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高原气象 2018年第5期37卷 1264-1276页

作者：王博饶建王华曌生宸南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 甘肃省武威市古浪县气象局甘肃古浪733100 南京大学大气科学学院江苏南京210023 中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

使用NCEP/NCAR再分析资料、GPCC(Global Precipitation Climatology Centre)降水资料和中国气象局台站降水资料,系统研究了冬季太平洋-北美型遥相关(Pacific-North America,PNA)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)在年际尺度上的不同配置及其与我国冬季降水的可能联系。结果表明,在年际尺度上,冬季PNA与NAO两种遥相关无显著相关关系,两者的相关系数只有-0. 13。PNA或NAO的正位相期间,我国华南沿海均出现了显著的降水正异常中心。根据两种遥相关的位相和强度,可将两者的配置划分为以下四种:PNA与NAO均为正位相(第一类配置),PNA为正位相但NAO为负位相(第二类配置),PNA与NAO均为负位相(第三类配置),PNA为负位相但NAO为正位相(第四类配置)。与单个PNA或NAO因子相比,PNA与NAO呈现不同极端位相配置类型时大气环流异常更强,但中国降水异常并不是单因子效应的简单叠加。GPCC和台站降水资料都表明,第一类配置时,黄河以南的降水表现为南涝北旱;第二类配置时,西南至华南西部偏旱,而长江出海口偏涝;第三类配置时,黄河以南整体偏旱;第四类配置时,东北东部、西南至华南西部偏涝,东南沿海偏旱。

关键词：太平洋-北美型遥相关北大西洋涛动降水异常

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太阳活动对主要海气模态的影响和调制作用

太阳活动对主要海气模态的影响和调制作用

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作者：李德琳中国气象科学研究院

学位级别：硕士

本文利用来自NASA OMNI的太阳风速度(SWS)数据、NOAA的太阳黑子数(SSN)和10.7cm射电通量(F10.7cm)数据来表征太阳活动强度,同时选用了NOAA和哈德莱中心的海温资料、NECP/NCAR的气候要素场再分析资料、以及ICOADS的云量数据,针对全球海... 详细信息

本文利用来自NASA OMNI的太阳风速度(SWS)数据、NOAA的太阳黑子数(SSN)和10.7cm射电通量(F10.7cm)数据来表征太阳活动强度,同时选用了NOAA和哈德莱中心的海温资料、NECP/NCAR的气候要素场再分析资料、以及ICOADS的云量数据,针对全球海气系统中对太阳活动变化的响应较为敏感的几个海区展开统计分析,考察了不同海气模态对太阳活动变化的响应情况,并探讨了受太阳活动调制的关键海气过程和可能的影响机制。首先,研究了太阳风速度变化对北大西洋三极型海温异常模态的影响,发现冬季北大西洋海温对SWS变化的响应呈“﹣﹢﹣”的经向三极型分布,与北大西洋冬季海温年际变化主导模态的分布型非常一致,而且冬季SWS与该主模态的时间序列均具有准4年的周期。与此同时,北大西洋地区的对流层大气环流对SWS变化的响应表现出类似北大西洋涛动正位相的特征,并且随着SWS的加大,北大西洋上空的平流层极夜急流加强并向下发展。值得注意的是,在全球范围内,SW信号唯独选择在北大西洋地区下传。SW粒子的化学作用与平-对流层动力耦合机制,以及大气电-云微物理机制的共同作用,将SW扰动信号传递至北大西洋,并对该地区的海气系统产生影响。其次,探究了太阳辐射变化对ENSO影响效应的调制作用,结果表明在太阳活动(用F10.7cm表征)偏强时期,ENSO与PNA之间的关系得到加强,500h Pa位势高度场对Nino3.4指数的异常响应更类似PNA正位相;而在太阳活动偏弱时期,二者的相关性略有减弱。此外,在ENSO暖位相年,强太阳活动显著加强了东北太平洋地区对流层位势高度场对Nino3.4指数的响应,而在ENSO冷位相年,强太阳活动则加强了北美大陆南部位势高度场对Nino3.4指数的响应。进一步分析发现,在ENSO信号从热带太平洋传到北太平洋的过程中,强太阳活动显著调制并放大了暖ENSO对北太平洋副热带西风急流的影响效应,急流的东移和增强又进一步使PNA波列向北美的传播加强。最后,考察了太阳活动与南太平洋主要海温模态之间的关系,发现夏季热带外南太平洋海温对SSN变化的响应具有“﹢﹣﹢”的纬向三极型特征,与夏季南太平洋海温第三模态的空间分布型非常相近,且该模态具有与太阳活动变化一致的准10年周期,表明了SSN变化所引起的纬向三极型海温异常可以解释夏季南太平洋海温内部变率的部分方差。分析还发现了该第三模态不仅独立于前期的ENSO,还能够对后期的ENSO产生影响。因而本文认为,储存了太阳活动变化信号的南太平洋纬向三极型海温模态,可以通过海气相互作用将太阳信号传递至热带太平洋海气系统,进而影响ENSO的发生发展。

