科研研究

JGR-A&IJC: 平流层准两年振荡对北极涛动和北大西洋涛动时空特征的影响

发布时间:2022-07-07 来源:无 101

平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation,QBO)是热带平流层年际变化的主导模态,它可以显著地影响平流层和对流层的大气环流。目前与QBO有关的平流层-对流层相互作用是世界气候研究计划(WCRP)核心子计划“平流层-对流层过程及其在气候中的作用(SPARC)”的研究热点。

  以往研究指出QBO可以显著的影响北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的位相变化,然而AO和NAO的其他时空特性比如空间结构、持续性等与QBO的联系还需要继续深入研究。近日,中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心陈文研究员团队利用观测数据和CMIP6模式资料分析了QBO对AO和NAO上述特征的影响。

  QBO可以通过影响平流层极地涡旋的强度来调制AO的空间结构,冬季AO的北太平洋中心在QBO西风位相(WQBO)时明显存在,然而在QBO东风位相(EQBO)时,AO的北太平洋中心几乎消失。WQBO时平流层极地涡旋较强,导致行星波在垂直方向上的折射增强,波动能量更容易从北太平洋中高纬地区传播到北大西洋上空。因此,北太平洋和北大西洋上空的大气环流联系变得更加紧密,这显著增加了AO的北太平洋中心强度。与之相反,EQBO时的平流层极地涡旋较弱,大尺度行星波更容易向上传播,而向下的垂直折射变弱,这使得两个大洋上空的大气环流间的联系变弱,AO的北太平洋中心强度显著减弱,甚至消失(图1)。

  QBO可以明显改变NAO在北半球前冬至后冬的持续性特征:EQBO比WQBO更有利于NAO环流异常从前冬持续至后冬。在EQBO冬季平流层-对流层动力耦合程度较强,显著增强了NAO的振幅。同时,对流层大气高频瞬变波的反馈作用也有助于增强NAO的振幅。因此,在EQBO冬季,较强振幅的NAO可以将其信号储存在海洋中,随后海洋又将该信号缓慢释放到大气中,使得NAO有较好的持续性。与之相反,在WQBO年份,平流层-对流层动力耦合较弱,导致NAO的振幅较弱,较弱的NAO不易产生较强的海温异常,使得NAO的持续性差,即不利于其维持至次年1月(图2)。

  以上研究成果近期接受发表于Journal Geophysical Research - Atmosphere和International Journal of Climatology.

图1. 平流层准两年振荡对北极涛动空间结构的影响。冬季(12-1-2月份)标准化AO指数回归的SLP异常场(a)。(b, c)与(a)相同,但分别为WQBO冬季和EQBO冬季的情况。

图2. 平流层准两年振荡对北大西洋涛动持续性的影响。前冬标准化NAO指数回归的(a)前冬(11-12月份)和(b)接下来1月份SLP异常场。(c,d)和(e,f)与(a,b)相同,但分别为WQBO冬季和EQBO冬季的情况。

  文章信息:

  Cai, Q., Chen, W., Chen, S., Ma, T., & Garfinkel, C. I. (2022). Influence of the Quasi-Biennial Oscillation on the spatial structure of the wintertime Arctic oscillation. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD035564. https://doi.org/10.1029/2021JD035564

  Cai, Q., Ma, T., Chen, W., Wei, K., Pogoreltsev, A.I. and Koval, A.V. (2022). The observed connection between the Quasi-Biennial Oscillation and the persistence of the North Atlantic Oscillation in boreal winter. International Journal of Climatology, Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1002/joc.7769


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