分会下午2-年会报告

南通市气象局南京信息工程大学顾沛澍冬季北太平洋风暴轴与东亚冬季风的关系第31届中国气象学会年会S3分会场报告2014年11月3日北京主要内容一：研究目的二：资料和方法三：冬季北太平洋风暴轴演变特征及其和东亚冬季风的相关关系四：东亚冬季风活动对北太平洋风暴轴的可能影响五：风暴轴区域瞬变强迫对东亚冬季风环流的可能影响六：小结一：研究目的北太平洋风暴轴（2.5~6d天气尺度瞬变波动）东亚冬季风（大尺度环流）

波流相互作用White(1982等)：两大风暴轴在春秋过渡季节的斜压波活动比冬季更强。Nakamura(1992)：北太平洋风暴轴“深冬抑制”现象。ZhangandHeld(1999)等：“深冬抑制”现象机制分析。Nakamura等(2002)：年代际尺度变率上北太平洋区域的风暴轴活动与东亚冬季风活动呈反相关关系。Yun-YoungLEE(2010)：东亚冬季风强时，急流窄且强，风暴轴活动减弱；朱伟军、孙照渤(2000)：冬季北太平洋风暴轴强度和位置年际变化的两个主要空间型分别与PNA型和WP型有密切联系。任雪娟、杨修群等(2007)：与风暴轴空间异常型相关的冬季大气平均流异常、表层海温异常的空间耦合型。任雪娟、张耀存(2007)：瞬变扰动异常通过大气内部动力过程对冬季西太平洋西风急流异起维持作用。任雪娟、杨修群等(2010)：天气尺度瞬变扰动异常信号东传入海后可通过瞬变和大尺度环流的动力和热力反馈过程影响北太平洋气候异常。主要解决问题：（1）东亚冬季风活动异常对北太平洋风暴轴的可能影响。（2）天气尺度瞬变活动对东亚冬季风系统可能的反馈作用。二：资料和方法资料：NCEP/NCAR逐日和逐月再分析资料，位势高度场、温度场、水平风场、垂直速度等，17层或12层，全球144*73个格点，水平分辨率2.5*2.5，1963年1月-2012年2月；国家气候中心整编的74项环流特征指数。方法：31点带通滤波，滑动平均，相关分析，合成分析，t检验等常规统计方法。冬季：当年12月份与来年1月份和2月份。三：冬季北太平洋风暴轴演变特征及其和东亚冬季风的相关关系北半球两支风暴轴主要集中位于中纬度太平洋和大西洋上空。太平洋风暴轴主体位于30°-60°N，120°E-120°W之间，中心强度约为27dagpm2；而大西洋风暴轴位于30°N-70°N，90°W-0°之间，中心强度约为39dagpm2，大西洋的风暴轴要明显强于太平洋。这与前人的研究结果一致。本文风暴轴的表示方法：500百帕位势高度滤波方差上图：1963-2011年冬季北半球风暴轴气候平均状况。等值线为500hPa位势高度滤波方差，阴影为滤波方差大于20dagpm2的区域3.1冬季北太平洋风暴轴的时间演变强度指数（INI）：取北太平洋及其周边区域（30°-60°N，120°E-120°W）冬季500hPa位势高度天气尺度滤波方差大于20dagpm2的所有格点滤波方差的平均值。（李莹和朱伟军，2010）

满足上述条件所有格点的平均经度和平均纬度作为冬季北太平洋风暴轴的经度指数(INX)和纬度指数(INY)。（李莹和朱伟军，2010）面积指数(IS)，即在(30～60°N，120°E～120°W)范围内500hPa滤波方差大于20dagpm2的所有网格点数。3.1冬季北太平洋风暴轴的时间演变强度指数（INI）经度指数(INX)纬度指数(INY)面积指数(IS)3.2东亚冬季风指数介绍高辉（2007）指出：I-Shi、I-Sun、I-Jhun这三种东亚冬季风指数均能很好的反映“强（弱）冬季风年，低层西伯利亚高压偏强（弱），阿留申低压偏深（浅），副热带北风气流偏强（弱），东亚副热带地区气温偏低（高），中层东亚大槽偏深（浅）及高层副热带西风急流偏强（弱）”的特征。BinWang指出I-Bin（SMI）与现已存在的绝大多数东亚冬季风指数所能表现的冬季风环流特征基本一致，而I-Bin（NMI）则与众指数不同，该指数主要反映东亚40°N以北由来自中西伯利亚的冷空气入侵所导致降温的地区的冬季风特征。双下划线:99%置信水平检验3.3冬季北太平洋风暴轴指数与东亚冬季风指数的相关关系风暴轴面积大、强度强时，海陆气压差减小、东亚大槽槽区位势高度偏高，相应的东亚冬季风减弱，并且同期冬季冷空气活动次数偏多；风暴轴主体位置的南北移向与东亚冬季风环流的异常也存在一定的关系。当风暴轴主体位置偏北时，东亚冬季风呈现出微微偏弱，同期冬季的冷空气活动次数偏少。风暴轴主体位置偏东时同期冬季的冷空气活动次数偏少。北太平洋风暴轴（2.5~6d天气尺度瞬变波动）东亚冬季风（大尺度环流）

