流層阻塞高壓活動對平流層爆發(fā)性增溫的影響

n流層的爆發(fā)性增溫（ssw）是北半球冬季平流層中最突出的天氣現(xiàn)象。在1877年，matsin提出了ssw的動態(tài)機制，認為隨著流層中星波活動的加強，平流層極夜流的減速、極軸的擾動和溫度的增加。之后，從觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬的角度深化了ssw的動態(tài)形成機制。平流層的爆發(fā)性增加是復(fù)雜的平流層與流層之間的氣耦合動力學(xué)的過程[4.6]。另一方面，在冬季對流層中也存在典型的大周期周期擾動過程，即堵塞高壓組。其形成和發(fā)展導(dǎo)致氣流的強烈擾動，對氣候和氣候有重要影響。ww等人假設(shè)，在1987年之前，由于長度大、強度低、幾乎共存，這可能會對平流層的爆發(fā)性增加做出一定的貢獻。但是平流層爆發(fā)性增溫和對流層阻塞高壓之間到底有著怎樣的聯(lián)系仍然存在著爭議.傳統(tǒng)觀點認為當(dāng)對流層出現(xiàn)阻塞活動時有利于行星波的形成和向上傳播,從而引起平流層的瞬間增溫,因此阻塞高壓是SSW形成的重要誘因,大量的個例分析研究也證明了這點:Julian和Labitzke分析了發(fā)生在1963年1月的一次爆發(fā)性增溫事件,發(fā)現(xiàn)增溫爆發(fā)前的5~10d對流層的中高緯地區(qū)有明顯的阻塞高壓活動;Quiroz比較了發(fā)生在1981~1985年間的爆發(fā)性增溫事件,指出阻塞活動平均領(lǐng)先增溫過程3.5d;Mukougawa等人使用數(shù)值天氣預(yù)報結(jié)果和觀測數(shù)據(jù)討論了2001年12月SSW事件中緯向平均風(fēng)廓線和大西洋區(qū)域阻塞活動的關(guān)系,指出緯向風(fēng)和阻塞之間的相互作用激發(fā)了行星波向上、向極地的傳播,從而引起了平流層極區(qū)溫度的增加.而另一方面,還有一部分研究認為阻塞活動出現(xiàn)在平流層爆發(fā)性增溫之后.Kodera和Chiba以及Mukougawa和Hirooka分別分析指出發(fā)生在1985年1月和1998年12月的SSW事件中有阻塞形勢在增溫后形成;Thompson和Wallace認為爆發(fā)性增溫之后出現(xiàn)的阻塞高壓有可能和北極濤動(AO)有關(guān),因為平流層增溫過后AO容易出現(xiàn)負位相,在負AO位相時阻塞高壓形成的幾率較大.有關(guān)阻塞高壓和SSW事件之間的關(guān)系存在著上述兩種幾乎相反的觀點,原因可能有這樣兩點:首先以上的這些研究結(jié)果主要是基于個例分析,而SSW和阻塞高壓本身具有一定的不確定性,單純的個例分析很難得到具有代表意義的結(jié)果,因而有必要通過大量SSW個例的合成分析研究阻塞高壓在SSW時期上下層相互影響中的作用;其次目前有關(guān)阻塞高壓的定義尚存在差異,以上的研究在定義阻塞活動時可能采用了不同的標(biāo)準,導(dǎo)致了結(jié)果的不同.此外,我們認為將天氣系統(tǒng)的阻塞高壓和天氣事件的平流層爆發(fā)性增溫直接聯(lián)系討論可能存在一些問題.因此本研究用平流層極渦的變化來代表爆發(fā)性增溫過程,將平流層、對流層中的兩個天氣系統(tǒng)直接聯(lián)系起來.