冬季北极增暖与中纬度环流和极寒天气之间的联系:经向位涡梯度的关键作用

冬季中纬度欧亚大陆在20世纪90年代后表现出明显的变冷趋势,这与近几十年的北极增暖和北极海冰快速融化同时发生,因此许多学者将中纬度极寒天气增多归结为北极增暖和北极海冰减少的影响,但也有些学者认为这两者之间没有关系.因此,中纬度极寒天气事件和北极增暖之间的关系仍是国际大气科学界未解决的难题.事实上,中纬度极寒天气的产生主要与阻塞的维持、位置和移动密切相关.文章通过回顾前人的研究指出,基于阻塞非线性多尺度相互作用(NMI)模型所提出的位涡经向梯度(PVy)可能是解决中纬度极寒天气和北极变化之间最关键的因子.根据NMI模型可以发现, PVy的大小主要反映阻塞的频散性和非线性强弱.研究表明,北极增暖通常会使得PVy减小,而当PVy较小时,阻塞系统有弱频散性和强非线性,因此阻塞能够长时间维持,从而导致欧亚大陆有强的极寒事件发生;但当PVy较大时,即使有北极增暖,阻塞也不容易维持,在这种情况下北极增暖或海冰融化对中纬度极寒事件的影响是弱的.因此,从PVy的大小去看中纬度极寒天气和北极增暖之间的联系也许将是未来该领域的一个主要研究方向.

一次爆发性气旋的发展与湿位涡关系的研究

通过对一次陆地爆发性气旋的数值模拟与湿位涡的诊断分析发现 ,气旋的爆发与湿位涡的平流关系密切 ,气旋的发展并不是在湿位涡中心位于气旋上空时才开始 ,而是当湿位涡中心位于气旋的后部 ,并在 2 0 0 h Pa以下有明显的倒圆锥形下伸区时 ,才有利于气旋的发展。当湿位涡中心位于气旋上空时 ,气旋发展开始减慢。湿位涡局地变化的大小与水平方向位涡梯度的大小有关。湿斜压位涡负值区的上下贯通与气旋发展也有明显的关系。

一次北上中亚气旋的结构演变与发生发展机制分析

中亚气旋是造成新疆暴雨、暴雪、大风和沙尘等灾害性天气的一种主要天气系统。为深入了解中亚气旋的结构特征和形成原因,以2017年8月11—12日一次典型北上路径中亚气旋活动过程为例,利用常规气象观测资料、卫星水汽图像与NCEP再分析资料,分析了该中亚气旋的活动特征及环流形势,揭示了其垂直热力和动力结构特征,重点根据准地转理论和位涡守恒原理讨论了其发生发展机制。结果表明:(1)中亚气旋形成于500hPa高空槽前、伴有850hPa低涡和切变线影响以及高空辐散等有利环流背景之下。(2)水汽图像显示中亚气旋从初生、发展到减弱阶段,对应云系经历了由斜压叶状转变为逗点状、再由逗点状演变为螺旋状的过程。(3)地面气旋中心物理量垂直剖面显示,地面气旋初生时,其中心西侧有明显锋区并伴有正相对涡度柱,上升运动仅位于锋区以上;地面气旋发展时,锋区增强且变陡,锋区上下均存在强上升运动,气旋中心上空对流层低层正相对涡度值增大,其西侧对流层高层有正相对涡度高值区东移接近地面气旋中心;气旋减弱时,气旋西侧锋区减弱,其上空垂直上升运动也变弱,低层正相对涡度减小、整层正涡度区变陡。(4)气旋活动过程中,700hPa暖平流明显增强、高低空涡度平流差值增大以及高空辐散增强有利于气旋发生发展;另外,高空干空气的高值位涡区下沉及位涡梯度正值中心东移伴随地面气旋发展。

格陵兰以西海冰在冬季格陵兰阻塞影响极寒天气中的调制作用

通过分析1979~2019年ERA-Interim逐日再分析资料和大气环流模式试验,研究了格陵兰岛以西的巴芬湾-戴维斯海峡-拉不拉多海(Baffin Bay、Davis Strait和Labrador Sea,BDL)冬季海冰变化对格陵兰阻塞的调制作用及动力机制.结果表明,冬季BDL地区海冰较少、气温较高,有利于冬季格陵兰阻塞频繁发生,此时格陵兰阻塞维持时间较长且具有西移特征,这导致美国中东部地区极寒天气的频繁发生和加强.与此相反,BDL地区海冰较多、气温较低时,格陵兰阻塞西移减慢,维持时间较短,阻塞频率减少,主要导致欧洲北部降温.BDL海冰融化所引起的增暖能减弱北大西洋中高纬度纬向风和经向位涡梯度,导致格陵兰阻塞能量频散减小和非线性增加,此时背景条件有利于格陵兰阻塞的产生和维持,衰减变慢且向西移动加快.当BDL海冰偏多时,北大西洋中高纬度西风和位涡梯度增大,此时格陵兰阻塞的频散性增强而非线性减弱,抑制了格陵兰阻塞的发生和维持.一系列理想大气环流模式试验进一步证实上面的结果.