平流层爆发性增温及其异常下传研究

论文摘要

利用逐日ERA-interim再分析资料,统计分析了1979-2016年间北半球发生的33个强平流层爆发性增温（stratosphere sudden warming,SSW）事件和22个弱SSW事件的强度、时间、增温中心及路径的变化特征,对25个平流层爆发性增温异常下传事件的时间、强度、环流形势做了统计分析,并通过分析SSW异常下传与SSW事件强弱的关系、对比极涡转移和极涡分裂型的两个异常下传个例及两个未下传个例的环流演变和行星波活动的特征,探讨影响SSW异常下传的可能因素。结果表明:（1）SSW的过程长度和强事件的持续时间在1979-2016年间均呈现下降的线性趋势,且强SSW事件的过程长度明显长于弱事件;温度变化也呈现出下降的线性趋势;在强SSW事件中,10h Pa上60°N与90°N的纬向平均位势高度的经向梯度与60°N平均纬向风有很强的一致性;SSW事件平均每年发生1.4次且多初生于2月,弱SSW事件主要发生在冬末春初;大多数SSW事件在10h Pa-100h Pa均会出现增温现象,但强事件的个数以及对平流层的影响远大于弱事件,绝大多数增温最早出现在10h P上,然后逐渐向低层传播,快则6小时,慢则需20几天才能下传至100h Pa,使低层发生爆发性增温现象。（2）SSW初始增温中心的总体分布是从东半球的较高纬度分散向南下传至西半球的较低纬度区域;10h Pa上最大增温中心有明显的地域性特征,主要集中在30°E-120°E之间的欧亚大陆上;累积增温中心主要分布在90°W-90°E之间,特别是30°W-30°E,其中强事件集中在东半球、弱事件在西半球;SSW的路径分布绝大多数都是由北向南移动,经向跨度多在0°-9°之间,且SSW移动的终点没有落在80°N-90°N的区域内。（3）SSW异常下传均发生在冬季,过程长度平均为18天;异常下传的持续时间在1h Pa上呈略微下降的线性趋势,平均28.6天,在10h Pa和100h Pa上呈增长的线性趋势,相关性极高,100h Pa上持续时间最长平均47.4天;最大正异常从1h Pa下传至100h Pa平均需要16.4天,呈现上升的线性趋势;异常强度在1h Pa、10h Pa和100h Pa都是随时间增大的,变化也趋于一致,1h Pa和10h Pa上的相关性最好;1h Pa至100h Pa异常下传强度随时间也呈上升趋势,且下传强度较强的年份与各层都有强异常的年份几乎吻合。（4）统计分析出15个极涡分裂型和10个极涡转移型SSW异常下传事件,在下传过程中,极区10h Pa温度场和位势高度场的变化均由冷的极涡控制到增温后高压加强再回到由冷的极涡中心控制,表明SSW异常下传过程中可能需要极区的增温。但在下传前期,极涡转移型有范围较大的小高压,极涡分裂型中冷的极涡范围更广,且出现高温中心,下传盛期,极涡转移型的极涡出现转移态势,极涡分裂型的冷中心分裂为两个且极涡呈分裂态势,下传后期,极涡转移型仍有未完全退去的弱小高温中心。（5）强SSW事件对SSW异常下传的发生有重要的影响,弱SSW的异常下传事件有相对较长的增温过程;在增温前期,若长时间未出现位势高度正异常,可能会发生异常下传事件;若1h Pa上正异常的持续时间特别长,可能不会发生异常下传。（6）影响SSW异常下传的环流特征:增温前期有较为稳定的环流场,特别是垂直方向;增温过程中,环流形势要有较大的变化,特别是高纬地区,正异常的强度和范围要有明显的扩大和加强,平流层低层和对流层中纬地区要有多个正负异常中心出现,而这种现象往往出现在下传的后期;在垂直方向上,需要准正压结构伴随异常下传;若在增温前期出现过SSW事件,下传可能不会深入到对流层。（7）影响SSW异常下传的行星波特征:增温前期平流层上传的E-P通量增强,并在增温开始时达到最强,E-P通量辐合面积向下向极延伸到最大,强度最强,所以平流层极区西风减速增强;增温过程中E-P通量上传持续减弱,前后对比差异明显使行星波能量能足够多的释放,E-P通量辐合范围逐渐向低纬收收缩,西风减速减弱,但西风环流极大减弱,甚至大范围长时间的转为东风环流,并有向低层传播的趋势;后期,伴随较小的上传E-P通量和增强的平流层极区E-P通量辐散,下传东风环流减弱,西风环流增强,但因长时间的西风减速,西风环流不能足够快速的恢复到增温前期的强度;若行星波破碎能量足够大且E-P通量辐合区域能到达对流层并与对流层带状辐合区汇合,使东风能达到对流层,那么SSW异常下传可能会到达对流层。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 SSW的形成机制
•   1.3 SSW的产生影响
•   1.4 研究内容与章节安排
• 第二章 资料与方法
•   2.1 资料介绍
•   2.2 方法介绍
•     2.2.1 SSW事件的定义
•     2.2.2 SSW异常下传事件的定义
•     2.2.3 E-P通量
• 第三章 平流层爆发性增温的统计特征分析
•   3.1 SSW事件的统计
•   3.2 SSW的温度变化特征
•   3.3 强SSW的强度变化特征
•   3.4 SSW的时间变化特征
•     3.4.1 频数的变化
•     3.4.2 SSW垂直传播的过程分析
•   3.5 SSW增温中心的空间分布及路径变化特征
•     3.5.1 初始增温中心
•     3.5.2 最大增温中心
•     3.5.3 累积增温中心
•     3.5.4 SSW的路径分布
•   3.6 本章小结
• 第四章 平流层爆发性增温异常下传的统计特征分析
•   4.1 SSW异常下传事件的统计
•   4.2 SSW异常下传的时间变化特征
•     4.2.1 异常持续时间的变化
•     4.2.2 异常下传时间的变化
•   4.3 SSW异常下传的强度变化特征
•   4.4 SSW异常下传的环流形势变化特征
•   4.5 本章小结
• 第五章 影响平流层爆发性增温异常下传的可能因素
•   5.1 SSW异常下传事件与SSW事件强弱的关系
•   5.2 SSW异常下传事件与环流场的关系
•   5.3 SSW异常下传事件与行星波活动的关系
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 论文主要结论
•   6.2 讨论与展望
• 参考文献
• 作者在读期间科研成果简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张栌丹

导师: 陈权亮

关键词: 平流层爆发性增温,统计特征,增温中心,异常下传,通量

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 成都信息工程大学

分类号: P434;P421.32

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000016

总页数: 82

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