在增溫出現(xiàn)前重點考慮了可以影響到平流層的阻塞高壓活動,分析它的位置、強度和持續(xù)時間,而在增溫出現(xiàn)后則主要分析了極渦擾動后平流層異常信號向下的傳播特征.1增溫事件中阻塞高壓的定義本文使用美國國家環(huán)境預(yù)測中心的第二代再分析資料(NCEP-DOE2)研究了對流層阻塞高壓活動對平流層爆發(fā)性增溫的影響,以及增溫后平流層環(huán)流異常對下層大氣的反饋.NCEP2資料在垂直方向上一共有17層,最高層位于10hPa,采用了T159的水平分辨率,本文使用的是144°×73°(經(jīng)度vs.緯度)水平分辨率的日平均資料,從1979年1月1日至2010年12月31日.在定義平流層爆發(fā)性增溫時,這里使用的是世界氣象組織(WMO)制定的增溫標(biāo)準:10hPa上北極點和60°N緯圈之間的溫度梯度(35)T,和10hPa上北極點和60°N緯圈之間的平均地轉(zhuǎn)風(fēng)U,由于本文只討論了強增溫事件(即U(27)0),因此在32年的冬季個例中一共得到了強爆發(fā)性增溫事件21次進行研究.阻塞高壓是對流層熱帶外地區(qū)一個持續(xù)時間長、垂直方向連續(xù)且準靜止的大尺度高壓系統(tǒng),有關(guān)它的定義很多但缺乏一個統(tǒng)一的精確判據(jù):Tibaldi和Molteni提出通過計算500hPa中、高緯度的位勢高度梯度來判斷阻塞高壓;丁一匯等人認為阻塞過程可以定義為位勢高度距平超過200gpm并持續(xù)7d以上的高壓系統(tǒng);近期Schwierz等人使用位勢渦度(PV)理論提出阻塞高壓往往出現(xiàn)在PV的低值區(qū)和顯著的負異常區(qū)域.因此在本研究中針對每一次的爆發(fā)性增溫過程都使用了這3種判斷方法綜合對阻塞進行動力診斷,發(fā)現(xiàn)阻塞高壓活動與增溫過程中平流層極渦的擾動有著密切的聯(lián)系.為了方便對合成分析結(jié)果進行討論并得到具有統(tǒng)計意義的結(jié)果,在這里定義位勢高度場出現(xiàn)?形狀分布的區(qū)域為阻塞高壓系統(tǒng),這樣的定義方法在進行合成分析時使用位勢高度或者PV作為合成對象的差別不大.在這里討論的21次強爆發(fā)性增溫中,出現(xiàn)了極渦分裂10次,極渦偏心11次.進一步分析發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域的阻塞高壓活動會導(dǎo)致極渦更加具體的分布特征.因此,我們首先根據(jù)平流層極渦的分裂狀況和阻塞高壓的分布位置將SSW事件分為兩類,之后再根據(jù)極渦的位置進一步分成4種副型.極渦分裂時分為歐亞-北美型(ENA型)和大西洋-東亞型(AEA型),ENA型指的是極渦分裂后形成的兩個低壓中心分別位于歐亞和北美大陸(圖1(c)),而AEA型指的是兩個低壓中心分別位于大西洋和東亞地區(qū)(圖1(f)).類似地極渦偏心時可以分為阿留申侵入型(AI型)和北美侵入型(NAI型),AI型中極渦被從阿留申群島地區(qū)侵入的高壓系統(tǒng)推擠至歐洲大陸西部和大西洋區(qū)域,而NAI型指的是高壓系統(tǒng)從北美大陸侵入極區(qū),極渦偏移至歐亞大陸中、西部.