分會(huì)下午2-年會(huì)報(bào)告

南通市氣象局南京信息工程大學(xué)顧沛澍冬季北太平洋風(fēng)暴軸與東亞冬季風(fēng)的關(guān)系第31屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)S3分會(huì)場(chǎng)報(bào)告2014年11月3日北京主要內(nèi)容一：研究目的二：資料和方法三：冬季北太平洋風(fēng)暴軸演變特征及其和東亞冬季風(fēng)的相關(guān)關(guān)系四：東亞冬季風(fēng)活動(dòng)對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸的可能影響五：風(fēng)暴軸區(qū)域瞬變強(qiáng)迫對(duì)東亞冬季風(fēng)環(huán)流的可能影響六：小結(jié)一：研究目的北太平洋風(fēng)暴軸（2.5~6d天氣尺度瞬變波動(dòng)）東亞冬季風(fēng)（大尺度環(huán)流）

波流相互作用White(1982等)：兩大風(fēng)暴軸在春秋過(guò)渡季節(jié)的斜壓波活動(dòng)比冬季更強(qiáng)。Nakamura(1992)：北太平洋風(fēng)暴軸“深冬抑制”現(xiàn)象。ZhangandHeld(1999)等：“深冬抑制”現(xiàn)象機(jī)制分析。Nakamura等(2002)：年代際尺度變率上北太平洋區(qū)域的風(fēng)暴軸活動(dòng)與東亞冬季風(fēng)活動(dòng)呈反相關(guān)關(guān)系。Yun-YoungLEE(2010)：東亞冬季風(fēng)強(qiáng)時(shí)，急流窄且強(qiáng)，風(fēng)暴軸活動(dòng)減弱；朱偉軍、孫照渤(2000)：冬季北太平洋風(fēng)暴軸強(qiáng)度和位置年際變化的兩個(gè)主要空間型分別與PNA型和WP型有密切聯(lián)系。任雪娟、楊修群等(2007)：與風(fēng)暴軸空間異常型相關(guān)的冬季大氣平均流異常、表層海溫異常的空間耦合型。任雪娟、張耀存(2007)：瞬變擾動(dòng)異常通過(guò)大氣內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程對(duì)冬季西太平洋西風(fēng)急流異起維持作用。任雪娟、楊修群等(2010)：天氣尺度瞬變擾動(dòng)異常信號(hào)東傳入海后可通過(guò)瞬變和大尺度環(huán)流的動(dòng)力和熱力反饋過(guò)程影響北太平洋氣候異常。主要解決問(wèn)題：（1）東亞冬季風(fēng)活動(dòng)異常對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸的可能影響。（2）天氣尺度瞬變活動(dòng)對(duì)東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)可能的反饋?zhàn)饔谩６嘿Y料和方法資料：NCEP/NCAR逐日和逐月再分析資料，位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、水平風(fēng)場(chǎng)、垂直速度等，17層或12層，全球144*73個(gè)格點(diǎn)，水平分辨率2.5*2.5，1963年1月-2012年2月；國(guó)家氣候中心整編的74項(xiàng)環(huán)流特征指數(shù)。方法：31點(diǎn)帶通濾波，滑動(dòng)平均，相關(guān)分析，合成分析，t檢驗(yàn)等常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法。冬季：當(dāng)年12月份與來(lái)年1月份和2月份。三：冬季北太平洋風(fēng)暴軸演變特征及其和東亞冬季風(fēng)的相關(guān)關(guān)系北半球兩支風(fēng)暴軸主要集中位于中緯度太平洋和大西洋上空。太平洋風(fēng)暴軸主體位于30°-60°N，120°E-120°W之間，中心強(qiáng)度約為27dagpm2；而大西洋風(fēng)暴軸位于30°N-70°N，90°W-0°之間，中心強(qiáng)度約為39dagpm2，大西洋的風(fēng)暴軸要明顯強(qiáng)于太平洋。這與前人的研究結(jié)果一致。本文風(fēng)暴軸的表示方法：500百帕位勢(shì)高度濾波方差上圖：1963-2011年冬季北半球風(fēng)暴軸氣候平均狀況。等值線為500hPa位勢(shì)高度濾波方差，陰影為濾波方差大于20dagpm2的區(qū)域3.1冬季北太平洋風(fēng)暴軸的時(shí)間演變強(qiáng)度指數(shù)（INI）：取北太平洋及其周邊區(qū)域（30°-60°N，120°E-120°W）冬季500hPa位勢(shì)高度天氣尺度濾波方差大于20dagpm2的所有格點(diǎn)濾波方差的平均值。（李瑩和朱偉軍，2010）

