冬季乌拉尔山阻塞高压的能量收支特征分析

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本文利用日本55年逐日再分析资料(JRA-55),对1958-2018年冬季乌拉尔山附近53次阻塞高压事件(简称乌阻)在维持过程中的能量收支特征进行了分析。在将环流分解为背景流、低频异常和高频瞬变涡动后,本文发现低频异常从背景流汲取能量对乌阻的维持有较大的贡献。具体而言,由于对流层中低层的气候态气温场在欧亚大陆上存在西南向梯度以及对流层中高层的气候态西风场在贝加尔湖西北部存在向南梯度,有利于乌阻从背景流中汲取净的斜压能量和正压能量。尽管高频瞬变涡动通过正压能量转换促进了乌阻的维持,但它们也从乌阻中汲取斜压能量,最终导致瞬变涡动的净贡献较小。乌拉尔山地区的非绝热加热主要表现为负异常,它不利于对流层中低层局地气温正异常的维持,进而抑制了乌阻有效位能的增加和维持,不利于乌阻的维持。此外,动能平流超前于乌阻的动能演变,表明前者对后者的演变存在着重要指示作用。但若将与乌阻相联系的横跨整个欧亚大陆的波列异常当作整体考虑,动能平流项贡献极大的减少。这表明欧亚大陆范围内环流异常的动能很大程度上仅在其内部进行了重新分配。为进一步突出乌阻的能量收支特征,本文还将其与大西洋地区阻塞高压的能量收支特征进行对比分析。与乌阻相同的是,大西洋阻塞高压也是以从背景流中汲取斜压能量为主,非绝热加热不利于其有效位能的维持。但两地阻塞高压不同的是,北大西洋地区存在气候态西风的东南指向梯度,而乌拉尔山地区北侧则以气候西风的西南指向梯度为主要特征。虽然两地阻塞高压的形态类似(扩展的E-P通量也类似),但当其叠加到上述背景流场时,产生了截然相反的能量转换结果,即大西洋阻塞高压向背景流中转换正压能量,而乌阻从背景流中汲取正压能量。此外,由于大西洋阻塞高压位于急流的出口区,高频瞬变涡动活跃,它对大西洋阻塞高压能量的维持有着明显的净的正贡献,这明显区别于乌阻形成过程中高频瞬变涡动无明显净贡献的特征。
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