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南海冷涌是北半球冬季典型的天气过程之一,它在联系东亚地区热带和热带外环流系统中发挥着重要的纽带作用。本文利用再分析资料研究了与南海冷涌演变有关的热带外环流异常,并探讨了南海冷涌对Madden-Julian Oscillation(MJO)在海洋性大陆传播的影响。本文的主要结论如下:
1.南海冷涌的活动特征
利用1979-2016年冬季(11月-次年2月)欧洲中心再分析资料(ERA-Interim),对南海冷涌的活动特征进行了分析。结果表明南海地区出现冷涌天的比例约为23%,冷涌发生的频次在12月最大,而在2月最小。这种季节内的差异与南海气候态冬季风的季节演变有关。冷涌主要受到热带外环流异常的影响,其中西伯利亚高压和东亚大槽是影响冷涌发展的主要环流因子。在对流层中层,位于北大西洋的扰动是南海冷涌的前期信号,扰动形成的Rossby波沿欧亚大陆向东南方向传播,加强了下游地区的西伯利亚高压和东亚大槽。而在对流层低层,偶极子型的海平面气压异常在东亚沿岸形成了较强的气压梯度,由此产生的北风异常向南扩展到南海一带,形成冷涌。
2.影响南海冷涌爆发的两类热带外环流
南海冷涌爆发时,东亚地区海平面气压异常呈现出两类不同的环流型。第一类表现为一对西正东负型的气压异常,正、负气压异常分别以中国、日本为中心;第二类则表现为覆盖了东亚大范围的高压异常。其中,第一类冷涌事件在对流层中高层还伴随着东亚大槽的加深和前期横跨欧亚大陆传播的Rossby波列,但第二类事件则没有这些特征。
在两类冷涌爆发前,中纬度的西伯利亚高压都有显著的加强。但是通过海平面气压倾向的诊断,我们发现两类事件中高压增强的物理过程有明显的区别。在第一类冷涌事件中,对流层中层的Rossby波列产生了负涡度平流,加上对流层低层的冷平流,两者共同加强了西伯利亚高压。然而,在第二类冷涌事件中,由于缺少Rossby波的活动,涡度平流的贡献基本可以忽略,因此对流层低层北风异常产生的冷平流对西伯利亚高压的增强起到了主要作用。
3.有利于南海冷涌维持的热带外环流
在南海冷涌维持期间,持续超过5天的长寿命冷涌事件在热带外环流场上表现出与短寿命事件(持续时间不超过5天)不同的特征。在长寿命事件爆发前后,北欧地区表现为持续性的低压异常,而短寿命事件在这一地区并没有明显的环流异常。统计结果也表明,在长寿命冷涌事件的维持期间,北欧低压的强度和出现频次均远高于气候态和短寿命事件。因此,北欧低压是影响南海冷涌持续性维持的主要热带外环流因子。
在对流层低层,与北欧低压有关的气旋式环流通过东侧南风异常产生的暖平流,激发出对流层高层的西伯利亚高压脊异常。因此,持续性的北欧低压异常有利于西伯利亚高压的增强,并为南海冷涌的维持提供有利的环流条件。此外,北欧低压异常的形成与平流层的极涡活动有关。在长寿命冷涌事件爆发前,平流层极涡向欧洲大陆北部发生了偏移。由此产生的正位涡异常向对流层传播,导致对流层低层出现低压异常。
4.南海冷涌对MJO在海洋性大陆传播的影响
研究发现,能通过海洋性大陆的MJO(MJO-C)事件与不能通过海洋性大陆的MJO(MJO-B)事件在热带外环流场上有明显的区别。当MJO-C事件在海洋性大陆传播时,南海至热带西北太平洋地区出现了显著的东北风异常,且在此期间冷涌的频次明显高于气候态和MJO-B事件。