滿足上述條件所有格點(diǎn)的平均經(jīng)度和平均緯度作為冬季北太平洋風(fēng)暴軸的經(jīng)度指數(shù)(INX)和緯度指數(shù)(INY)。（李瑩和朱偉軍，2010）面積指數(shù)(IS)，即在(30～60°N，120°E～120°W)范圍內(nèi)500hPa濾波方差大于20dagpm2的所有網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)。3.1冬季北太平洋風(fēng)暴軸的時(shí)間演變強(qiáng)度指數(shù)（INI）經(jīng)度指數(shù)(INX)緯度指數(shù)(INY)面積指數(shù)(IS)3.2東亞冬季風(fēng)指數(shù)介紹高輝（2007）指出：I-Shi、I-Sun、I-Jhun這三種東亞冬季風(fēng)指數(shù)均能很好的反映“強(qiáng)（弱）冬季風(fēng)年，低層西伯利亞高壓偏強(qiáng)（弱），阿留申低壓偏深（淺），副熱帶北風(fēng)氣流偏強(qiáng)（弱），東亞副熱帶地區(qū)氣溫偏低（高），中層?xùn)|亞大槽偏深（淺）及高層副熱帶西風(fēng)急流偏強(qiáng)（弱）”的特征。BinWang指出I-Bin（SMI）與現(xiàn)已存在的絕大多數(shù)東亞冬季風(fēng)指數(shù)所能表現(xiàn)的冬季風(fēng)環(huán)流特征基本一致，而I-Bin（NMI）則與眾指數(shù)不同，該指數(shù)主要反映東亞40°N以北由來(lái)自中西伯利亞的冷空氣入侵所導(dǎo)致降溫的地區(qū)的冬季風(fēng)特征。雙下劃線:99%置信水平檢驗(yàn)3.3冬季北太平洋風(fēng)暴軸指數(shù)與東亞冬季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)關(guān)系風(fēng)暴軸面積大、強(qiáng)度強(qiáng)時(shí)，海陸氣壓差減小、東亞大槽槽區(qū)位勢(shì)高度偏高，相應(yīng)的東亞冬季風(fēng)減弱，并且同期冬季冷空氣活動(dòng)次數(shù)偏多；風(fēng)暴軸主體位置的南北移向與東亞冬季風(fēng)環(huán)流的異常也存在一定的關(guān)系。當(dāng)風(fēng)暴軸主體位置偏北時(shí)，東亞冬季風(fēng)呈現(xiàn)出微微偏弱，同期冬季的冷空氣活動(dòng)次數(shù)偏少。風(fēng)暴軸主體位置偏東時(shí)同期冬季的冷空氣活動(dòng)次數(shù)偏少。北太平洋風(fēng)暴軸（2.5~6d天氣尺度瞬變波動(dòng)）東亞冬季風(fēng)（大尺度環(huán)流）

波流相互作用主要解決問(wèn)題：（1）東亞冬季風(fēng)活動(dòng)異常對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸的可能影響。（2）天氣尺度瞬變活動(dòng)對(duì)東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)可能的反饋?zhàn)饔?。How?3.4東亞冬季風(fēng)強(qiáng)、弱年北太平洋風(fēng)暴軸活動(dòng)特征根據(jù)施能定義冬季風(fēng)指數(shù)，選取大于1.0的為冬季風(fēng)強(qiáng)年：1967年、1973年、1976年、1980年、1983年、1985年、1995年共7年；小于-1.0的為冬季風(fēng)弱年：1965年、1968年、1971年、1972年、1978年、1982年、1989年、1997年、2006年、2008年共10年。500hPa位勢(shì)高度濾波方差300hPa擾動(dòng)動(dòng)能850hPa熱量經(jīng)向通量600hPa熱量垂直通量300hPa西風(fēng)動(dòng)量經(jīng)向通量冬季風(fēng)強(qiáng)年減去弱年差值圖（淺色和深色陰影分別代表通過(guò)95%和99%置信水平檢驗(yàn)的區(qū)域）3.5東亞冬季風(fēng)活動(dòng)對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸影響的可能機(jī)制（斜壓性）下圖：500hPa位勢(shì)高度濾波方差差值圖（dagpm2）。（圖中淺色陰影和深色陰影分布表示通過(guò)95%和99%置信水平檢驗(yàn)的區(qū)域）上圖：東亞冬季風(fēng)強(qiáng)年減去弱年850hPa氣溫差值圖（℃）中圖：775hPa斜壓指數(shù)差值圖。**渦動(dòng)增長(zhǎng)率(Eady’sgrowthrate)3.5東亞冬季風(fēng)活動(dòng)對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸影響的可能機(jī)制（能量診斷）ke1ke2ke3ke4ke5渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能方程C（Ae,Ke）C（Ke,Km）3.5東亞冬季風(fēng)活動(dòng)對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸影響的可能機(jī)制（能量診斷）Ae5渦動(dòng)有效位能方程Ke4、Ke5、Ae5為與渦動(dòng)動(dòng)能(Ke)和渦動(dòng)有效位能(Ae)有關(guān)的主要能量轉(zhuǎn)換項(xiàng).