平流层北半球环状模异常信号下传及其对中国气候的影响
发布时间：2021-12-10 18:46
平流层北半球环状模（Northern Annular Mode,NAM）异常能够超前对流层异常十几天出现,并逐渐下传到对流层、影响近地面天气气候。深入理解影响平流层NAM异常信号下传的机理,对于提高对流层延伸期天气预报的准确率具有重要意义,本论文利用NCEP/NCAR、JRA-55再分析资料、哈德莱海温资料和我国地面站点观测资料分析了对流层环境、热带平流层准两年震荡（Quasi-Biennial Oscillation,QBO）和厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）对平流层NAM异常信号下传的影响,并诊断了平流层NAM异常信号下传对我国冬半年近地面气象要素的影响,得到以下主要结论:1、本文首先利用NCEP/NCAR再分析资料,根据平流层正、负位相NAM（简称正、负NAM）异常信号能否下传至对流层下层,将平流层NAM异常事件分为两类:下传事件（简称正、负TEs）与不下传事件（简称正、负NTEs）,分析了对流层环境对于平流层NAM异常信号下传的影响。结果表明:相比于负NTEs,负TEs期间异常上传进入平流层的波通量更强且更持久,导致平流层...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
负TEs（a-c）和负NTEs（d-f）期间500-hPa位势高度异常合成图
兰州大学博士学位论文平流层北半球环状模异常信号下传及其对中国气候的影响度异常分别贡献了52％和14%的Fz异常积分值（虚线），而Fn2异常的贡献仅为5％，远低于位势高度异常的贡献。换句话说，对流层波强度的变化对进入平流层的波通量的贡献大于对流层波传播环境。在负NTEs期间（图3.5c），对流层波强度也对进入平流层的行星波通量起主要作用，北太平洋和欧洲位势高度异常对Fz异常积分值的贡献分别为105％和41％，而Fn2异常的贡献为负值（-31％），这进一步支持上文的分析，即负NTEs期间对流层Fn2异常比负TEs期间更不利于对流层波的向上传播（图3.3）。图3.6负TEs（a-c）和负NTEs（d-f）期间对流层整层非绝热加热率[Q]异常合成图。从左向右3列分别为第一阶段（a，d）、第二阶段（b，e）和第三阶段（c，f）。打点区域代表异常通过了95%的显著性检验（双尾t检验）。负TEs和负NTEs之间对流层波源的差异主要与北太平洋和欧洲-大西洋地区的位势高度变化有关。接下来，本章将讨论二者之间行星波强度差异的原因。行星波很大程度上受到非绝热加热和地形等因素的影响（Chen和Robinson，1992；Cohen等，2007；Yu等，2009；Seo和Son，2012；Simpson等，2016；Yoo和Son，2016）。本章首先关注非绝热加热的差异，图3.6展示了负TEs（第一行）和负NTEs（第二行）期间对流层整层非绝热加热[Q]异常。负TEs期间第1阶段，在北太平洋中纬度地区出现正[Q]异常，北大西洋中高纬度存在负[Q]异常（图3.6a），分别对应北太平洋负位势高度异常和北大西洋正位势高度异常（图3.4a）。35
兰州大学博士学位论文平流层北半球环状模异常信号下传及其对中国气候的影响图3.9负TEs（a-c）和负NTEs（d-f）期间500-hPa阻塞频率异常。从左向右3列分别为第一阶段（a，d）、第二阶段（b，e）和第三阶段（c，f）。打点区域代表异常通过了95%的显著性检验（双尾t检验）。3.5正NAM异常期间对流层波传播环境和波强度如图3.1所示，平流层正NAM异常信号也存在下传的现象。因此，本章将简要分析正NAM异常信号的下传情况。与负NAM事件的过程相似，平流层正NAM的形成和下传也与对流层行星波传播环境和波强度有关。图3.10为正TEs和正NTEs期间对流层行星1波Fn2分布及二者的差异。两类正NAM异常期间Fn2分布与负NAM异常期间类似，这里不再赘述。二者差值的结果表明，在第1阶段，正TEs期间高纬度地区Fn2数值大于正NTEs期间；第2-3阶段，正TEs期间55°N附近区域Fn2数值大于正NTEs期间，较大的Fn2不利于行星波的上传。注意，在这三个阶段也存在正TEs期间Fn2小于正NTEs期间的区域，但这些区域的范围相对较小，两类正NAM事件期间，Fn2对行星波传播的相对贡献在下文中进一步诊断。39
【参考文献】：
期刊论文
