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研究进展
从位涡梯度的角度研究北极增暖对大气阻塞的影响

        近二十年来冬季北极显著的增暖,而东亚显著地变冷并且极寒天气频发。已有的研究表明东亚变冷是与乌拉尔阻塞频繁发生密切相关。然而北极增暖(主要是巴伦支-喀拉海)是如何引起乌拉尔阻塞的变化而影响中纬度极寒天气,这是一个没解决的难题。

  近期,中国科学院大气物理研究所罗德海研究员与博士研究生陈晓丹、纽约州立大学的Aiguo Dai教授、墨尔本大学的Ian Simmonds教授合作,从能量频散和非线性强度的角度出发,解释了北极增暖如何影响大气阻塞的生命周期。首先,罗德海研究员等人从其阻塞理论模型出发,提出了阻塞系统的行为依赖于阻塞的能量频散和非线性强度。可以发现阻塞的能量频散正比于位涡(PV)的经向梯度,而阻塞的非线性强度反比于位涡的经向梯度。当位涡梯度较小时,阻塞系统的能量频散减弱,非线性强度增强,有利于阻塞系统的维持。反之,当位涡梯度较大时,阻塞系统的频散增强,非线性强度减弱,不利于阻塞系统的维持。因此北极增暖,可以通过改变西风的水平结构和强度而改变位涡的经向梯度,从而影响中高纬度阻塞的维持。这为北极增暖和中纬度极端天气之间的联系的研究提供了新的视角。

  如图1所示,在北极冷的情况下,中纬度欧亚地区的位势涡度低,而寒冷的高纬度(如巴伦支-喀拉海区域)位势涡度高,位涡的经向梯度大。这时阻塞系统的能量频散强,而非线性弱,不利于阻塞维持,对于这种情况,强的极寒天气很难发生。而当北极海冰减少 或北极增暖时,位涡经向梯度较小,阻塞的频散性较弱而非线性较强,有利于生命阻塞的产生,从而产生强的极寒天气。

  该研究已被刊登在《Journal of Climate》。

  论文信息:Luo, D., X. Chen, A. Dai, and I. Simmonds, 2018: Changes in Atmospheric Blocking Circulations Linked with Winter Arctic Warming: A New Perspective. J. Climate, 31,7661–7678, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-18-0040.1

图1. 北极增暖通过影响位势涡度(PV)经向梯度来调制乌拉尔阻塞的生命周期。


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