关键词：太阳活动北大西洋厄尔尼诺-南方涛动太平洋-北美型遥相关南太平洋

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不同PNA位相转变下北美寒潮爆发的动力学差异——以201901和202102事件为例

不同PNA位相转变下北美寒潮爆发的动力学差异——以201901和20210...

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作者：赵一凡南京信息工程大学

学位级别：硕士

太平洋-北美型(PNA)大气遥相关型的异常,是影响北美寒潮爆发的重要因素之一,但在同一PNA位相下,不同的寒潮发展存在显著的差异。本文采用了多尺度子空间变换(MWT)和局地多尺度能量分析(MS-EVA)方法,结合平均流与扰动流之间的动能转换(CK... 详细信息

太平洋-北美型(PNA)大气遥相关型的异常,是影响北美寒潮爆发的重要因素之一,但在同一PNA位相下,不同的寒潮发展存在显著的差异。本文采用了多尺度子空间变换(MWT)和局地多尺度能量分析(MS-EVA)方法,结合平均流与扰动流之间的动能转换(CK)以及有效位能转换(CP)公式,基于ERA-5再分析资料,对比分析了2019年1月和2021年2月这两次北美创纪录寒潮在不同PNA位相转换背景下的发展演变过程及其差异。研究结果显示:这两次寒潮的PNA位相转换过程相反。2019年的事件代表了典型的北美寒潮过程,1月25日至31日的极端寒冷天气发生在前期PNA正位相下的北美东北部五大湖地区;而2021年的事件则属于非典型过程,2月14日至18日的极端寒冷天气出现在后期PNA正位相下的北美西南部德克萨斯州。通过对比分析多尺度重构场和多尺度能量分布的差异,得出以下结论:(1)2019年事件PNA位相由正转负,事件前期,极端寒冷天气在北美五大湖区发展,波列呈东西走向;事件后期,扰动冷涡东移,新的寒潮在北美西北部发展,波列呈西北-东南走向,寒潮爆发区域与PNA位相的对应关系和传统研究基本一致。2021年事件PNA位相由负转正,事件前期,寒潮在北美西北部发展,移动至北美中部并维持,波列呈西南-东北走向;事件后期,急流向南发展,太平洋上新的冷暖中心发展,波列呈东西走向,极端寒冷天气出现在北美西南部德州,寒潮爆发区域与PNA位相的对应关系在后期和传统研究截然不同。(2)2019年事件前期,北美东部的扰动场冷涡,从背景场获取有效位能增强斜压性,从背景场获取动能向东移动;事件后期,北美西北部新的扰动场冷涡发展,槽两侧从背景场获取有效位能和动能,强度弱于前期。2021年事件前期,北美西北部的扰动场冷涡在太平洋东北部的导式脊前发展,冷涡从背景场获取有效位能,增强斜压性;冷涡上游的导式脊两侧急流从扰动场获得动能,促进太平洋上的急流向南发展;后期急流维持在40°N以南,背景场向扰动场输送动能和有效位能,太平洋上向南发展的扰动冷暖中心,加强了沿急流向东的波列,扰动低压稳定在北美西南部,德州地区寒潮爆发。由此可见,同样是PNA正位相,2019年事件前期,主导该位相的位势高度异常来自北美大陆,此时北美冷异常中心位于北美东部,与传统研究基本一致;而2021年事件后期,主导该位相的位势高度异常来自太平洋,此时北美冷异常中心位于北美西南部,与传统研究截然不同。

关键词：多尺度子空间变换(MWT) 极端寒潮正/斜压不稳定太平洋-北美型遥相关

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