南极极涡与南极涛动对大气环流异常影响的统计分析

本文利用1979~2018年7~9月NCEP/NCAR月平均再分析资料和AAO指数,分析了季节平均时间尺度南极极涡和南极涛动与南半球大气环流异常和南半球向北的越赤道气流的关系。研究发现,南极极区500 hPa位势高度异常EOF分解第一模态可反映南极涛动的位相变化,第二模态反映极涡“偏心”形态分布。南极涛动的不同位相对应的极地外西风带内大气环流异常具有明显的区域特征,并非呈环状分布。极地与极地外冷暖空气交换的关键区域主要在南印度洋至澳大利亚南部,南太平洋以及南美洲东部大西洋上空,其中南印度洋上空与极地的冷暖空气交换最为显著。当极涡偏向西半球时,极涡与南太平洋上空和南美洲南部的冷空气活动联系更密切。季节平均时间尺度南极极涡与季风环流强度具有密切的联系,当极区位势高度偏高,极涡偏弱时,季风环流增强。

南极极涡位置变化与热带西太平洋对流活动的关系

利用1979~2019年NOAA月平均向外长波辐射(Outgoing Long-Wave Radiation, OLR)资料,NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用统计学和动力机制分析的方法,探讨了南极极涡位置变化与热带西太平洋对流活动异常的关系。研究发现:热带西太平洋关键区域120˚E~140˚E,10˚S~0˚ (3~5月)和120˚E~140˚E,5˚S~5˚N (6~8月)内对流活动增强,会激发从澳大利亚东部经南太平洋向大西洋西南部传播的类太平洋–南美(Pacific-South American, PSA)遥相关波列,进而导致南极极涡偏向西半球。年代际尺度上,1999~2019年,3~5月热带西太平洋地区和6~8月南太平洋辐合带(South Pacific Convergence Zone, SPCZ)附近对流活动增强,激发的类PSA遥相关波列,是导致南极极涡偏向西半球的重要原因。

7月南半球500hPa极涡异常的度量及其与极区增暖的联系

利用ECMWF月平均再分析资料,构造了500hPa7月南极极涡面积、强度指数。结果表明,定义的面积及强度指数为两个独立参数,通过分析南半球高纬度地区500hPa位势高度场EOF的主要模态以及典型年份的南极极涡差异,表明强度指数比面积指数更能代表极涡的强度变化。7月500hPa南极极涡强度指数与同期南半球高纬地表温度的变化趋势一致,下垫面的加热作用与南极极涡强度变化联系密切,在全球变暖背景下极涡面积收缩与热带扩张存在联系。

热带印度洋增暖对南极平流层极涡的影响

过去几十年,在全球变暖的大背景下,全球大部分海洋,特别是热带印度洋,显著增暖.同时,南极平流层极涡呈现发展加深的趋势.以前的模拟结果显示,臭氧耗损的辐射冷却效应是南极极涡加深的主导因子,但模拟的臭氧耗损单独引起的南极极涡加深比实际观测到的要强.这说明有其他因子参与影响了南极极涡的趋势变化,其作用是部分抵消臭氧耗损的影响.是否热带印度洋增暖是其中的因子之一,这个问题还不清楚.利用4个大气环流模式,通过给定理想的、与观测到的强度相当的热带印度洋增暖强迫,进行集合试验,研究了这一问题.结果表明:热带印度洋增暖有利于南半球春、夏季极地平流层增暖、南极极涡减弱,于是倾向于部分抵消臭氧耗损的辐射冷却效应.这一结果能部分解释以前的模拟发现—臭氧耗损单独导致的南极极涡加深比观测到的要强.鉴于平流层变暖不利于极地平流层冰晶云的形成、遂有利于臭氧恢复,现在的结果暗示:在全球变暖的大背景下,气候系统的内部动力调整过程将有利于南极臭氧洞的恢复.