ENSO与超长波对欧亚阻高的影响及乌山阻高热动力特征研究

发布时间：2020-04-22 20:48

【摘要】：欧亚关键区阻塞高压(简称:阻高)是影响我国天气气候的重要天气系统之一,其活动异常往往会导致高温、洪涝、冰冻等极端天气气候事件,对人民的生命财产安全产生极大的威胁。本文使用1979-2017年的再分析数据,借助国际上通用的TM方法及客观分析法检索阻高,系统研究阻高的气候统计特征;探究其与主要的内部因素(超长波波动)及外强迫(两类ENSO)的关系;最后对与我国冬季天气气候有紧密联系的乌山阻高进行热、动力特征诊断。主要结论如下:(1)冬季乌拉尔山(简称:乌山)及鄂霍次克海(简称:鄂海)地区是阻高多发区,贝加尔湖(简称:贝湖)地区阻高频次相对较少,“双阻型”是中纬度大气环流的主要形势。乌山及鄂海阻高平均持续时间偏长,约为6.6天,贝湖的只有4.9天。整体来说,无论从阻高累积天数、累积频次,还是平均持续时间冬季乌山、贝湖、鄂海地区阻高均在1979-2005年呈现不同程度的下降趋势,尤其在1990s年代以来更为明显,但近10年阻高有增多增强的趋势。乌山及鄂海地区阻高累积天数呈现明显的年际周期变化,贝湖地区阻高的周期变化不显著。乌山阻高在1980年代初到1990年代末有明显的4~6年变化周期,鄂海阻高的5~7年变化周期在20世纪80年代末到21世纪初较活跃。(2)东太平洋La Ni?a冷事件(Eastern Pacific-La Ni?a,简称:EP-LN)会致欧亚地区瞬时阻高偏多,暖事件(Eastern Pacific-El Ni?o,简称:EP-EN)会使瞬时阻高偏少。但是乌山(60°E)以西及鄂海(140°E)以东瞬时阻高受中太平洋El Ni?o事件(Central Pacific-El Ni?o,简称:CP-EN)影响较大,致阻高偏多。EP-LN事件及中太平洋冷事件(Central Pacific-La Ni?a,简称:CP-LN)使乌山阻高事件持续时间分别偏多28%、25%,但会造成鄂海阻高偏少。EP-EN及CP-EN事件会使鄂海阻高生命期偏长14%,18%,但会造成乌山阻高生命期偏短。冬季,当EP-EN事件发生时,乌山及鄂海地区位势高度(Geopotential Height,简称:GPH)有负异常,阻高偏弱;当发生EP-LN事件时,乌山及贝湖西部偏北地区500hPa上GPH有正异常,阻高偏多;当发生CP-EN事件时,欧亚3个关键区GPH都有不同程度的偏强,说明CP-EN事件利于阻高的生成;在CP-LN事件下,乌山及贝湖地区GPH偏高,这为阻高的发生、发展提供良好的条件。(3)北半球中纬度地区1-8波波谱比重在0.93-0.96变化,其中1-3波波谱比重超过0.5,表明1-3波(超长波)是大气运动中最主要的组成部分。1-8波和1-3波的波谱比重均有准2个月的周期变化,且冬季较夏季振荡更为显著。当1-3波波谱比重偏强时,乌山地区GPH明显偏低,贝湖地区的偏高,鄂海地区GPH变化不明显;反之,鄂海地区GPH偏强,其他两个区域GPH变化不显著。当60°N上1-3波波谱比重异常时,GPH异常表现更为突出。60°N上1波振幅与乌山阻高指数呈正相关关系,与鄂海的呈负相关,但是3波振幅与乌山阻高指数呈负相关,与鄂海的呈正相关。当乌山阻高持续时间从4天增加至7天时,30°N上1波振幅增加,2波振幅减小。阻高年均生命期由4天增加至7天时60°N上1波、2波振幅增加了43%,1.86倍。但冬季乌山阻高生命期由4天增加至7天时,1波振幅缩小了25%,2波振幅从112gpm增加至130gpm。2波振幅的激增可能会导致乌山阻高持续时间变长。(4)针对冬季乌山阻高整个生命期的热动力特征诊断显示:在“Day-3”前,中纬度定常温度T*随着高度的增加在减小,并沿着阻高南缘向下输送。在“Day-3”前中纬度对流层中定常热量通量{v*T*}呈“哑铃状”分布。同时20°-70°N区域均被正的(向北)定常动量通量{u*v*}控制,2个极大值中心分别位于30°N,250hPa和55°N,300hPa。从“Day-3”至“Day 0”,中纬度地区400hPa以下温度梯度减小致热成风减小,进而中纬度西风气流减小。同时在中纬度对流层中层出现负的(向南){v*T*}输送,这样在中纬度有热量的辐合,为阻高的建立提供了足够的热量。同时在中纬度有大量{u*v*}向北输送,最大值中心位于55°N附近,70°N以北{u*v*}是向南输送的,所以在70°N有动量通量的辐合,这有助于极锋急流的加强。热量通量的输送导致中纬度温度梯度减小,西风气流减弱,中纬度定常动量通量向北输送为极锋急流提供能量。至“Day+3”高层冷空气已经输送至地面使西伯利亚高压(Siberian High,简称:SH)加强,对流层中层向赤输送的定常热量通量消失,同时动量通量迅速减小有恢复至平常态的趋势。在500hPa上乌山阻高在“Day 0”定常热量、动量通量异常输送的方向是向北的,崩溃时输送方向是向南的,并且在热量通量异常输送中非线性作用起主要作用,但在定常动量通量异常输送中线性及非线性作用都很重要。
【图文】：