(為正說(shuō)明產(chǎn)生渦動(dòng)動(dòng)能，為負(fù)說(shuō)明消耗渦動(dòng)動(dòng)能)C（Am,Ae）300hPaKe5（正轉(zhuǎn)）500hPaAe5（斜轉(zhuǎn)）500hPaKe4（斜轉(zhuǎn)）冬季風(fēng)強(qiáng)年減去弱年差值圖紅色為正差值，綠色為負(fù)差值3.5東亞冬季風(fēng)活動(dòng)對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸影響的可能機(jī)制（能量診斷）在冬季風(fēng)弱年，正壓能量轉(zhuǎn)換項(xiàng)和斜壓能量轉(zhuǎn)換值均大于冬季風(fēng)強(qiáng)年，且斜壓能量轉(zhuǎn)換項(xiàng)強(qiáng)、弱年的差值明顯大于正壓能量轉(zhuǎn)換項(xiàng)強(qiáng)、弱年的差值，即冬季風(fēng)活動(dòng)弱年，ke多生成，也多消耗，但是其多生成的量遠(yuǎn)大于多消耗的量。從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，在東亞冬季風(fēng)活動(dòng)弱年，ke多生成，也多消耗，但是其多生成的量遠(yuǎn)大于多消耗的量.這樣積累下來(lái)，在東亞冬季風(fēng)活動(dòng)弱年的ke就大于東亞冬季風(fēng)強(qiáng)年的ke。KeAmAeKmke4Ae5ke5局地?cái)_動(dòng)動(dòng)能局地?cái)_動(dòng)有效位能平均有效位能平均擾動(dòng)動(dòng)能北太平洋風(fēng)暴軸（2.5~6d天氣尺度瞬變波動(dòng)）東亞冬季風(fēng)（大尺度環(huán)流）

波流相互作用主要解決問(wèn)題：（1）東亞冬季風(fēng)活動(dòng)異常對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸的可能影響。（2）天氣尺度瞬變活動(dòng)對(duì)東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)可能的反饋?zhàn)饔?。How?4.1風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年?yáng)|亞冬季風(fēng)活動(dòng)特征我們將冬季北太平洋風(fēng)暴軸強(qiáng)度指數(shù)做標(biāo)準(zhǔn)化序列，選取大于1.0的1965年、1972年、1986年、1988年、1989年、1991年、1993年、2002年共8年作為風(fēng)暴軸活動(dòng)強(qiáng)年；選取小于-1.0的1973年、1974年、1977年、1983年、1994年、2009年共6年作為風(fēng)暴軸活動(dòng)弱年。風(fēng)暴軸強(qiáng)弱年海平面氣壓場(chǎng)差值圖4.1風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年?yáng)|亞冬季風(fēng)活動(dòng)特征風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年850hPa溫度差值圖風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年850hPa經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)差值圖4.1風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年?yáng)|亞冬季風(fēng)活動(dòng)特征風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)差值圖風(fēng)暴軸強(qiáng)、弱年200hPa緯向風(fēng)場(chǎng)差值圖1963-2011年冬季瞬變動(dòng)力強(qiáng)迫造成的平均位勢(shì)傾向氣候平均空間分布型(單位:gpm/day)(a)(b)(c)1212300hPa500hPa1000hPa4.2瞬變動(dòng)力強(qiáng)迫對(duì)東亞冬季風(fēng)的可能影響瞬變動(dòng)力強(qiáng)迫用時(shí)間平均位勢(shì)傾向項(xiàng)來(lái)表示上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年200hPa緯向風(fēng)場(chǎng)距平圖（單位：m/s）；下圖：300hPa風(fēng)暴軸強(qiáng)年減去弱年E矢量散度差值圖。（圖中淺色陰影和深色陰影分別代表通過(guò)95%和99%置信水平檢驗(yàn)的區(qū)域）-+的輻散對(duì)緯向西風(fēng)氣流有加速作用，而輻合則起減速作用（Hoskins等，1983）。風(fēng)暴軸強(qiáng)年，西風(fēng)急流處，E矢量輻合，對(duì)緯向西風(fēng)氣流有減速的作用，使得西風(fēng)減弱。40°-60°N存在一條E矢量輻散，使得西風(fēng)加速，對(duì)應(yīng)著溫帶急流增強(qiáng)。