[1]Different Impact of Central Pacific and Eastern Pacific El Nio on the Duration of Sudden Stratospheric Warming[J]. Yuanpu LI,Wenshou TIAN. Advances in Atmospheric Sciences. 2017(06)
[2]热带平流层CO浓度准两年振荡的位相变化特征[J]. 王春晓,田文寿. 大气科学. 2017(02)
[3]热带平流层准两年振荡对热带对流层顶和深对流活动的影响[J]. 刘玮,田文寿,舒建川,张健恺,胡定珠. 地球科学进展. 2015(06)
[4]平流层臭氧变化对对流层气候影响的研究进展[J]. 张健恺,刘玮,韩元元,王飞洋,谢飞,田红瑛. 干旱气象. 2014(05)
[5]平流层-对流层相互作用研究进展:等熵位涡理论的应用及青藏高原影响[J]. 任荣彩,吴国雄,CAI Ming,孙舒悦,刘新,李伟平. 气象学报. 2014(05)
[6]Effects of Meridional Sea Surface Temperature Changes on Stratospheric Temperature and Circulation[J]. HU Dingzhu,TIAN Wenshou,XIE Fei,SHU Jianchuan,Sandip DHOMSE. Advances in Atmospheric Sciences. 2014(04)
[7]平流层强、弱极涡事件的演变过程及其对我国冬季天气的影响[J]. 魏麟骁,陈权亮,程炳岩,刘晓冉. 大气科学. 2014(03)
[8]Distribution of the tropical Pacific surface zonal wind anomaly and its relation with two types of El Nio[J]. 汪洋,陈锦年,王宏娜. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2013(05)
[9]2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响[J]. 兰晓青,陈文. 大气科学. 2013(04)
[10]亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系[J]. 易明建,陈月娟,周任君,毕云,邓淑梅. 大气科学. 2013(03)
博士论文
[1]热带上对流层下平流层区域痕量成分的传输和时空变化特征研究[D]. 王春晓.兰州大学 2016
[2]北半球平流层极涡年际和季内变异及其对东亚冬季风的影响[D]. 魏科.中国科学院研究生院（大气物理研究所） 2007
本文编号：3533191
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
负TEs（a-c）和负NTEs（d-f）期间500-hPa位势高度异常合成图
兰州大学博士学位论文平流层北半球环状模异常信号下传及其对中国气候的影响度异常分别贡献了52％和14%的Fz异常积分值（虚线），而Fn2异常的贡献仅为5％，远低于位势高度异常的贡献。换句话说，对流层波强度的变化对进入平流层的波通量的贡献大于对流层波传播环境。在负NTEs期间（图3.5c），对流层波强度也对进入平流层的行星波通量起主要作用，北太平洋和欧洲位势高度异常对Fz异常积分值的贡献分别为105％和41％，而Fn2异常的贡献为负值（-31％），这进一步支持上文的分析，即负NTEs期间对流层Fn2异常比负TEs期间更不利于对流层波的向上传播（图3.3）。图3.6负TEs（a-c）和负NTEs（d-f）期间对流层整层非绝热加热率[Q]异常合成图。从左向右3列分别为第一阶段（a，d）、第二阶段（b，e）和第三阶段（c，f）。打点区域代表异常通过了95%的显著性检验（双尾t检验）。负TEs和负NTEs之间对流层波源的差异主要与北太平洋和欧洲-大西洋地区的位势高度变化有关。接下来，本章将讨论二者之间行星波强度差异的原因。行星波很大程度上受到非绝热加热和地形等因素的影响（Chen和Robinson，1992；Cohen等，2007；Yu等，2009；Seo和Son，2012；Simpson等，2016；Yoo和Son，2016）。本章首先关注非绝热加热的差异，图3.6展示了负TEs（第一行）和负NTEs（第二行）期间对流层整层非绝热加热[Q]异常。负TEs期间第1阶段，在北太平洋中纬度地区出现正[Q]异常，北大西洋中高纬度存在负[Q]异常（图3.6a），分别对应北太平洋负位势高度异常和北大西洋正位势高度异常（图3.4a）。35
