升流作用增强,造成下层富含营养盐的海水到达表层,从而导致Chl-a浓度和SST短时间内剧烈变化。近岸Chl-a浓度和SST变化量大于陆架和深海区,主要和降水、径流变化有关。长时间序列典型海域海洋生态环境对气旋的响应特征:利用欧洲中期天气预报中心的再分析数据计算了夏季北极超大气旋发生的次数,得到发生在格陵兰海、喀拉海和巴伦支海、北冰洋核心区的气旋个数占据了气旋总和的82%。气旋过境,三个海域的Chl-a浓度增加,喀拉海和巴伦支海、格陵兰海的SST下降,北冰洋核心区的SST升高。格陵兰海、北冰洋核心区Chl-a浓度增量与初始Chl-a浓度有显著的相关关系,北冰洋核心区的SST变化受初始混合层深度、初始SST和初始SIC影响。提出用SIC响应度和海冰面积响应度来量化气旋对海冰减小的影响,数值越大,气旋对海冰的减少作用越大。本文的主要创新点为:获得了长时间序列的北极海洋生态环境参数的变化特征;得到了海洋生态环境变化剧烈的区域不同强度的两场气旋对海洋生态环境的影响并解释了其影响机制;再此基础上得到不同海域长时间序列海洋生态环境对气旋的响应特征,并量化了北极气旋对海冰的影响。以上工作为进一步量化北极气旋对海洋生态环境的影响研究奠定基础,为海洋生态系统稳定性评估做出贡献。

关键词：北极北极气旋开阔水域叶绿素a浓度海表温度海冰密集度海冰面积

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极涡加深在一次长生命史的北极气旋中的作用

极涡加深在一次长生命史的北极气旋中的作用

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第34届中国气象学会年会

作者：陶玮张晶张向东安徽省气象台美国北卡莱罗纳农业与技术州立大学美国阿拉斯加大学国际极地研究中心

＜正＞1研究背景近年来北极气旋活动加强,通过调整全球能量循环和水汽循环,对北极环境和气候变化产生了诸如海冰消退、气温升高等一系列影响[1-3]。研究表明,在夏季和秋季,长生命史的北极气旋频发[4-5],它们能够长时间地作用于下垫面,... 详细信息

＜正＞1研究背景近年来北极气旋活动加强,通过调整全球能量循环和水汽循环,对北极环境和气候变化产生了诸如海冰消退、气温升高等一系列影响[1-3]。研究表明,在夏季和秋季,长生命史的北极气旋频发[4-5],它们能够长时间地作用于下垫面,进而加强大气-海冰-海洋间的相互作用。因此有必要研究北极气旋的维持机制。2北极气旋个例简介本文通过数值模拟的方法,研究2010年9月23日-30日一个长生命史的北极气旋。该气旋

关键词：北极气旋极涡位涡

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西北航道夏季气旋登陆期间海冰对波浪的影响

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海洋与湖沼 2023年第3期54卷 625-633页

作者：张娜余鑫吴新荣尤再进王安良贾昱鹏天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384 国家海洋信息中心天津300171 大连海事大学港口与航运安全协创中心辽宁大连116026 国家海洋环境预报中心北京100081

西北航道是指从北大西洋经加拿大北极群岛进入北冰洋,再进入太平洋的航道,是连接大西洋和太平洋的捷径。为了探讨西北航道通航期极端天气条件下强风及海冰对波浪场的影响机制,建立并验证了考虑海冰影响下的西北航道风浪演化模型,并以201... 详细信息

西北航道是指从北大西洋经加拿大北极群岛进入北冰洋,再进入太平洋的航道,是连接大西洋和太平洋的捷径。为了探讨西北航道通航期极端天气条件下强风及海冰对波浪场的影响机制,建立并验证了考虑海冰影响下的西北航道风浪演化模型,并以2012年8月北极气旋登陆期间为例探讨西北航道通航期波浪特性及波能流密度的时空演化及其对风和海冰的响应。研究结果表明,北极夏季海冰大多分布于西北航道以北海域,而风向大部分集中在SSW(南偏西22.5°)至SW(南偏西45°),西北航道海冰的存在并不会引起有效风区的明显减少,也不会引起无冰海域波能流的明显减小(不超过5%)。但是,当风向变为北向风时,无冰海域波能流减小幅度最多高达62%。最后,综合海冰和波浪要素的时空分布,提出了极端天气条件下西北航道通航期的最佳适航路线,为西北航道的夏季安全通航提供了科学依据。

关键词：西北航道海冰北极气旋波能流密度适航路线

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北极大气环流异常对安徽寒潮的影响

北极大气环流异常对安徽寒潮的影响

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第35届中国气象学会年会

作者：陶玮安徽省气象台

1引言北极作为全球气候变化最敏感的区域,其大不仅影响高纬地区的大气和生态环境,而且与中纬度地区的寒潮等极端天气密切相关(Overland等[1],谢永坤等[2])。寒潮是安徽省冬半年主要灾害性天气,伴随寒潮发生的大风降温和雨雪冰冻给国民... 详细信息