表1給出了這21次強爆發(fā)性增溫的中心時間、對流層阻塞高壓所在的位置以及增溫類型,為了進行合成分析,針對每一次增溫過程定義了它的中心時間(t=0),當(dāng)極渦發(fā)生偏移時,強增溫出現(xiàn)(即U(27)0時)的日期即為增溫的中心時間(第0天);而當(dāng)極渦發(fā)生分裂時,定義極渦開始分裂的時間為中心時間(t=0),這種定義用極渦的變化表征增溫過程,可以更加直接地分析阻塞高壓和極渦這兩個系統(tǒng)之間的相互作用,有利于得到阻塞活動在整個SSW過程中的效應(yīng).我們合成統(tǒng)計了中心時間前后10天的平流層、對流層環(huán)流變化,并用t檢驗方法對合成結(jié)果進行了統(tǒng)計信度檢驗.2極群分裂前后烏拉爾山地區(qū)的阻塞形勢根據(jù)以上分析可以發(fā)現(xiàn)不同的增溫類型對應(yīng)了對流層中不同位置和強度的阻塞高壓活動,并且有可能會對下層大氣不同區(qū)域帶來反饋.首先,圖1(a)~(c)給出了歐亞-北美型SSW事件中10hPa上位勢高度場在極渦分裂前的分布情況,其中黑色等值線表示相對于氣候平均值的距平,而白色虛線包圍的區(qū)域表示統(tǒng)計檢驗信度超過95%的地區(qū).圖中可以看出平流層極渦受到阿留申和東大西洋地區(qū)的兩個高壓系統(tǒng)作用,這兩個高壓中心在極渦分裂前約一周的時間出現(xiàn),并逐漸發(fā)展、增強、向極移動,當(dāng)兩者連接時極渦被切斷,分裂成兩個低壓中心,分別位于歐亞和北美大陸.與氣候平均相比,主要的位勢高度異常分布在北極地區(qū),正距平的中心值在第0天時達到900gpm,且強異常分布的區(qū)域大都通過了95%的信度檢驗.位于極區(qū)的這一正異常中心與阿留申和東大西洋上空的高壓系統(tǒng)密切聯(lián)系,并隨著它們的增強逐步擴大范圍.位勢高度場的這一分布特征表明ENA型的SSW事件,在增溫過程中主要是位于阿留申和東大西洋地區(qū)的兩個高壓系統(tǒng)共同對極渦作用,使其逐步減弱直至崩潰、分裂.為了找出平流層中這兩個高壓系統(tǒng)和對流層阻塞活動的關(guān)系,圖2給出了500和100hPa上位勢高度場在極渦分裂前的合成分布情況,其中淺灰色和深灰色分別表示了統(tǒng)計檢驗信度達到90%和95%的區(qū)域.從中可以看出在極渦分裂前4天,在150°W的東太平洋和60°E的烏拉爾山地區(qū)有明顯的阻塞高壓形勢存在,隨著增溫過程的進行,這兩個阻塞形勢向北、向西強烈地伸展;在分裂前2天,主要的阻塞高壓區(qū)伸入阿留申群島和東大西洋區(qū)域,并顯著地向極區(qū)侵入;到了第0天極渦分裂,在阿留申群島的西北部出現(xiàn)了一個閉合的高壓中心,同時在東大西洋上空也存在一個明顯的?形阻塞形勢,這兩個阻塞高壓系統(tǒng)和平流層中向極作用的高壓中心在出現(xiàn)時間、位置和強度上都有很好的對應(yīng)關(guān)系.此外,還可以看出統(tǒng)計檢驗信度的高值區(qū)主要分布在位勢高度形變劇烈的槽和脊地區(qū),這表明在平流層極渦分裂前對流層環(huán)流出現(xiàn)了很大的擾動,并且這里得到的阻塞高壓分布特征具有很好的統(tǒng)計意義.另一方面在100hPa高度上阿留申群島和東大西洋上空也可以觀測到顯著的、和對流層中一致的阻塞形勢,這表明整個阻塞高壓系統(tǒng)在垂直方向上是連續(xù)的,并且可以一直向上作用到平流層中.和低層中的阻塞系統(tǒng)一樣,100hPa中的這兩個阻塞高壓自出現(xiàn)后逐漸向西、向北擴展,且大部分阻塞形勢分布的區(qū)域都通過了95%的信度檢驗.