波流相互作用主要解决问题：（1）东亚冬季风活动异常对北太平洋风暴轴的可能影响。（2）天气尺度瞬变活动对东亚冬季风系统可能的反馈作用。How?3.4东亚冬季风强、弱年北太平洋风暴轴活动特征根据施能定义冬季风指数，选取大于1.0的为冬季风强年：1967年、1973年、1976年、1980年、1983年、1985年、1995年共7年；小于-1.0的为冬季风弱年：1965年、1968年、1971年、1972年、1978年、1982年、1989年、1997年、2006年、2008年共10年。500hPa位势高度滤波方差300hPa扰动动能850hPa热量经向通量600hPa热量垂直通量300hPa西风动量经向通量冬季风强年减去弱年差值图（浅色和深色阴影分别代表通过95%和99%置信水平检验的区域）3.5东亚冬季风活动对北太平洋风暴轴影响的可能机制（斜压性）下图：500hPa位势高度滤波方差差值图（dagpm2）。（图中浅色阴影和深色阴影分布表示通过95%和99%置信水平检验的区域）上图：东亚冬季风强年减去弱年850hPa气温差值图（℃）中图：775hPa斜压指数差值图。**涡动增长率(Eady’sgrowthrate)3.5东亚冬季风活动对北太平洋风暴轴影响的可能机制（能量诊断）ke1ke2ke3ke4ke5涡动运动动能方程C（Ae,Ke）C（Ke,Km）3.5东亚冬季风活动对北太平洋风暴轴影响的可能机制（能量诊断）Ae5涡动有效位能方程Ke4、Ke5、Ae5为与涡动动能(Ke)和涡动有效位能(Ae)有关的主要能量转换项.(为正说明产生涡动动能，为负说明消耗涡动动能)C（Am,Ae）300hPaKe5（正转）500hPaAe5（斜转）500hPaKe4（斜转）冬季风强年减去弱年差值图红色为正差值，绿色为负差值3.5东亚冬季风活动对北太平洋风暴轴影响的可能机制（能量诊断）在冬季风弱年，正压能量转换项和斜压能量转换值均大于冬季风强年，且斜压能量转换项强、弱年的差值明显大于正压能量转换项强、弱年的差值，即冬季风活动弱年，ke多生成，也多消耗，但是其多生成的量远大于多消耗的量。从能量转换的角度来看，在东亚冬季风活动弱年，ke多生成，也多消耗，但是其多生成的量远大于多消耗的量.这样积累下来，在东亚冬季风活动弱年的ke就大于东亚冬季风强年的ke。KeAmAeKmke4Ae5ke5局地扰动动能局地扰动有效位能平均有效位能平均扰动动能北太平洋风暴轴（2.5~6d天气尺度瞬变波动）东亚冬季风（大尺度环流）

