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北半球冬季平流层对热带大西洋增暖响应的次季节特征
作者:饶建               发布时间:2019/5/17 10:35:02              浏览量:395

厄尔尼诺-南方涛动暖位相期间的海温增暖不仅仅出现在热带印度洋,而且热带大西洋也会受到“大气桥”的调控作用,海温较常态暖。这种海盆尺度的增暖会通过大气响应而干扰平流层的ENSO信号。为了分离出热带大西洋对平流层环流的影响,首先需要从观测中滤除这些主导信号,包括ENSO、准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)和太阳活动等。近日,我院青年教师饶建博士与大气所任荣彩研究员合作,借助于平流层性能较佳的CESM1-WACCM试验结果和观测数据分析了热带大西洋增暖对北半球冬季平流层的可能影响,并通过敏感试验揭示热带大西洋海温对平流层环流的可能调制作用。

观测、模式和敏感试验结果均表明(图1),热带外平流层对TAO热力强迫的响应在不同月份差别很大,即具备很强的次季节尺度特征。具体而言,在初冬的11和12月份,绕极西风明显偏弱,而平流层极冠区温度明显偏暖。而在隆冬至晚冬的1月到3月期间,绕极西风气流和极冠区温度响应的符号发生了一次逆转:极绕极西风气流增强,极冠区温度偏冷,这预示着平流层极涡偏强。到了春季,平流层响应符号再次发生反转,响应特征与初春非常相似,即极涡偏暖偏弱。平流层响应的次季节特征与对流层的环流变化密切相关(图2)。在初冬11和12月,在北大西洋存在一个南北走向的类似于跷跷板的响应,类似NAO负位相。隆冬响应主要表现为一个东传的Rossby波列,正的高度异常中心出现在东欧和西亚区域,其下游是符号相反的负高度异常。而到了春季,北美至格林兰区域都是较强的正高度异常响应。


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图1 绕极纬向风(左列上三行)和极冠区温度(右列)对大西洋增暖响应的季节演变,包括CESM耦合试验数据结果(第一行)、WACCM敏感试验结果(第二行)和ERA Interim 再分析资料结果(第三行)。图(g)为不同资料集合中ENSO指数(黑色)与热带大西洋区域平均海温异常的季节演变。注意:ENSO已经从气候系统中滤除,因此ENSO指数为0;滤除的信号还包括QBO和11年太阳活动。


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图2 热带大西洋异常偏暖年的早冬(左列)、晚冬(中列)和春季(右列),CESM耦合模式数据(上行)、WACCM敏感试验(中行)和ERA Interim再分析资料中200-hPa位势高度(黑色等值线)、200-hPa波动通量(水平分量:矢量;垂直分量:红-蓝色标)和热带大西洋降水(黄-绿色标)的响应情况。

 

文章已在《Climate Dynamics》期刊发表:Rao, J. & Ren, R., 2018: Varying stratospheric responses to tropical Atlantic SST forcing from early to late winter. Climate Dynamics 51(5–6): 2079-2096. https://doi.org/10.1007/s00382-017-3998-x