以上這些分析表明:ENA型的SSW事件可以歸因于平流層中兩個高壓系統(tǒng)對極渦的擾動過程,而這兩個高壓系統(tǒng)的形成和發(fā)展與對流層中位于阿留申群島(150°W~180°)和東大西洋(0°~30°E)的阻塞高壓活動有著密切的聯(lián)系.類似地針對大西洋-東亞型SSW事件,圖1(d),(e)和(f)給出了極渦分裂前10hPa上位勢高度的合成分布情況,圖中可以看出平流層中同樣存在兩個高壓系統(tǒng)對極渦進行擾動,分別位于烏拉爾山地區(qū)和北美大陸西部.這兩個高壓中心逐漸發(fā)展、增強并向極侵入,使得極渦慢慢減弱、拉長直至崩潰,分裂后的兩個低壓中心分別位于大西洋和東亞地區(qū).在整個增溫過程中,起源于阿留申高壓的北美區(qū)域高壓系統(tǒng)作用更強,使得極渦分裂后位于大西洋上空的低壓中心較強,這一點與ENA型的增溫不同,也將會給下層大氣帶來不同的反饋.而位勢高度異常的分布和ENA型中有些相似,最大的正值中心位于北極地區(qū)且中心強度可以達到900gpm,大部分正異常的大值區(qū)也都通過了95%的統(tǒng)計檢驗信度.這些特征表明在AEA型增溫過程中位于烏拉爾地區(qū)和北美大陸的平流層高壓系統(tǒng)起到了決定性的作用.圖3給出了AEA型增溫過程中500和100hPa上位勢高度場在極渦分裂前的合成分布情況,用來表征對流層阻塞活動與平流層高壓系統(tǒng)的相互關(guān)系.在500hPa高度,從極渦分裂前約一周開始,烏拉爾山(60°E附近)和北美大陸西部(150°~120°W)出現(xiàn)較明顯的阻塞形勢,并逐漸發(fā)展、增強,其中烏拉爾山地區(qū)的阻塞形勢東西跨度較大,在30°~120°E的范圍內(nèi)沿緯圈移動,在第0天時向北伸展侵入極區(qū);而北美大陸上方的阻塞形勢呈準靜止?fàn)顟B(tài),只向北擴展影響中高緯地區(qū).另一方面在100hPa高度,北美大陸區(qū)域的阻塞形勢一直都非常顯著,表明這一區(qū)域的阻塞高壓系統(tǒng)在垂直方向上是連續(xù)的,可以一直作用到平流層中,而烏拉爾山地區(qū)的阻塞形勢則不如對流層中明顯,表示這一阻塞高壓系統(tǒng)的作用高度較低,在平流層中的影響偏弱,也對應(yīng)了10hPa中位于這一區(qū)域的高壓系統(tǒng)較弱.以上特征表明阻塞高壓活動對平流層的影響不僅取決于阻塞本身的強度,還和它的作用高度密切相關(guān).因此不是任何一個阻塞高壓都可以影響到中高層大氣環(huán)流,要針對不同的事例具體分析.此外,對流層阻塞活動對平流層極渦的擾動還存在一種作用方式,例如2005~2006年冬季,平流層中的阿留申高壓沒有向北美大陸移動而是向西移動和東移過來的烏拉爾山高壓連接,合并形成了一個新的、更強的高壓系統(tǒng),向北擴張進入極區(qū)將極渦切斷.綜上所述,在AEA型的增溫事件中,平流層烏拉爾山和北美大陸高壓系統(tǒng)對極渦的擾動是關(guān)鍵因素,對流層中位于這兩個區(qū)域的阻塞高壓活動為它們的形成、發(fā)展提供了支持.3充溫過程與擾動圖4(a)~(c)給出了阿留申侵入型SSW事件中,10hPa位勢高度場及其異常(黑色等值線)的合成分布情況.圖中可以看出和極渦分裂事件不同,平流層中只有一個高壓系統(tǒng)對極渦進行擾動,位于阿留申群島附近,這也是增溫過程中極渦僅僅出現(xiàn)偏移的原因.