塞及阻塞事件，分析其空间分布特征，及阻高累积时间、累积频次和平均持续时间的年际、年代际变化等信息。3.1 阻高的空间分布特征利用T&M方法可以检索出瞬时阻塞及阻塞事件，它们同样对天气、气候有重要影响，均值得我们细细研究。图3-1分别展示了平均每个冬季瞬时阻塞的累积天数及阻高指数沿经度的分布情况。从图3-1a中我们发现40°-70°E和120°-160°E是瞬时阻塞多发区，累积天数最高分别可达到7天，4天，并且发现在60°E（乌山附近）有1个极大值，平均每个冬季瞬时阻塞在该地区的累积天数高达6天。80°-120°E是瞬时阻塞的低发区，累积天数在100°E达到最小值0.3天。总之，乌山（40°-80°E）及鄂海（120°-160°E）地区是瞬时阻塞的多发区，贝湖（80°-120°E）是瞬时阻塞的低发区，在接下来研究3个地区阻高事件时也会得到类似的结论。从图3-1b中我们可以看到乌山、鄂海地区的阻高指数明显偏大，贝湖阻高指数较小，，而且鄂海地区阻高指数在整个冬季都存在并且偏大，但是乌山地区的主要集中在一月中旬至二月末。

阻高活动相对频繁，60年代中期阻高活动较少，鄂海地区阻高活动20世纪末有下降趋势。为了弥补之前研究资料的空白，我们分别研究了欧亚3个关键区冬季阻高累积天数、累积频次在1980s、1990s、2000s的变化。从图3-2中我们发现冬季乌山地区阻高累积天数在80年代较多有120天，到90年代骤减至80天左右，00年代的与90年代的相差不多。贝湖地区阻高在80年代约为30天，到90年代有所增加至50天，00年代最少仅为5天左右。鄂海地区阻高的累积天数在90年代约为100天，比同期乌山的少，至90年代阻高累积天数增加至115天，00年代骤减至50天。总结一下，从90年代开始欧亚3个关键区冬季阻高的累积天数都有不同程度的减少。图3-2 欧亚3个关键区阻高累积天数的年代际变化（图a：乌山地区
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P461.2

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本文编号：2636942