再分析资料和模式结果均表明,位于南海至热带西北太平洋的东北风异常主要是中纬度环流激发产生的,而并非对MJO对流的响应。在MJO-C事件东传的过程中,中纬度西伯利亚高压明显加强,导致南海一带冷涌的爆发更频繁。冷涌的爆发不仅激发了海洋性大陆的对流,也增强了该区域的赤道西风,因此有利于MJO通过海洋性大陆继续向东传播。
1.南海冷涌的活动特征
利用1979-2016年冬季(11月-次年2月)欧洲中心再分析资料(ERA-Interim),对南海冷涌的活动特征进行了分析。结果表明南海地区出现冷涌天的比例约为23%,冷涌发生的频次在12月最大,而在2月最小。这种季节内的差异与南海气候态冬季风的季节演变有关。冷涌主要受到热带外环流异常的影响,其中西伯利亚高压和东亚大槽是影响冷涌发展的主要环流因子。在对流层中层,位于北大西洋的扰动是南海冷涌的前期信号,扰动形成的Rossby波沿欧亚大陆向东南方向传播,加强了下游地区的西伯利亚高压和东亚大槽。而在对流层低层,偶极子型的海平面气压异常在东亚沿岸形成了较强的气压梯度,由此产生的北风异常向南扩展到南海一带,形成冷涌。
2.影响南海冷涌爆发的两类热带外环流
南海冷涌爆发时,东亚地区海平面气压异常呈现出两类不同的环流型。第一类表现为一对西正东负型的气压异常,正、负气压异常分别以中国、日本为中心;第二类则表现为覆盖了东亚大范围的高压异常。其中,第一类冷涌事件在对流层中高层还伴随着东亚大槽的加深和前期横跨欧亚大陆传播的Rossby波列,但第二类事件则没有这些特征。
在两类冷涌爆发前,中纬度的西伯利亚高压都有显著的加强。但是通过海平面气压倾向的诊断,我们发现两类事件中高压增强的物理过程有明显的区别。在第一类冷涌事件中,对流层中层的Rossby波列产生了负涡度平流,加上对流层低层的冷平流,两者共同加强了西伯利亚高压。然而,在第二类冷涌事件中,由于缺少Rossby波的活动,涡度平流的贡献基本可以忽略,因此对流层低层北风异常产生的冷平流对西伯利亚高压的增强起到了主要作用。
3.有利于南海冷涌维持的热带外环流
在南海冷涌维持期间,持续超过5天的长寿命冷涌事件在热带外环流场上表现出与短寿命事件(持续时间不超过5天)不同的特征。在长寿命事件爆发前后,北欧地区表现为持续性的低压异常,而短寿命事件在这一地区并没有明显的环流异常。统计结果也表明,在长寿命冷涌事件的维持期间,北欧低压的强度和出现频次均远高于气候态和短寿命事件。因此,北欧低压是影响南海冷涌持续性维持的主要热带外环流因子。
在对流层低层,与北欧低压有关的气旋式环流通过东侧南风异常产生的暖平流,激发出对流层高层的西伯利亚高压脊异常。因此,持续性的北欧低压异常有利于西伯利亚高压的增强,并为南海冷涌的维持提供有利的环流条件。此外,北欧低压异常的形成与平流层的极涡活动有关。在长寿命冷涌事件爆发前,平流层极涡向欧洲大陆北部发生了偏移。由此产生的正位涡异常向对流层传播,导致对流层低层出现低压异常。
4.南海冷涌对MJO在海洋性大陆传播的影响
研究发现,能通过海洋性大陆的MJO(MJO-C)事件与不能通过海洋性大陆的MJO(MJO-B)事件在热带外环流场上有明显的区别。当MJO-C事件在海洋性大陆传播时,南海至热带西北太平洋地区出现了显著的东北风异常,且在此期间冷涌的频次明显高于气候态和MJO-B事件。
再分析资料和模式结果均表明,位于南海至热带西北太平洋的东北风异常主要是中纬度环流激发产生的,而并非对MJO对流的响应。在MJO-C事件东传的过程中,中纬度西伯利亚高压明显加强,导致南海一带冷涌的爆发更频繁。冷涌的爆发不仅激发了海洋性大陆的对流,也增强了该区域的赤道西风,因此有利于MJO通过海洋性大陆继续向东传播。