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[理论研究] 关于平流层异常与对流层耦合机制的探究-2

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发表于 2009-9-30 22:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
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


最近突然想起了今年2月份全国异常偏暖和大气平流层异常的联系,而且这层关系当时已经得到了一种比较科学的解释,见关于平流层爆发性增温的一些理解。那么平流层对于对流层的气候异常是否和有进一步的影响机制呢?

我们一般会想到,既然平流层的异常可以使得对流层变暖,那么按照科学辩证法来说,如果亦可以使得对流层变冷的话,那么有了这正反两种情况作为理论基础,对于平流层和对流层之间相互影响的耦合机制这种理论就可以更进一步了。而在对流层偏冷的实例之中,刚刚过去的2008年1月-2月我国罕见冰雪灾害是一个绝佳的例子,那么那段时间里平流层有没有什么异常的举动呢?

我们先给出2008年1月北半球平流层10hPa位势图(如下图)

2008年1月北半球10hPa位势图.gif

北半球2008年1月10hPa位势高度.jpg

注明一下:图2中的左边是北半球10hPa位势线的气候值分布,中间是2008年1月10hPa位势线分布,而右边则是2008年1月10hPa位势线距平分布,其数据单位为位势米,以下略。

从中可以看到,2008年1月的平流层极涡和常年值相比呈狭长的椭圆型分布,经向更为强烈,向亚洲中低纬度地区伸展尤为明显。因此从图c中我们可以发现,西伯利亚-远东地区上空位势高度为明显负距平,一般负距平程度都在-300以上。
 楼主| 发表于 2009-9-30 22:15 | 显示全部楼层
接下来再看一下我们所熟悉的对流层500hPa位势高度(如下图)

08年1月1-25日北半球500hPa位势图.gif

北半球2008年1月500hPa位势高度.jpg

注意:图2左边是2008年1月500hPa位势图,右边是其距平图

可以看到,极涡偏心,鄂海切断,里海-咸海槽,副高偏强偏北。因此就如图b所显示,高纬度地区位势线乌山一带偏高,鄂海附近偏低(冷涡强);而我国江淮-江南-华南至日本一带位势线偏高(副高强),中亚一带偏低(里海涡所致)。因此这种形势下有利于北方冷空气持续南下影响我国中低纬度地区以及西南气流将孟湾暖湿水汽向东北输送到我国南方大部分地区,从而形成冷暖强烈对峙的局面,由于低层冷空气不断渗透,因此为大雪提供了极好的条件。

显然通过以上的例子我们可以看到,平流层和对流层貌似是存在一定的正反馈效应,那么这个到底是巧合还是必然呢?平流层和对流层是否也存在上下游效应关系呢?

下面我们来看一张位势距平随时间和高度的变化图(如下图)

位势随时间和高度变化图.jpg

其中左图反映的是60-90N高纬度区域,我们可以发现,07年12月中旬高纬度平流层10hPa的位置开始出现负距平并逐步向下振荡传递,2008年1月初的时候已经传递到50hPa附近,随后继续向下传播并进入对流层,直到1月下旬传递到500hPa以下的对流层中低层面。

而右图是30-60N中纬度区域,我们同样可以看到中纬度平流层和对流层存在振荡传播效应,并且和高纬度地区不同的是,中纬度存在多个振荡周期(振荡时间短,变化大),这点体现了中纬度地区大气受到下垫面、海陆位置等影响明显而出现了波动剧烈和频繁的情况(比如槽脊变化明显)

因此,从以上数据中我们初步分析出以下结论:

第一,2008年1月份平流层极涡偏强并向东亚伸展;

第二,平流层异常会逐步向对流层振荡传递,时间周期为3-4候;

第三,平流层异常正反馈于对流层天气系统(暖-暖,冷-冷)。


这恰好也和今年年初平流层爆发增温和2月我国异常偏暖的现象存在同一的关系,也基本印证了存在平流层-对流层耦合机制。
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 楼主| 发表于 2009-10-15 13:26 | 显示全部楼层
近来南半球平流层爆发性增温又给我们提供了一个很好的实例,在能量向下的传递中是否会对南半球天气产生影响,我们拭目以待:QQ/02

不过有一点我们注意到,在过去的1个多月里,南半球已经出现了诡异的气温变化,比如应该还在初春时节的悉尼,最高气温好几天都达到30度以上,偏暖期有接近一个月的时间,其中10月1日最高达到34度,宛如盛夏。。。

悉尼气温.jpg

因此可以看出在这次平流层的增温之前,地面气温先于1个多月开始异常增高,这点和2007年12月-2008年1月以及2009年1-2月那2次平流层温度的异常波动不同,那两次都是平流层先异常,随后向下传递影响到对流层从而使得对流层出现较大幅度气温的波动。

故在这边提出一个疑问,这次平流层增温是作用力还是反作用力呢?是对流层异常率先影响到平流层还是原本平流层就会发生异常呢?

现在可以知道的事实是:平流层臭氧浓度为近年来最大,这个有利于热量吸收和升温;另外,悉尼这次温度增高的同时湿度非常小,由于澳洲东南部是有一条南北走向的分水岭山脉,海拔多在500-1500米,并呈现南高北低的地形,因此这有山脚焚风效应的嫌疑。大家还记得今年1月份悉尼的41度和墨尔本44度高温吧。。。

悉尼一年气温.jpg    墨尔本一年气温.jpg

相关内容:南半球平流层极端爆发
发表于 2009-10-16 18:21 | 显示全部楼层
这次南极平流层爆发的同时,赤道平流层还跟赤道辐合带产生明显的关联
 楼主| 发表于 2009-11-22 14:05 | 显示全部楼层
近来南半球平流层爆发性增温又给我们提供了一个很好的实例,在能量向下的传递中是否会对南半球天气产生影响,我们拭目以待


继续关注和检验平流层异常对于对流层的影响:
南半球澳洲继续大踏步正距平,部分城市最高气温屡次接近或刷新历史同期记录,其中悉尼11月头上就出现了38度以上的高温:y14

因此可以初步印证了如下结论:

平流层异常会逐步向对流层振荡传递,时间周期为3-4候;

平流层异常正反馈于对流层天气系统(暖-暖,冷-冷)。


悉尼气温.jpg    悉尼气温2.jpg    墨尔本气温.jpg    澳洲中部城市.jpg

给一副最新平流层臭氧浓度图,单位为PPM。

最后附上Q群中对于平流层-对流层的讨论:

lj623  13:37:27
澳洲暖疯了

Tom  13:37:52
嗯 我觉得和平流层也有关系的

Tom  13:54:04
臭氧浓度大  应该有利于平流层增温  但是这样一来和平流层-对流层正反馈效应有了矛盾
解决矛盾的根本应该是位势吧  也就是臭氧浓度大  未必位势高?

将臣  13:56:17
平流层膨胀,对流层应该低,但是那监测是30HPA的,不直接代表高度

Tom  13:56:55
补充一句  对流层低  应该是归咎为动力作用

将臣  13:57:09
动热都有吧

Tom  13:57:40
个人觉得主要是动力  深厚大尺度天气系统往往偏向动力比较多

将臣  13:58:07
但是没热就没动

Tom 13:58:15
嗯  这个当然

Tom 13:58:42
比如没有赤道輻合带 哪儿来哈德莱环流呢

将臣 14:00:37
这问题还是太复杂,先就这两年观测结果来说,平流层爆发后,对应对流层顶极涡被固定,从而对流层中层阻塞

将臣 14:01:12
但是极涡固定未必是雪,可以是个半死不活被固定的浅大涡
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