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[理论研究] 欧亚冬季气温时空变化特征初探

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发表于 2012-12-17 16:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
看见老将大作《西伯利亚与我国南方气温》,贫道也赶来凑个热闹。鉴于本人的极端低幼化水平和萎靡的状态,就只好用一些老掉牙的套路来分析了,欢迎大家的板砖。
     采用1949-2011共计63个冬季的NCEP/NCAR再分析温度场和高度场资料(2011代表2010/2011,下同),运用EOF方法对冬季欧亚气温进行分类,得到冬季气温空间分布的两类四型,并运用合成分析方法对每一型对应的环流进行分析,从而得到其可能的物理机制。
     首先看EOF分解的前两个模态及其对应的时间序列,如下图所示:
     这两个模态代表了欧亚地区冬季气温变化的两大类特征:第一类表现为欧亚大陆中高纬地区(欧洲-西伯利亚-东北)气温得一致偏冷或偏暖变化;第二类则表现为新地岛气和我国及中亚地区气温得反相关关系。根据这两大类特征,我们把欧亚地区冬季气温的变化分为四个型:分别是西伯利亚冷型(A+);西伯利亚暖型(A-);新地岛暖中国冷型(B+);新地岛冷中国暖型(B-)。
     有各个模态对应的时间序列挑选出这四型对应的典型年份(综合考虑了年代际变化情况筛选):A+:1969,1977,1979,2010;A-:1983,1989,1995,2007;B+:1984,2005,2006,2008;B-:1963,1979,1987,1997。
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 楼主| 发表于 2012-12-17 17:05 | 显示全部楼层
下面对各型对应的气温距平和高度距平进行分析:
       首先看A类的两型对应的温度距平和环流距平,不难发现,其对应的环流特征是北极涛动型,而AO是北半球热带外大气最活跃的环流型,这就不难解释为何温度距平的EOF第一模态有如此之大的方差贡献。对于A+型,对应AO负位相,极地高度场为大范围正距平,中心在格陵兰岛,中纬度有两个负距平中心,一个在东北大西洋,另外一个在贝加尔湖。这和典型的AO负位相是有点差别的,极涡四分五裂,但其中一部分分流贝加尔湖,因此造成了西伯利亚的极寒。有意思的是,这四年中有三年是典型的厄尔尼诺年。
      A-型的温度和环流距平形式基本相反,不再赘述。
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 楼主| 发表于 2012-12-17 19:18 | 显示全部楼层
下面分析B类两型:
      B+和B-在温度上反映了新地岛附近的极地和从中亚到我国的中纬区域温度的反相关。在环流上则体现出一种称作“欧亚涛动”的结构,即新地岛,乌山到北欧一带的位势高度和巴湖到中亚的位势高度相反。当乌山到新地岛有阻塞高压频繁建立,西风气流南北分支,南支绕流则中亚到巴湖,对应冬季低涡和横槽活跃,易引导西路冷空气入境且使南至西风活跃,另一支气流沿阻高东部偏北气流南下,对应的超极地路径冷空气,西风分支造成多路冷空气外加南支槽,所以B+对应年份我国南方易呈现湿冷特征,2008年就是一个典型。
     B-对应的环流相反,新地岛到乌山为异常低槽活动,中高纬盛行纬向气流,冷空气堆积在极地不能南下,从而造成了对应的温度距平格局。
     有意思的是,过去30年,尤其是2005年以来,B+型环流越来越活跃,也就是说500百帕上乌山至新地岛一带高压趋于活跃,这与北极海冰近年来减少的趋势是一致的,从上下层配置来看,低层新地岛附近的极地是气压负距平,说明该地区的环流异常具有“相当斜压结构”,很有可能是热力强迫而非动力强迫造成的,也就是减少的北极海冰强迫出来的(推测),已有的研究表明“秋季海冰密集度减小会造成冬季西伯利亚高压增强”,道理和这是类似的。
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 楼主| 发表于 2012-12-17 19:27 | 显示全部楼层
至于教练提到的“夹心型”分布在这里没有分析出来,主要原因是时间尺度不同。夹心型分布体现的是大气低频振荡自西北向东南传播。
     此外,在海冰异常偏少的背景下,要格外小心B+型的出现,新地岛的高压和其南侧的低压是偶极子伴生的,偶极子一旦建立,可不是啥好现象。
发表于 2012-12-17 23:59 | 显示全部楼层
想不到一个小小的提议,居然让天师分析出B+,我不知在气象界这文章是否算突破(我所掌握的科研动态这文章是突破),但在世纪气象,这文章毫无疑问,标准精华3。
  
