基于无线电探空资料的北极边界层逆温和逆湿结构特征研究

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大气边界层的逆温和逆湿结构是北极气候系统的重要特征,与地表和低层大气之间的水分和热量交换以及长波辐射和云的形成都有着密切的联系。本文使用3个北极站的高分辨率探空数据(Global Climate Observing System Reference Upper-Air Network,GRUAN)、45个站点的常规探空数据(Integrated Global Radiosonde Archive,IGRA)以及欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代再分析资料ERA5对北极多层逆温和逆湿结构进行研究,主要包括结构变化特征、不同因素的影响情况以及逆温逆湿共存时的特征。根据逆温逆湿发生的不同高度,分为接地逆温(Surface-based Inversion,SBI)和低悬逆温(Elevated Inversion,EI)以及接地逆湿(Surface-based Humidity Inversion,SBHI)和低悬逆湿(Elevated Humidity Inversion,EHI)。通过三个高分辨率代表站的研究发现,在沿海站点SBI全年都存在,由暖平流引起的第一层低悬逆温(EI1)比由下沉引起的更厚更强。第一层低悬逆湿(EHI1)倾向于由逆温形成,而第二层低悬逆湿(EHI2)主要受水汽平流影响。EI和EHI共存是最常见的结构,夏季多、冬季少。SBI、EI、SBHI和EHI共存的情况为冬季多,夏季少。使用45个常规探空数据得到北极地区的逆温逆湿气候学特征主要发现,冬季和秋季的SBI比夏季和春季更频繁、更深、更强。EI发生频率的峰值与反气旋最活跃的季节有很好的相关性。SBHI的时空变化和SBI相似。SBI发生频率东半球有减小的趋势,而在西半球有增加的趋势;SBI层顶高度和强度的变化在大多地区都有显著减小的趋势。EI1发生频率趋势的空间分布与SBI较一致。EI1在大多数站点的暖平流作用下层顶高度最低。EHI1在水汽平流情况下夏季占比较多,冬季占比较少。水汽平流作用下的EHI1层顶高度更高,强度最弱,而有逆温影响的情况下层顶高度普遍更低,但强度最强。EI和EHI的同时出现会增强逆温和逆湿的强度,并降低逆温逆湿的层顶高度。
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