世纪气象云

 找回密码
 注册

QQ登录

查看: 6413|回复: 6
收起左侧

[理论研究] 关于平流层爆发性增温的一些理解(来源于与师哥的信件交流)

[复制链接]
发表于 2009-3-24 10:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
平 流 层 爆 发 性 增 温 (Stratospeheric Sudden Warming, 缩 写 SSW),是 北 半 球 冬 季 平 流 层 经 常 出 现 的 一 种 大 尺 度 天 气 现 象,一 般 1 - 2 年 就 会 出 现 一 次,但 近 年 来 的 发 生 频 次 明 显 增 加,从 2002 年 至 今 几 乎 每 年 都 有 发 生,而 且 强 度 也 有 增 加 的 趋 势。

这 种 现 象 出 现 的 原 因,一 般 认 为 是 冬 季 由 于 海 陆 热 力 差 异,以 及 对 流 层 中 的 斜 压 波 动 的 发 展,导 致 对 流 层 中 的 波 动 十 分 活 跃 并 且 能 够 向 上 传 播,其 中 一 类 波 长 尺 度 达 到 上 千 公 里 的 波 动 在 适 宜 的 条 件 下 可 以 传 播 到 达 平 流 层,由 于 其 波 长 与 地 球 半 径 可 以 相 比 拟,因 此 又 称 为 行 星 波 动 (Planetary Wave) ; 根 据 行 星 波 传 播 的 动 力 理 论,这 类 波 动 在 弱 的 西 风 气 流 内 可 以 持 续 上 传,同 时 由 于 空 气 密 度 随 高 度 增 加 而 快 速 减 少行 星 波 振 幅 会 发 生 快 速 增 长 并 破 碎波 动 波 碎 后 的 能 量 可 以 造 成 平 流 层 西 风 减 速 甚 至 逆 转 成 为 东 风;原 本 强 大 而 又 寒 冷 的 平 流 层 极 涡 系 统 也 会 发 生 显 著 减 弱 和 位 移;与 此 同 时,来 自 中 低 纬 度 的 暖 空 气 进 入 了 极 地,造 成 极 地 平 流 层 在 几 天 时 间 内 温 度 增 加 数 十 度,这 便 形 成 了 SSW 现 象。

不 仅 如 此,由 于 东 风 气 流 的 出 现 阻 碍 行 星 波 继 续 上 传,因 此 波 动 的 能 量 只 能 停 留 的 更 低 的 高 度 上,并 造 成 那 里 的 西 风 与 极 涡 发 生 变 化,因 此 造 成 SSW 现 象 出 现 在 更 低 层 次。以 此 类 推,表 现 出 来 就 是 SSW 现 象 的 向 下 传 播

2008 - 2009 的 个 例 与 2003 - 2004 年 的 个 例 (2003.12-2004.1) 十 分 类 似,SSW 都 到 达 比 较 低 层。但 就 下 传 深 度 而 言,2008 - 2009 年 的 例 子 要 更 加 极 端。

关 于 2003 - 2004 年 SSW 中 高 层 快 速 冷 却 和 极 涡 恢 复 的 现 象,我 们 的 解 释 是:由 于 SSW 传 得 比 较 低,造 成 平 流 低 层 东 风 的 持 续,限 制 了 波 动 的 上 传,从 而 导 致 高 层 极 涡 在 无 扰 动 的 状 态 下 快 速 恢 复。2008 - 2009 年 SSW 信 号 传 到 300 hPa,这 个 解 释 同 样 适 用

另 外,今 年 的 情 况 更 加 极 端,应 该 是 研 究 平 流 层 - 对 流 层 相 互 作 用 的 好 案 例。

关 于 2008 - 2009 年 SSW 是 否 是 气 候 变 化 转 折 的 问 题,我 个 人 觉 得 很 难 说,至 少 不 是 一 个 时 间 尺 度 上 的 问 题。但 是 自 2002 年 以 来,南 北 半 球 平 流 层 SSW 的 出 现 概 率 和 强 度 的 增 加,值 得 进 一 步 关 注


以上内容来源与我和师兄的信件交流
欢迎大家指正

评分

2

查看全部评分

发表于 2009-3-24 13:04 | 显示全部楼层
首先从LZ的文章中可以大致看出,平流层温度的升高和对流层大气动力因素的使然相关性比较大,其原因LZ已经有所描述:对流层大气波动在一定条件下向上传递,其中一部分的波长比较长,可以直接振荡作用于平流层,使其温度发生变化。不过可能还有一点,就是存在于平流层当中的臭氧,可能也会对于平流层的温度产生一定的反馈效应,大家都知道,臭氧越多,吸收的紫外线也就越多,所以这个是平流层增温的一个方面。