不知是天意还是巧合,天师这文章,刚好缅怀 陶诗言先生仙逝
  
我来简介下“马天师”这位大家或许不熟悉的版主:

在2011年世纪气象闭关之前,马天师通过在世纪气象采集“黑子与气候”一系列信息进行专业冶炼,顺利考研并跟了名师;

而马天师启发性的教给我和其他气象爱好者关于再分析的许多应用方法,在世纪气象各位老鸟再次出关时,有点气象基础的爱好者,应该都会惊讶的发现世纪气象闭关期间,气象爱好者科学分析手段已经另一档次,就是源于马天师的贡献。(当然,水军更水军,这个叫做因果循环)

而马天师在世纪气象闭关期间,对黑子与气候等相关研究结果,已经与今年最新出炉的国际最新研究成果并驾齐驱,少的只是科研基金支持而已。

所以,官方、专业、业余,是可以良性互动的,这就是摆在面前的例子。
发表于 2012-12-18 00:56 | 显示全部楼层
大家瞧瞧{:soso_e120:}
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 楼主| 发表于 2012-12-18 16:21 | 显示全部楼层
6# 将臣


老将真说得言过其实了,这些都是气象分析的基础方法,得到的结论也未经过模式验证,意义未必大,仅供“探索”,还称不上“研究”
发表于 2012-12-18 20:17 | 显示全部楼层
7# 马天师升级版
天师真的闷骚谦虚了,我是说“居然让天师分析出B+”,你那黑子与气候的相关论文才是“研究结果”。

天师抓僵尸王,功力还不够{:soso_e144:}
  
不过,业余爱好者从天师的谦虚中可见科学的严谨性与业余的局限性,以及国内一堆论文需要谨慎参考。
发表于 2012-12-19 08:58 | 显示全部楼层
前段时间一直比较忙,没有仔细看。天师这巨著好啊,足够精华3。

从上下层配置来看,低层新地岛附近的极地是气压负距平,说明该地区的环流异常具有“相当斜压结构”,很有可能是热力强迫而非动力强迫造成的,也就是减少的北极海冰强迫出来的(推测),已有的研究表明“秋季海冰密集度减小会造成冬季西伯利亚高压增强”


相当的斜压结构,按照天师的意思,应该是局限于较低的一个层面中,或者说是近地面层面。对于低层的大气动力,一般是热力为主。而500hPa层面是暖高,500hPa一般是动力结果,高空輻合、下沉、低空辐散(高空和低空仅参照500hPa而言),潜热释放。所以对于近地面,虽然是热力外源强迫,但也应该是相对的暖区。从大气动力学这点分析出的结果和天师是一致的。

这边还可以得出一个值得探讨的“准结果”,极地海冰减少只是一个表面现象。因为大气是混沌统一的,存在内在联系,即蝴蝶效应。海冰在这一地区减少了,势必在另外的地区以其他形式表现出来,即是冷堆侵入西伯利亚或远东地区,AO负值,强冷空气不断影响东亚地区,使得该区域气温持续偏低;而阻塞频繁进入高纬度地区甚至深入极地导致两边阻塞打通,从导致环流偶极子的形成,这就对应了“该冷的地方不冷,不该冷的地方冰冻灾害”的现象。

这边举一个例子,美国佛罗里达州应该原本是很温暖的地区,首府塔拉哈西最低气温每年0下的天数气候值只有15天左右,-5度以下一般是3年遇到一次,不过这几年高达40-50天,并且极端最低都要接近-10度;连位于佛罗里达半岛中南部奥兰多都有2-3天出现冰冻的情况。

所以不仅仅是欧亚存在这种情况,北美同样也是如此。

这边在深入分析一下,有暖高的地区基本上和大海的位置对应,毕竟海水比热很大,冬半年海水作为暖区,海气耦合,这样更加剧了阻塞形成和原地少动,经向环流就更强了,甚至有可能形成变形场,所以最近几年冬半年形势都很严峻。

记得前几天有人问我暖高为什么会频繁跑到极地,看这帖差不多可以得到答案了。

PS:给楼主编辑了首楼加了几个关键字,更容易被搜索到。
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发表于 2012-12-19 09:59 | 显示全部楼层
我找了好久没找到SOI的图,托Murilo的福,终于找到了,非常感谢。

补上一个SOI的图,大家可以看看是否存在和B+、B-的关系。

PS:把老将的SSTA一起贴过来看看,也许更容易发现一些东西。
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