波流相互作用主要解决问题：（1）东亚冬季风活动异常对北太平洋风暴轴的可能影响。（2）天气尺度瞬变活动对东亚冬季风系统可能的反馈作用。How?4.1风暴轴强、弱年东亚冬季风活动特征我们将冬季北太平洋风暴轴强度指数做标准化序列，选取大于1.0的1965年、1972年、1986年、1988年、1989年、1991年、1993年、2002年共8年作为风暴轴活动强年；选取小于-1.0的1973年、1974年、1977年、1983年、1994年、2009年共6年作为风暴轴活动弱年。风暴轴强弱年海平面气压场差值图4.1风暴轴强、弱年东亚冬季风活动特征风暴轴强、弱年850hPa温度差值图风暴轴强、弱年850hPa经向风场差值图4.1风暴轴强、弱年东亚冬季风活动特征风暴轴强、弱年500hPa位势高度场差值图风暴轴强、弱年200hPa纬向风场差值图1963-2011年冬季瞬变动力强迫造成的平均位势倾向气候平均空间分布型(单位:gpm/day)(a)(b)(c)1212300hPa500hPa1000hPa4.2瞬变动力强迫对东亚冬季风的可能影响瞬变动力强迫用时间平均位势倾向项来表示上图：风暴轴强年200hPa纬向风场距平图（单位：m/s）；下图：300hPa风暴轴强年减去弱年E矢量散度差值图。（图中浅色阴影和深色阴影分别代表通过95%和99%置信水平检验的区域）-+的辐散对纬向西风气流有加速作用，而辐合则起减速作用（Hoskins等，1983）。风暴轴强年，西风急流处，E矢量辐合，对纬向西风气流有减速的作用，使得西风减弱。40°-60°N存在一条E矢量辐散，使得西风加速，对应着温带急流增强。

上图：风暴轴强年500hPa位势高度场距平图（单位：gpm）；下图：风暴轴强年500hPa时间平均位势倾向项距平图（单位：gpm/day）上图：风暴轴强年，在东亚地区20°-50°N纬带上为位势高度正距平，东亚大槽槽区位势高度偏高，大槽偏浅；下图：风暴轴强年，20°-40°N,120°-180°E区域为时间平均位势倾向正距平，此区域的瞬变动力强迫作用有助于东亚大槽槽区位势高度升高，有助于大槽变浅；而在40°以北为负距平，使得槽区北侧一小部分区域以及更高纬度地区位势高度降低。上图：风暴轴强年1000hPa位势高度场距平图（单位：gpm）；下图：风暴轴强年1000hPa时间平均位势倾向项距平图（单位：gpm/day）上图：风暴轴强年，阿留申低压南部广袤的太平洋海域位势高度为正距平，大陆上西伯利亚高压为负距平，阿留申低压偏浅且北移，西伯利亚减弱；下图：风暴轴强年，50°-60°N,170°E-170°W区域为时间平均位势倾向正距平，此区域瞬变动力强迫的作用有助于阿留申地区位势高度升高，有助于阿留申低压变浅；但瞬变动力强迫对西伯利亚高压没有显著的作用。1963-2011年冬季瞬变热力强迫造成的平均温度倾向气候平均空间分布型(单位:k/day)(a)(b)(c)124.3瞬变热力强迫对东亚冬季风的可能影响瞬变热力强迫用时间平均温度倾向项来表示200hPa500hPa850hPaIr801与850hPa温度场相关系数空间分布图Ir802与850hPa温度场相关系数空间分布图Ir803与850hPa温度场相关系数空间分布图40°N以南地区瞬变热力强迫与东亚温度相关范围最大，关系最显著。上图：风暴轴强年850hPa温度场距平图（单位：℃）；下图：风暴轴强年850hPa时间平均温度倾向项距平图（单位：K/day）上图：风暴轴强年东亚55°N以南的海洋和陆地偏暖，在高纬地区偏冷；下图：风暴轴强年，海洋上为南负北正偶极子的热力强迫距平形态，40°N以南海洋上的热力强迫负距平有助于海洋的降温，而在陆地上并没有影响，这样会使得东西向的海陆热力差异减小，从而使得冬季风环流减弱。同时，在40°N以北的海洋上还有一块热力强迫正距平，会有助于海洋的增温，但是海洋南部(120°E-150°W，20°-40°N)区域的瞬变热力强迫强度对东亚地区气温的影响比北部要显著，且范围要大。-六、结论（1）冬季北太平风暴轴强度指数有明显的年际变化和年代际变化。与上世纪80年代后期风暴轴活动显著增强相比，近10年来风暴轴活动又进入较气候水平偏低的阶段。在年际变率上，风暴轴的经向和纬向变化具有准协同一致性，风暴轴以西北—东南向为轴线进行东北、西南两侧的振荡。（2）风暴轴强度指数和面积指数与东亚冬季风强度为显著负相关关系。当风暴轴面积大、强度强时，海陆气压差减小、东亚大槽槽区位势高度偏高，东亚冬季风减弱，并且同期冬季影响我国的冷空气活动次数偏多。（3）当东亚冬季风异常强时，对流层低层45°N以南的东亚大陆以及西太平洋气温普遍偏低1℃到3℃，而45°N以北的