1引言北极作为全球气候变化最敏感的区域,其大不仅影响高纬地区的大气和生态环境,而且与中纬度地区的寒潮等极端天气密切相关(Overland等[1],谢永坤等[2])。寒潮是安徽省冬半年主要灾害性天气,伴随寒潮发生的大风降温和雨雪冰冻给国民经济和人民生产生活带来严重影响。因此,研究北极大气环流异常对我省寒潮的影响,用以指导中长期和延伸期天气预报,对于防灾、抗灾和保障国民经济有重要意义。经典的理论认为当北极涛动(ArcticOscillation,简称AO)或北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,简称NAO)为负位相时,绕极环流较弱,并呈多波动状,有利于强冷空气南下(Thompson&Wallace[3];Chen等[4])。但是AO/NAO并不能很好地解释近几年海冰的加速消融,为此,Wu等[5]和Zhang等[6]分别提出了北极偶极子异常(ArcticDipole anomaly)和北极快变模态(Arctic Rapid change Phase,ARP),反映了极涡中心和地面高压在东、西两个半球之间的交替变化特征,当极涡侵入欧亚大陆和西伯利亚高压偏强时(Zhang等[7];Lu[8]),未来将可能爆发寒潮。此外,近年来气旋频繁入侵北极,使得极涡、海冰、暖湿空气的输送等发生了相应的调整,进而对冷空气的堆积和爆发产生影响。本文将在统计近40年来安徽省寒潮的变化特征趋势,在此基础上分析北极大气环流异常,特别是北极涛动和北极气旋对寒潮的影响。2资料和方法安徽省的寒潮发生10月-次年4月,我们把这个时间段称为一个冬季,其中10-12月为前冬,1-4月为后冬。根据寒潮的国家标准,利用80个国家地面标准气象站逐日最低温度和平均温度资料,我们统计了1979/1980--2017/2018年每个前冬、后冬,及整个冬季发生寒潮的总站次数,来表征寒潮活动的频率和影响范围,并分析其年际变化。本文将从AO和北极气旋两个方面来分析北极大气环流异常。AO来自于美国大气环境预报中心(NationalCentersforEnvironmentalPrediction,NCEP)的逐月AO数据(http://***/products/precip/CWlink/dailyondex/***)。北极气旋是指在60°N以北活动一天以上的气旋,我们利用NCEP 6小时间隔的2.5°*2.5°海平面气压场,根据Zhang等[9]的方法,建立了北极气旋样本库,并计算了1979年10月至2018年4月每个月的北极气旋数目、强度、和气旋活动指数(cyclone activity index,CAI)。3结果安徽省平均每年冬季约出现185站次的寒潮,且有较大的年际变化,90年代初期和2008年后为寒潮的多发期,其中1991/1992、2008/2009-2010/2011年发生寒潮的站次数均超过了300个。具体说来,90年代的寒潮多发生在后冬,而近十年来的寒潮以前冬的居多。回归分析也显示,前冬寒潮和强寒潮的站次数分别以每年1.8个和0.9个的速度增加,而后冬的寒潮活动则没有明显的变化趋势。自1980年来,北极涛动也存在明显的年际变化。20世纪80年代以负位相为主;80年代末到90年代初以正位相为主,其中1988/1989-1989/1990年后冬正偏差明显,1990/1991-1983/1994年前冬的正偏差更强。在此之后,AO的正负位相交替出现,2010年后AO在同一个冬季的前期和后期也常呈现相反的位相。AO与寒潮的相关分析显示,AO在后冬与寒潮的站次数有较明显的负相关,相关系数为-0.40,通过了95%的信度检验,说明当AO呈现负位相时,易发生寒潮,这与Chen等[4]的研究结果一致。然而前冬的AO没有明显的变化趋势,与寒潮的相关性也不明显,但在2007年后负相关性有所提高,达到了-0.35。近年来,北极气旋对大气环流的调整作用越发重要。研究发现,冬季的北极气旋有数量减少但强度增大的趋势。北极气旋活动指数CAI显示,西半球的气旋活动自1980年起有加强的趋势,东半球的气旋活动以年际振荡为主,没有显著的趋势。东西半球的CAI之差与前冬和后冬寒潮的相关系数分别为-0.31和-0.36,均通过了95%的信度检验,而且能够解释了前冬寒潮的多年演变趋势。当CAI在西半球偏高,东半球偏低时,西半球气旋活跃,从中纬度携带而来的暖湿气流引起了北极大气环流调整,使得极涡偏心,乌拉尔山阻高和西伯利亚高压加强,为寒潮的爆发提供了有利条件。

关键词：寒潮北极涛动北极气旋

来源： cnki会议评论

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