湿等熵大气质量环流对冬季中高纬度地面温度的影响

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在全球变暖背景下,北极增温剧烈,北极增暖往往与中纬度大陆冬季的低温寒潮事件有密切联系,但中高纬度反位相的地面温度异常变化并不总是同时发生,有必要深入研究其中的物理过程和机制。本文利用欧洲中心的ERA5再分析资料,基于湿等熵大气经向质量环流理论,提出了在逐日时间尺度上大气质量环流干、湿分量的分离方案,揭示了大气质量环流干、湿分量与中高纬度地面温度异常的联系,主要结论如下:WB_M和WB_D分别用于表征50°N-70°N平均的湿等熵大气经向质量环流向极暖支湿、干分量的强度。其中WB_M对极区地面异常增温有较好的超前指示作用,主要通过向极绝热输送更多的暖湿空气,使得极区水汽和云辐射效应改变,从而间接促进了极区地面增温;而WB_D对中纬度地面异常低温事件有较好的超前指示作用,涉及的物理过程有:由波动驱动的向极暖干空气传输与极区低层冷空气向南传输的耦合加强,WB_D作用下极区增温不显著,且伴随北极涛动负位相,使得向南传输的冷空气强度更大、低温范围更广。湿等熵大气质量环流向极暖支的干、湿分量与中纬度大陆地面温度异常主导模态的关系也有显著差异。其中干分量指数(WB_D70°N-75°N)与欧亚大陆地面温度异常的主导模态(巴伦支海-欧亚北部振荡型)更为相关,而湿分量指数(WB_M60°N)与北美大陆地面温度异常的主导模态(白令海-北美振荡型)关系更紧密。向极暖支的干、湿分量通过影响冷暖空气的输送路径进一步对中高纬度200 h Pa高空急流、500 h Pa位势高度槽脊及地面天气系统进行调控,从而影响地面温度异常的空间分布。
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