冬季极涡对北太平洋风暴轴的影响及其可能机制研究

发布时间：2020-08-17 18:26

【摘要】：本文利用美国环境预报中心及国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料、国家海洋和大气管理局(NOAA)海温资料以及中国国家气候中心提供的北半球极涡指数资料,采用多种统计方法,探讨了近60年冬季北太平洋风暴轴与北半球极涡的时空分布特征,并与以往的研究结果进行了对比和检验,在此基础上,重点分析了极涡对风暴轴的影响及产生这种影响的可能物理机制,并从外部热力强迫的角度进一步研究了海温对极涡与风暴轴关系的可能影响,揭示了极涡、遥相关型、风暴轴及海温间的耦合特征。主要结论概括如下： 1.风暴轴具有显著的季节、年际及年代际变化。逐月而言,风暴轴表现出“冬季抑制现象”,7月最弱,11月最强。季节平均而言,风暴轴在冬季最强,近60年来风暴轴有微弱的增强趋势,并伴随有向南向西移动的趋势。而在空间结构变化上,风暴轴经验正交函数分解(EOF)的第一特征向量表现为单极子带状分布型,第二特征向量则为南北偶极子分布型。 2.前一年8月至当年1月为极涡增强期,2月至7月为减弱期。50年代初到60年代初为极涡面积偏小期,60年代以后为面积偏大期。近60年冬季,极涡的强度与面积都有减小的趋势。从空间结构上看,极涡EOF第一特征向量表现出极区上空和极地周围附近上空高度场反位相变化,第二特征向量显示出北半球两大洋与两大陆之间不同的位相变化特征。 3.通过计算北半球极涡与北太平洋风暴轴各指数之间的相关系数,发现两者有同步的强弱变化特征。而且奇异值分解(SVD)进一步表明,极涡与风暴轴之间主要存在两种耦合空间变化型。一是当50°N以北的500hPa位势高度降低(升高),极涡在极区增强(减弱)时,风暴轴在其气候平均位置附近增强(减弱)。二是当欧亚大陆北部及北太平洋位势高度降低,极涡增强并主要向北太平洋地区移动时,风暴轴向南移动并且有所增强,相反当北美大陆位势高度降低,极涡向北美大陆移动增强时,风暴轴向北偏移加强。 4.合成分析及回归分析结果表明,在极涡强度的高(低)值年,一般对应着风暴轴强度的增强(减弱),风暴轴区域扰动动能的加大(减弱),天气尺度涡动向极和向上的热量以及西风动量输送的显著增强(减弱)。极涡的异常变化可以通过改变欧亚大陆及其下游北太平洋上空的高度场,进而改变东亚西风急流的强度以及风暴轴上游的斜压性,从而对风暴轴产生影响。 5.此外,极涡对风暴轴的影响还会受到黑潮及赤道中、东太平洋海温的外热源强迫的调制作用,极涡、遥相关型、风暴轴及海温这四者间存在着显著的耦合相互作用。当极涡在极区增强(减弱)时,同期冬季黑潮海温升高(降低),对流层中层高度场表现为正(负)位相的WP遥相关型,50°N南北气压梯度加大(降低),纬向(经向)气流变化显著,纬向风与斜压性指数均在4°。N-60°N之间增强(减弱),因而风暴轴在其主体区域附近维持加强(减弱)。而当赤道中东太平洋海温升高(降低)时,对流层中层高度场表现为正(负)位相的PNA遥相关型,极涡向北太平洋(北美大陆)移动并且增强,在北太平洋40°N附近,南北气压梯度加大(减小),风速与斜压性指数均在45°N以南(北)增大,因而风暴轴有向45°N以南(北)移动并且增强的变化趋势。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P732

【引证文献】