大气低频振荡对华北冬季强降温事件影响研究

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本文利用华北地区1980-2016年37a冬季419站逐日最低温度资料,给出区域强降温事件(Regional Extremely Cold Event,RECE)定义,统计37a来RECE发生的频次,分析了RECE的低频特征。选取多个RECEs系统研究大气低频振荡对其的影响,寻找延伸期预报信号。进一步探讨ENSO冷暖位相背景下大气低频振荡对RECEs的影响差异。最后,对2015年冬季发生的两次强降温事件及可能成因进行了对比分析。主要结论如下:(1)1980-2016年冬季华北共发生29次RECEs,事件持续天数最长(短)为10天(2天)。华北冬季最低温度主要存在10-20d和20-30d的振荡,且以10-20d最为显著。区域强降温事件整体表现出强的10-20d的准双周振荡。华北冬季最低温度10-20d分量与原序列大致相对应,能够反映出实际的降温过程。(2)对24次10-20d低频周期的RECEs进行研究,结果表明,500h Pa高度场上,贝湖北部低频高压和东亚大槽均偏强;低频西伯利亚高压偏强且偏东偏南也是造成华北强降温发生的重要原因之一;850h Pa风场上,新地岛低频反气旋与贝湖附近低频气旋是主要的低频影响系统;300h Pa纬向风场主要表现为偏弱的东亚温带急流与偏强的东亚副热带急流相互配合。贝湖北部是低频冷空气直接源地,平流层中位于贝湖附近的高位涡库是冷空气的间接源地。-14d(-10d)存在于新地岛以东(东欧平原以北)的正(负)相关信号,对应500h Pa高度场的低频负(正)异常,对预测低频东亚大槽(巴-贝湖高压脊)的变动,进而预测华北降温具有重要参考意义。(3)根据不同的海温背景,将24次RECEs分为三类,即正常年型(5次)、El Ni(?)o年型(9次)、La Ni(?)a年型(10次),进一步对比不同类型事件低频环流特征差异。相比正常年,El Ni(?)o年和La Ni(?)a年中,500h Pa高度场上巴-贝湖低频高压范围更广,北界更为偏北,其中La Ni(?)a年的巴-贝湖低频高压系统最为偏东,呈东北-西南的分布。正常年中低频西伯利亚高压范围最小;El Ni(?)o年低频西伯利亚高压的范围次大,西伯利亚高压的南界东段偏南;La Ni(?)a年低频西伯利亚高压的范围最大,且明显偏东偏南。正常年中,对流层低层冷空气直接源地位于巴湖-中西伯利亚,平流层的冷空气源地位于贝湖-堪察加半岛附近;El Ni(?)o年,贝湖北部60°N以北是对流层低层冷空气的直接源地,平流层中的高位涡库位于贝湖附近;La Ni(?)a年,对流层低层主要受贝湖冷空气影响,西西伯利亚平原是平流层冷空气的主要源地。正常年主要关注-6d咸海的负相关信号;El Ni(?)o年,正(负)相关信号于-14d(-10d)位于喀拉海(东欧平原西部);La Ni(?)a年,-12d出现在挪威海的负相关信号先东移后南压至巴-贝湖,-10d北地群岛-东西伯利亚海的正相关信号先向西南传播,后东南传播至东亚。(4)2015年冬季的两次过程均与最低温度10-20d低频分量从峰到谷值的变化相应。第一(二)次过程巴-贝湖高压位置偏西(偏东北),西伯利亚高压偏南(偏北),东亚大槽呈东北-西南(南-北)走向,阿留申低压偏深(偏西偏深),无(有)北极涛动负异常,高低层低频冷空气源地均位于贝湖北部60°N附近(巴湖以北上空和华北局地),降温较慢(快速)。地中海低频扰动能量的持续输送是造成两次强降温过程持续时间差异的原因之一。-18d(-12d)500h Pa高度场中位于西欧地区的低频负(正)异常,是2015年冬季华北强降温事件的延伸期预报参考信号。
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