具体动力过程请看下图:
SSW对于03.jpg
平流层-对流层.jpg
        因此,可以大致看出:SSW中行星波活动造成的经向输送以及极涡扰动可以显著影响平流层臭氧的分布;SSW中Brewer-Dobson环流的增强能够造成平流层低层臭氧垂直通量的增强,这种臭氧通量的下沉区主要位于东亚地区上空(可以解释平流层增温和我国2月份气温变化的关系);SSW年穿越热带外对流层顶的臭氧通量显著增强,这可能与SSW期间行星波活动造成的垂直环流和等熵输送过程有一定联系。

    对于LZ说的2003-2004年冬季发生了一次典型的SSW,其间平流层低层纬向东风的长期持续极大的限制了行星波的上传,导致跨对流层顶臭氧通量发生一定的减弱。这边补充一张当时的温度演变图:
02-03以及03-04.jpg

       至于是否还和电离层、中间层(热层)等因素有关,相关性是否有对流层以及臭氧这般大,这个还需继续努力探索。

    下面说一下我个人认为的动力机制,纯属原创,在这方面我才疏学浅,如有错误还请各位高人指出,谢谢。

    关键在于大气中导致平流层增温的动力源在对流层的高度(层面)位置。据LZ的描述和我对于大气学的一些经验来看,动力源最有可能出现在对流层的中上层区域,而不是在低空和近地面层。

       因为那边大气透明度刚好开始变好,对流层中主要大气环流(比如西风带)也是在这个层面显现。如果是这样的话,由于上层大气密度开始变小(热传递可以忽略不计),天气系统就少,大气密度直减率相对均匀一些(密度变化率比较小),阻碍物少,因此以动力传播为主,振荡幅度比较大,大气振动传播的波长会比较长;而对流层下层空气密度比较大,天气系统比较多,密度分布差异性明显,因此对于大气波动的传播阻碍物比较多。传播阻碍物比较多,因此在波动过程中衍射反射比较多,波长比较短(变相略微削弱了动力传播)。本质上,是气体在按一定规律压缩和扩张,然后压缩做功,扩展放热,下沉增温就是这个道理。然后再结合LZ的“东风气流”带来的影响,因此得到的结果是观测到平流层先增温,然后逐步振荡往下传递到对流层再增温,对于减温也是如此(动力机制占主导)。因为对流层中大部分观测的数据和我们人体感受到的信息都是集中在对流层底的缘故,这也是一个方面。

    但是动力源的形成,应该和低层近地面的天气系统以及地形地貌有着密不可分的关系,比如海陆分布导致的热力学差异,海气耦合等等。

关 于 2008 - 2009 年 SSW 是 否 是 气 候 变 化 转 折 的 问 题,我 个 人 觉 得 很 难 说,至 少 不 是 一 个 时 间 尺 度 上 的 问 题。但 是 自 2002 年 以 来,南 北 半 球 平 流 层 SSW 的 出 现 概 率 和 强 度 的 增 加,值 得 进 一 步 关 注

       这点很赞同,不是光看一个08-09年SSW就可以决定的,时间尺度需要放得更长一些。

PS:今年年初的平流层温度相关信息:http://www.21cma.net/thread-3124-1-1.html

评分

1

查看全部评分

发表于 2009-3-24 13:14 | 显示全部楼层
顺便把楼主的排版改了一下h:16
发表于 2009-3-24 13:45 | 显示全部楼层
首先,感谢大A和大A师兄的分析。另外,T管不负众望,在短短几个月时间内,利用其无线电专业和十多年观测经验的优势,一定深度地认识了对流层-平流层之间的动-热相关。

同时,对个人来说:个人气候预测中的“冬梅雪”,为何延后发生并且实况为冬季“夏梅雨”?冷暖双强的巅峰年状态是出现了,为什么在巅峰时间到达时却出现“物极必反”:冷源持续南下,冷暖持续对峙在菲律宾沃克上升支,西风巅峰阻塞出现时,却变成了极端SSW?本帖找到了失误的突破口。

至于“行星波振幅会发生快速增长并破碎,波动波碎后的能量可以造成平流层西风减速甚至逆转成为东风”,大A找时间再具体解释一下。

2008年雪灾时,也出现比较极端的SSW,就是偏离等级不及08/09年度隆冬,大A和感兴趣的网友,可以做进一步研究


本帖对气象爱好者的知识视野有里程碑性质的启发作用,加为精华3。
发表于 2009-3-24 22:29 | 显示全部楼层
好帖顶一下

评分

1

查看全部评分

发表于 2009-4-12 22:32 | 显示全部楼层
好分析,精辟,值得认真学习!
   这里,我更加关心SSW对于平流层以上的电离层部分的中期影响。
      希望版主、大侠们多多研究!
更多图片 小图 大图
组图打开中,请稍候......
发表于 2009-4-12 23:25 | 显示全部楼层
啊,我最近也有所留意“电离层部分的中期影响”,不过电离层不懂,资料也缺乏,VOG这图哪里来的?
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

手机版|Archiver|世纪气象云  | | | 关于我们

GMT+8, 2019-1-23 19:08 , Processed in 0.091304 second(s), 30 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表