阿留申高壓自出現(xiàn)后逐漸發(fā)展增強、并向極擴張,在第0天時將極渦推擠至歐亞大陸西部和大西洋區(qū)域.主要的位勢高度異常出現(xiàn)在高緯地區(qū),與阿留申高壓密切聯(lián)系,在強增溫出現(xiàn)前正異常中心值可以達到600gpm,且強異常區(qū)大都通過了95%的信度檢驗.這些分布特征表明AI型增溫可以歸因于阿留申高壓的向極侵入,造成了平流層極渦的減弱、偏移,在整個增溫過程中只有這一個高壓系統(tǒng)起作用.進一步在圖5中給出了500和100hPa上位勢高度場在強增溫(第0天)出現(xiàn)前的合成分布情況,分析對流層阻塞活動在增溫過程中的作用.首先,在500hPa高度可以觀察到只有北美大陸西岸存在一個阻塞形勢,并且隨著增溫強度的增加,這一阻塞高壓逐漸向西、向北擴展,最后從阿留申群島區(qū)域進入極區(qū).此外通過統(tǒng)計檢驗信度的區(qū)域也主要位于阿留申群島附近,從統(tǒng)計學(xué)上證明了這一地區(qū)阻塞活動的存在.100hPa上位勢高度的分布和低層相似,顯著的阻塞高壓形勢和通過統(tǒng)計檢驗信度的區(qū)域都位于阿留申群島區(qū)域,這一垂直方向上連續(xù)分布的特征表明:對流層中阿留申群島的阻塞高壓活動造成了平流層中高壓系統(tǒng)的形成、發(fā)展以及對極渦的擾動,當(dāng)極渦被推擠出極地時出現(xiàn)了AI型的爆發(fā)性增溫.對于北美侵入型的SSW事件,圖4(d)~(f)給出了10hPa上強增溫出現(xiàn)前位勢高度及其異常的合成分布.圖中可以看出平流層中也是只有一個高壓系統(tǒng)對極渦進行擾動,位于北美大陸的西部,這一高壓系統(tǒng)起源于阿留申高壓,隨著增溫的進行逐漸增強并向東、向北伸展,侵入極區(qū)將極渦推擠至東大西洋和歐亞大陸西北部.而位勢高度異常的分布也與這一高壓系統(tǒng)緊密聯(lián)系,正異常中心和通過95%統(tǒng)計檢驗信度的區(qū)域都分布在它的附近.因此NAI型的SSW事件可以看作是北美地區(qū)的高壓系統(tǒng)對極渦逐步擾動、推擠的過程,并且整個增溫過程中只有這一個有效的作用因子.進一步分析增溫過程中對流層環(huán)流的變化特征,圖6給出了500和100hPa上位勢高度場在強增溫出現(xiàn)前的合成分布,圖中可以看出在500hPa高度,在北美大陸的西岸(120°W的附近)存在一個明顯的阻塞高壓形勢,這一阻塞形勢在強增溫出現(xiàn)前約一周形成,并且在東西方向上呈準靜止?fàn)顟B(tài),在第0天時向極伸展侵入高緯地區(qū).同樣在100hPa高度上,北美大陸西部的這一阻塞形勢也非常顯著,表明這一阻塞高壓系統(tǒng)在垂直方向上連續(xù)且可以作用到平流層中.綜上所述,NAI型的爆發(fā)性增溫事件在強增溫出現(xiàn)前,對流層北美大陸的西岸(90°~120°W)會出現(xiàn)強烈的阻塞高壓活動,阻塞系統(tǒng)向上、向極的作用使得平流層中該地區(qū)形成了一個對極渦進行擾動的高壓系統(tǒng),隨著極渦的減弱、偏移,平流層爆發(fā)性增溫事件形成.4位勢高度異常的傳播特征以上分析表明分布在不同區(qū)域的阻塞高壓活動會引起平流層極渦不同的擾動特征,從而導(dǎo)致不同類型的爆發(fā)性增溫事件.