兰州大学博士学位论文平流层北半球环状模异常信号下传及其对中国气候的影响图3.9负TEs（a-c）和负NTEs（d-f）期间500-hPa阻塞频率异常。从左向右3列分别为第一阶段（a，d）、第二阶段（b，e）和第三阶段（c，f）。打点区域代表异常通过了95%的显著性检验（双尾t检验）。3.5正NAM异常期间对流层波传播环境和波强度如图3.1所示，平流层正NAM异常信号也存在下传的现象。因此，本章将简要分析正NAM异常信号的下传情况。与负NAM事件的过程相似，平流层正NAM的形成和下传也与对流层行星波传播环境和波强度有关。图3.10为正TEs和正NTEs期间对流层行星1波Fn2分布及二者的差异。两类正NAM异常期间Fn2分布与负NAM异常期间类似，这里不再赘述。二者差值的结果表明，在第1阶段，正TEs期间高纬度地区Fn2数值大于正NTEs期间；第2-3阶段，正TEs期间55°N附近区域Fn2数值大于正NTEs期间，较大的Fn2不利于行星波的上传。注意，在这三个阶段也存在正TEs期间Fn2小于正NTEs期间的区域，但这些区域的范围相对较小，两类正NAM事件期间，Fn2对行星波传播的相对贡献在下文中进一步诊断。39
【参考文献】：
期刊论文
[1]Different Impact of Central Pacific and Eastern Pacific El Nio on the Duration of Sudden Stratospheric Warming[J]. Yuanpu LI,Wenshou TIAN. Advances in Atmospheric Sciences. 2017(06)
[2]热带平流层CO浓度准两年振荡的位相变化特征[J]. 王春晓,田文寿. 大气科学. 2017(02)
[3]热带平流层准两年振荡对热带对流层顶和深对流活动的影响[J]. 刘玮,田文寿,舒建川,张健恺,胡定珠. 地球科学进展. 2015(06)
[4]平流层臭氧变化对对流层气候影响的研究进展[J]. 张健恺,刘玮,韩元元,王飞洋,谢飞,田红瑛. 干旱气象. 2014(05)
[5]平流层-对流层相互作用研究进展:等熵位涡理论的应用及青藏高原影响[J]. 任荣彩,吴国雄,CAI Ming,孙舒悦,刘新,李伟平. 气象学报. 2014(05)
[6]Effects of Meridional Sea Surface Temperature Changes on Stratospheric Temperature and Circulation[J]. HU Dingzhu,TIAN Wenshou,XIE Fei,SHU Jianchuan,Sandip DHOMSE. Advances in Atmospheric Sciences. 2014(04)
[7]平流层强、弱极涡事件的演变过程及其对我国冬季天气的影响[J]. 魏麟骁,陈权亮,程炳岩,刘晓冉. 大气科学. 2014(03)
[8]Distribution of the tropical Pacific surface zonal wind anomaly and its relation with two types of El Nio[J]. 汪洋,陈锦年,王宏娜. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2013(05)
[9]2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响[J]. 兰晓青,陈文. 大气科学. 2013(04)
[10]亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系[J]. 易明建,陈月娟,周任君,毕云,邓淑梅. 大气科学. 2013(03)
博士论文
[1]热带上对流层下平流层区域痕量成分的传输和时空变化特征研究[D]. 王春晓.兰州大学 2016
[2]北半球平流层极涡年际和季内变异及其对东亚冬季风的影响[D]. 魏科.中国科学院研究生院（大气物理研究所） 2007
本文编号：3533191
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