冬季西太平洋遥相关型特征及其形成与维持的瞬变动力学机制

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西太平洋遥相关型(WP)是上世纪八十年代Wallace所定义的大气五种遥相关型中的一种,也是冬季东亚-西北太平洋地区大气环流异常的重要形式之一。与WP型相关的大尺度大气环流和海洋热状况特征以及天气尺度瞬变扰动活动问题历来受到关注。本文利用NCEP/NCAR再分析资料和英国气象局的GISST资料,在分析冬季WP型的时空特征的基础上,首先探讨了冬季WP型与冬季大尺度大气环流和海表面热状况的关系,然后着重研究与冬季WP型相伴随的天气尺度瞬变扰动活动特征,以及冬季天气尺度瞬变异常强迫对WP型建立和维持的作用,最后通过模拟研究进一步探讨了这些作用的过程和物理机制。  通过研究发现,在东亚-西北太平洋地区,冬季WP型的水平空间分布表现为位势高度场南北正负相反的偶极子型特征,这种异常分布型自对流层低层到高层都存在,具有相当正压结构。与冬季WP型相伴随的东亚-北太平洋地区大尺度环流表现出相应的异常特征,对流层中低层的温度场、风场、大气斜压性和阿留申低压,对流层高层的西风急流,以及海表面温度(SST)、海表面感热、潜热通量输送,都表现出南北正负相反的偶极子型异常分布特征。  在时间尺度上,冬季WP型既存在年际变化,同时还有时间尺度更短的次月尺度变化。中纬度地区天气尺度瞬变扰动活动与冬季WP型存在联系,并通过天气尺度瞬变动力和热力强迫过程影响大尺度大气环流的发展与演变。利用超前回归分析发现,在冬季WP型正位相建立前2候至同期,东亚北太平洋地区的天气尺度瞬变扰动活动呈现出北负南正的异常分布型,在天气尺度瞬变动力异常强迫作用下,平均位势倾向异常自低层到高层都表现为北正南负的偶极子分布型,同时具有南北非对称的特征,其分布型与冬季WP型高度异常场一致;而在天气尺度瞬变热力异常强迫作用下,平均位势倾向异常在对流层低层为北正南负的偶极子分布型,在高层则相反;在天气尺度瞬变动力、热力异常强迫的共同作用下,整个对流层的平均位势倾向异常都为北正南负的偶极子分布型,与冬季WP型高度异常场分布一致,表明天气尺度瞬变异常强迫的作用有利于冬季WP型高度异常场的形成和维持。  使用线性斜压模式(Linear Baroclinic Model),对天气尺度瞬变异常强迫在冬季WP型建立期间的作用进行深入分析。模式模拟发现,天气尺度瞬变动力异常强迫的作用与诊断分析得到结果一致;天气尺度瞬变热力异常强迫产生的高度场,在对流层高层为北负南正的分布型,与诊断分析得到的结果相同,而在对流层中低层的高度场则呈现出自南向北负-正-负类似三极型的分布特征,与诊断分析得到的结果有所不同;在整个对流层,试验结果显示天气尺度瞬变动力和热力异常强迫的作用与诊断分析得到的结果相似,并且,瞬变动力异常强迫起到主导作用。
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