那么不同的平流層增溫過程會對低層大氣產(chǎn)生怎樣的反饋,平流層異常向下的作用又是怎樣進行?通過對不同類型SSW事件的分析,我們發(fā)現(xiàn)平流層異常向下的作用與平流層極渦的擾動強度密切聯(lián)系,當(dāng)極渦發(fā)生擾動、偏移,并且能夠在異常位置維持一周以上的時間,在極渦所在的區(qū)域會有負的位勢高度異常向下傳播;而如果極渦發(fā)生擾動后很快恢復(fù)或者偏移的位置發(fā)生變化,則環(huán)流異常集中在平流層中,不向下傳播,因而平流層異常對對流層的影響是條件性的.因此,針對4種類型的爆發(fā)性增溫過程,這里選取了4次增溫事件作為代表分析了不同類型的增溫對下層大氣的反饋作用:2008~2009年冬季的SSW事件表征了ENA型增溫,2009~2010年冬季的SSW事件表征了AEA型,2007~2008和1986~1987年冬季的SSW事件分別代表了AI型和NAI型的增溫.首先,圖7(a)給出了ENA型增溫時(2008~2009年冬季)位勢高度異常沿60°N緯圈的經(jīng)度-高度分布圖,為了更清楚地表征出平流層異常向下的傳播特征,在不同的高度這里給出了不同時間的位勢高度異常分布,例如在10hPa高度圖中給出的是第0天(2009年1月25日)的位勢高度異常,隨著等壓面的下降,選取的時間也逐漸增加.圖中可以看出在歐亞和北美大陸上空存在兩個顯著的位勢高度異常中心與平流層中增溫發(fā)生后極渦分裂形成的兩個低壓中心位置一致,歐亞大陸上方的負值中心最大值出現(xiàn)在平流層高層(70hPa以上),中心值可以達到-600gpm,并且這一負異常會隨時間逐漸向下傳播,到了2月5日時,在500hPa高度上的60°~90°E之間可以觀測到明顯的負位勢高度異常,對位于這一區(qū)域的烏拉爾山高壓活動產(chǎn)生影響.在北美大陸上方主要的負異常中心位于150~10hPa之間,中心值最大也可達到-600gpm,這一區(qū)域的位勢高度異常在向下傳播時從200hPa高度開始還會伴隨著向西的偏移在500hPa中負異常傳播到了東太平洋地區(qū)(120°W~180°),引起了這一區(qū)域大氣環(huán)流的異常.以上位勢高度異常的分布特征表明SSW過程中極渦分裂形成的冷低壓中心會逐漸向南擴展,占據(jù)北美和歐亞大陸的中高緯地區(qū),從而使得位勢高度負異常向下傳播作用到這兩個區(qū)域,引起這里溫度的改變.為了進一步證明這點,圖8(a)給出了2009年2月5日500hPa高度上溫度和位勢高度異常的經(jīng)度-緯度分布情況,圖中黑色粗虛線標(biāo)注出了位勢高度負異常較顯著的區(qū)域(負值超過-100gpm).圖中可以看出主要的降溫地區(qū)都出現(xiàn)在較強的位勢高度負異常區(qū)域,與圖7(a)中平流層位勢高度異常向下傳播到達的區(qū)域一致,在歐亞大陸的中高緯度地區(qū)位勢高度負異常和降溫區(qū)占據(jù)了90°E以西的大部分區(qū)域,位勢高度負異常中心值達到-300gpm,對應(yīng)了烏拉爾山地區(qū)和歐洲西北部6~9℃的降溫;在太平洋的中高緯地區(qū)也出現(xiàn)了較強的位勢高度負異常和明顯的降溫區(qū)域,但兩者的強度都不如歐亞大陸西北部的強,平流層下傳的環(huán)流異常使得北美的阿拉斯加地區(qū)、阿留申群島和東西伯利亞地區(qū)出現(xiàn)了3~6℃的降溫.