2020—2022年与2010—2012年两个“二次变冷”La Nina事件的特征与机制对比

厄尔尼诺-南方涛动(EI Nino-Southern Oscillation, ENSO)是由热带太平洋海-气相互作用产生的显著年际变率,其负位相的拉尼娜(La Nina)事件对中国极端天气有巨大影响。本文利用海洋、大气观测、再分析资料集,对比研究了2010—2012年和2020—2022年两个“二次变冷”La Nina事件演变过程中各阶段的物理过程和机制。结果表明,2010—2012年La Nina事件第一个峰值强于2020—2022年La Nina事件,但第二个峰值较后者弱,且其海表温度异常(Sea surface temperature anomaly, SSTA)偏西,该SSTA的强度和位置特征可从次表层海温异常得到进一步验证。另外,赤道太平洋的东风异常也在2010年夏秋季明显比2020年偏强、偏西;而偏东且增强的东风异常使2020—2022年La Nina事件的第二个冬季峰值强于2010—2012事件。通过海洋混合层热收支诊断分析,纬向平流反馈(海表面热通量异常)是引起La Nina事件发展(衰减)的主要因素。在发展阶段,东风异常引起的纬向海流异常将冷水向西输运,成为赤道中-东太平洋冷SSTA发展的主导因子,垂直方向温跃层反馈过程的贡献也不可忽略。本研究以近十年来的两个“二次变冷”La Nina事件为例进行定性和定量的对比分析,明晰了二者生命演变史过程中的物理机制,为探究La Nina事件生消机理和ENSO不对称性在全球变暖下的可能变化提供了一定的参考。

南方两次降雪过程的降水相态模拟研究

利用常规地面观测资料、NCEP GFS分析资料、卫星及多普勒雷达资料和中尺度数值模式WRF,通过对比分析寒潮型暴雪和冷暖空气对峙型(下称对峙型)雨雪两类天气过程的大气环流形势、温湿廓线和对流层中低层风场特征,发现温度平流的强度和高度层次是两类雨雪天气过程的最大差异。东部沿海地区的低层风向可以用来判定冷空气的强度和爆发时间。从热量的收支来看,温度垂直廓线的主要影响因子是温度的水平平流和非绝热过程。逆温层的出现主要是温度水平平流项的贡献;强降水期间,非绝热加热与温度水平平流的增温效果相当。对峙型降雪的平流降温明显小于寒潮型降雪,对峙型降雪的中低层更多的是暖平流。950hPa混合降水凝结比可作为降水相态的预报因子,混合降水凝结比接近100%,雪混合比>0.2g.kg-1,地面降雪;凝结比在95%～100%之间为降水类型过渡区,结合非绝热降温幅度和地面温度,可以用来判定过渡区的降水类型;凝结比<90%,地面温度在0℃以上,类型为降雨。

典型拉尼娜事件与1988—1989年拉尼娜事件生命史演变差异性成因分析

利用海洋混合层海温热量收支诊断方法和两套海洋同化再分析资料,对比分析典型拉尼娜事件和1988—1989年特殊拉尼娜事件生命史演变成因。研究结果表明,典型拉尼娜事件在发展年冬季到达最强值后通常缓慢衰减,在次年秋季时再次增强形成第二次拉尼娜事件。而1988—1989年拉尼娜事件在发展年底时到达最强值后迅速衰减,并在次年秋季时依然维持衰减过程,最终回到气候平均态。诊断分析结果表明,风场强迫作用引起的纬向异常平流项变化是导致衰减年中两种类型拉尼娜事件海温变化倾向差异的主要原因。在典型拉尼娜事件衰减时期,西北太平洋上空以异常反气旋性环流为主,反气旋性环流南侧东风距平会激发海洋上翻Kelvin波向东传播,阻碍拉尼娜事件的衰减。而在1988—1989年特殊拉尼娜事件中,西北太平洋上空以异常气旋性环流为主。异常气旋性环流南侧西风距平将激发海洋下沉Kelvin波向东传播,引发海洋中自西向东的纬向异常暖平流帮助拉尼娜事件迅速衰减,最终回复到气候平均态。

CMIP5模式对拉尼娜生命史模拟能力的评估

利用19个CMIP5模式输出资料,评估模式对于拉尼娜事件特殊生命史发展过程的模拟能力。评估结果显示,仅有少数模式可以很好地再现拉尼娜事件缓慢衰减并再次增强的生命史发展过程,而多数模式中拉尼娜事件持续衰减直至消亡。观测分析结果表明,一个可能导致拉尼娜再次增强的原因是风场强迫作用下的海洋赤道波动过程。模拟能力较好的模式可以建立起"SST—对流—风场"正反馈过程,使得拉尼娜事件再次发展。而模拟能力较弱的模式中正反馈过程无法建立,因此拉尼娜事件最终消亡。另一个可能导致拉尼娜事件再次增强的原因是海洋平均经圈环流的作用。模拟能力较好的模式可以很好地模拟出气候态海洋经圈环流强度,因此海洋平均经向冷平流会帮助赤道地区负海温距平再次增强。而模拟能力较弱的模式中海洋经圈环流强度较弱,因此赤道地区负海温距平持续衰减,最终回归到气候态。