论文摘要
北极平流层极涡在平流层对流层动力耦合中扮演着非常重要的作用,其强度、位置和形态的变化可通过平流层对流层动力耦合对对流层天气系统产生显著的影响。本论文利用多种再分析资料分析了对流层中、高纬阻塞异常对平流层极涡强度、位置以及形态变化的影响,以及这些极涡异常信号对对流层环流和近地面温度的影响,并探讨了他们之间相互作用的机制。此外,论文还结合参与第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）的模式数据研究了北极平流层极涡与欧亚大陆冷空气爆发之间的联系,并探讨了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和平流层准两年振荡（QBO）对两者年际关系的影响。得到以下主要结论:1、本文首先研究了极端平流层极涡事件（简称:强极涡事件和弱极涡事件）生命周期的不同阶段对流层阻塞的变化及其与平流层极涡之间的联系。发现在强极涡事件的起始期和成熟期,欧洲-大西洋区域的阻塞频率是减少的,北太平洋西部的阻塞频率是增加的;持续时间短的强极涡事件相较于持续时间长的强极涡事件在北太平洋西部有更多的阻塞天数以及更弱的进入平流层的向上行星波通量,减弱的向上的行星波通量主要由线性波相互作用造成的。在强极涡事件的衰减期,欧亚-大西洋区域的阻塞频率是增加的,阻塞的增加与平流层下传的正纬向风异常以及正北半球环状模（NAM）异常引起的向极地偏移的涡旋驱动的急流有关。在持续时间短的强极涡事件中欧洲-大西洋区域增加的阻塞通过线性波相互作用使得进入到平流层的行星波通量增加,而长持续时间的强极涡事件则主要是通过非线性波相互作用。在弱极涡事件的生长期,阻塞频率的变化几乎与强极涡事件起始期和成熟期的阻塞频率的变化相反;在弱极涡事件后期,非线性波-波相互作用是造成进入平流层的向上行星波通量减少的主要原因,这一发现在以前的研究中未被提及。2、论文接着分析了在强（CAOS）、弱（CAOW）以及中性（CAON）平流层极涡状态下欧亚大陆冷空爆发（CAOs）特征的异同,并检验了平流层极涡与欧亚大陆CAOs在年际时间尺度上的联系。发现在CAOW事件前期,欧洲地区的近地面气温要比其他两类事件的气温更低,这主要是因为CAOW事件中先前存在的负北大西洋涛动（NAO）模态的振幅要比CAOS和CAON事件中的NAO振幅更大。当负的平流层NAM信号进入到对流层后,CAOW事件中欧亚大陆东部中纬度地区的近地面气温要明显低于CAON事件的气温。更大的感热通量引起的非绝热加热异常在一定程度上抵消了CAOW事件中强的冷平流造成的变冷效果,使得欧亚北部近地面气温在CAOW和CAON事件中的差异不明显。此外,在三类事件的前期,均有来自于西太平洋低纬度的波在欧亚大陆东北部辐合,波通量的辐合会进一步减弱该区域的纬向西风,继而为冷空气向南入侵创造有利条件。研究进一步分析了平流层极涡强度与欧亚大陆CAOs强度之间的年际关系,发现CMIP5模式集合相对于再分析资料倾向于低估他们两者之间的联系,两者之间的联系在未来是加强的。研究结果也表明欧亚大陆冷空气爆发的强度在过去（1958-2016年）和未来（2006-2060年）均是减弱的。3、论文进一步研究了ENSO以及QBO对北极平流层极涡与欧亚大陆CAOs之间年际关系的影响。相关分析结果表明北极平流层极涡与欧亚大陆CAOs的年际关系在El Ni?o年比在La Ni?a年强;此外,两者的年际关系在QBO东风位相下要比在QBO西风位相下强。当从El Ni?o和La Ni?a年中剔除强QBO东、西风位相年后,极涡与欧亚大陆CAOs之间的年际相关在El Ni?o年仍是加强的;相似地从QBO东、西风位相年中剔除强El Ni?o和La Ni?a年后,两者之间的年际相关在QBO东风位相下更显著。CMIP5模式集合平均结果与再分析资料结果基本一致。研究还发现平流层极涡与欧亚大陆CAOs的年际关系存在明显的年代际变化,且两者之间年际关系的年代际变化会受到ENSO和QBO的影响。1958-1976年间ENSO对北极平流层极涡的影响加强了平流层极涡与欧亚大陆CAOs之间的年际关系。而不同高度上的QBO信号对北极平流层极涡与欧亚大陆CAOs年际关系的影响存在差异,1958-1976年间50 hPa和30 hPa QBO对北极平流层极涡的影响均减弱了极涡与欧亚大陆CAOs之间的年际关系;1998-2016年间50 hPa QBO减弱了两者之间的年际关系,而30 hPa QBO则加强了两者之间的关系。4、论文最后利用ERA-Interim再分析资料研究了北极平流层极涡偏移的前兆信号以及不同位置和形变的极涡对对流层环流以及近地面气温的影响。研究表明北欧阻塞的增加以及白令海峡阻塞的减少有利于平流层极涡偏向欧亚大陆,相反的阻塞变化模态有利于平流层极涡偏向北美。北大西洋东部阻塞的增加以及白令海峡阻塞的减少有利于平流层极涡偏向北大西洋。这些异常的阻塞模态主要是通过影响进入到平流层的行星尺度1波和2波进而影响平流层极涡的位置。平流层极涡偏移事件被进一步分成大形变和小形变的极涡偏移事件,发现这两类事件前期,进入到低平流层的行星2波存在明显差异,这一差异与对流层阻塞模态的差异密切相关。论文进一步定义了对流层阻塞事件,这些阻塞事件分别具有与极涡偏向欧亚、北美和大西洋事件前期相同的阻塞模态,结果表明在这些阻塞事件发生后平流层极涡偏向欧亚（增加20.9%）、北美（增加9.4%）和北大西洋（增加4.3%）的概率是增加的。平流层极涡偏向欧亚、北美以及大西洋可以进一步导致这些区域对流层顶位势高度降低以及相应的地面冷异常。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 黄金龙
导师: 田文寿
关键词: 平流层极涡,平流层对流层动力耦合,行星尺度波动,对流层阻塞,对流层急流,冷空气爆发
来源: 兰州大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 气象学
单位: 兰州大学
分类号: P421.3
总页数: 145
文件大小: 31090K
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标签：平流层极涡论文; 平流层对流层动力耦合论文; 行星尺度波动论文; 对流层阻塞论文; 对流层急流论文; 冷空气爆发论文;