上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)距平圖（單位：gpm）；下圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年500hPa時(shí)間平均位勢(shì)傾向項(xiàng)距平圖（單位：gpm/day）上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年，在東亞地區(qū)20°-50°N緯帶上為位勢(shì)高度正距平，東亞大槽槽區(qū)位勢(shì)高度偏高，大槽偏淺；下圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年，20°-40°N,120°-180°E區(qū)域?yàn)闀r(shí)間平均位勢(shì)傾向正距平，此區(qū)域的瞬變動(dòng)力強(qiáng)迫作用有助于東亞大槽槽區(qū)位勢(shì)高度升高，有助于大槽變淺；而在40°以北為負(fù)距平，使得槽區(qū)北側(cè)一小部分區(qū)域以及更高緯度地區(qū)位勢(shì)高度降低。上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年1000hPa位勢(shì)高度場(chǎng)距平圖（單位：gpm）；下圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年1000hPa時(shí)間平均位勢(shì)傾向項(xiàng)距平圖（單位：gpm/day）上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年，阿留申低壓南部廣袤的太平洋海域位勢(shì)高度為正距平，大陸上西伯利亞高壓為負(fù)距平，阿留申低壓偏淺且北移，西伯利亞減弱；下圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年，50°-60°N,170°E-170°W區(qū)域?yàn)闀r(shí)間平均位勢(shì)傾向正距平，此區(qū)域瞬變動(dòng)力強(qiáng)迫的作用有助于阿留申地區(qū)位勢(shì)高度升高，有助于阿留申低壓變淺；但瞬變動(dòng)力強(qiáng)迫對(duì)西伯利亞高壓沒有顯著的作用。1963-2011年冬季瞬變熱力強(qiáng)迫造成的平均溫度傾向氣候平均空間分布型(單位:k/day)(a)(b)(c)124.3瞬變熱力強(qiáng)迫對(duì)東亞冬季風(fēng)的可能影響瞬變熱力強(qiáng)迫用時(shí)間平均溫度傾向項(xiàng)來(lái)表示200hPa500hPa850hPaIr801與850hPa溫度場(chǎng)相關(guān)系數(shù)空間分布圖Ir802與850hPa溫度場(chǎng)相關(guān)系數(shù)空間分布圖Ir803與850hPa溫度場(chǎng)相關(guān)系數(shù)空間分布圖40°N以南地區(qū)瞬變熱力強(qiáng)迫與東亞溫度相關(guān)范圍最大，關(guān)系最顯著。上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年850hPa溫度場(chǎng)距平圖（單位：℃）；下圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年850hPa時(shí)間平均溫度傾向項(xiàng)距平圖（單位：K/day）上圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年?yáng)|亞55°N以南的海洋和陸地偏暖，在高緯地區(qū)偏冷；下圖：風(fēng)暴軸強(qiáng)年，海洋上為南負(fù)北正偶極子的熱力強(qiáng)迫距平形態(tài)，40°N以南海洋上的熱力強(qiáng)迫負(fù)距平有助于海洋的降溫，而在陸地上并沒有影響，這樣會(huì)使得東西向的海陸熱力差異減小，從而使得冬季風(fēng)環(huán)流減弱。同時(shí)，在40°N以北的海洋上還有一塊熱力強(qiáng)迫正距平，會(huì)有助于海洋的增溫，但是海洋南部(120°E-150°W，20°-40°N)區(qū)域的瞬變熱力強(qiáng)迫強(qiáng)度對(duì)東亞地區(qū)氣溫的影響比北部要顯著，且范圍要大。-六、結(jié)論（1）冬季北太平風(fēng)暴軸強(qiáng)度指數(shù)有明顯的年際變化和年代際變化。與上世紀(jì)80年代后期風(fēng)暴軸活動(dòng)顯著增強(qiáng)相比，近10年來(lái)風(fēng)暴軸活動(dòng)又進(jìn)入較氣候水平偏低的階段。在年際變率上，風(fēng)暴軸的經(jīng)向和緯向變化具有準(zhǔn)協(xié)同一致性，風(fēng)暴軸以西北—東南向?yàn)檩S線進(jìn)行東北、西南兩側(cè)的振蕩。（2）風(fēng)暴軸強(qiáng)度指數(shù)和面積指數(shù)與東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)風(fēng)暴軸面積大、強(qiáng)度強(qiáng)時(shí)，海陸氣壓差減小、東亞大槽槽區(qū)位勢(shì)高度偏高，東亞冬季風(fēng)減弱，并且同期冬季影響我國(guó)的冷空氣活動(dòng)次數(shù)偏多。（3）當(dāng)東亞冬季風(fēng)異常強(qiáng)時(shí)，對(duì)流層低層45°N以南的東亞大陸以及西太平洋氣溫普遍偏低1℃到3℃，而45°N以北的