綜上所述,當(dāng)平流層中發(fā)生ENA型的爆發(fā)性增溫,如果平流層極渦分裂可以持續(xù)一周以上的時間,則極渦分裂后形成的位于歐亞和北美大陸的冷低壓中心可以向下影響到對流層大氣,來自平流層的位勢高度負異常會造成歐洲西北部、烏拉爾山和北太平洋區(qū)域溫度的顯著下降.為了分析AEA型爆發(fā)性增溫過程中平流層異常信號向下的傳播特征,圖7(b)給出了2009~2010年冬季位勢高度異常沿60°N緯圈的經(jīng)度-高度分布情況.圖中可以清楚地發(fā)現(xiàn)在東亞地區(qū)(90°~120°E)和大西洋(30°W~30°E)上空的平流層中(100hPa以上)有兩個明顯的位勢高度負異常中心,與極渦分裂后形成的兩個低壓中心所在的位置一致.大西洋上空的位勢高度負異常大部分都集中在平流層中,中心值可以達到-600gpm,只有30°W以西的小部分區(qū)域有一些位勢高度異常向下、向西的傳播,進入對流層上層約200~300hPa高度.而位于東亞區(qū)域的位勢高度負異常在平流層和對流層中分別有一個閉合中心,表明位勢高度異常信號可以從平流層高層向下傳播至低層大氣,引起對流層中溫度、位勢高度的變化.在2010年2月15日500hPa高度上溫度和位勢高度異常的經(jīng)度-緯度分布圖中(圖8(b))可以看出在東亞的中高緯地區(qū)存在著明顯的位勢高度負異常,從90°E一直向東延伸至太平洋地區(qū),對應(yīng)了這一區(qū)域內(nèi)顯著的降溫現(xiàn)象,特別是在我國的中部和日本的北部降溫幅度達到了6~9℃.而在大西洋的中高緯地區(qū)也存在著一定的溫度負異常分布,但降溫幅度較小.這是因為這一范圍內(nèi)平流層向下傳播的位勢高度異常信號大都集中在對流層高層以上,對500hPa高度上的環(huán)流影響較弱.綜上所述,平流層出現(xiàn)AEA型爆發(fā)性增溫時,當(dāng)極渦分裂維持一段時間后,極渦分裂形成的冷低壓中心所在的區(qū)域,即東亞和大西洋地區(qū)會有位勢高度負異常向下傳播,并且東亞地區(qū)上空平流層向下的作用更強,可以造成我國中部和日本北部明顯的溫度下降.在比較了這兩類極渦分裂型SSW事件后,我們發(fā)現(xiàn)增溫后平流層異常向下傳播的區(qū)域和強度分別取決于平流層極渦分裂后的位置和分裂能維持的時間.在2008~2009年冬季(ENA型)極渦分裂持續(xù)了約20d,而在2009~2010年冬季,極渦分裂的時間只有大約10d,因此在ENA型的SSW事例中平流層異常信號向下傳播的經(jīng)度范圍更廣,能夠下傳到達的對流層高度也更低,對低層大氣的影響更大.對于極渦偏心型的SSW事件,圖7(c)和(d)分別給出了AI型和NAI型增溫后位勢高度異常沿60°N緯圈的經(jīng)度-高度分布情況,圖中可以看出由于平流層極渦沒有分裂,只是發(fā)生了偏移,因此平流層中只有一個位勢高度的負異常中心存在,并且這個中心的位置和極渦所在的位置一致.當(dāng)極渦偏移后穩(wěn)定的維持在異常位置超過一周的時間,則有位勢高度的負異常從這里向下傳播到低層大氣.因此,在AI型增溫過程中,下傳的平流層異常信號主要分布在北美大陸東北部、北大西洋和歐洲西北部;而NAI型的增溫事件中,位勢高度的負異常主要傳播到歐亞大陸的中、西部地區(qū),來自于平流層的異常信號會引起對流層相關(guān)地區(qū)大氣環(huán)流的改變.5在不斷擴大的平行流層中表現(xiàn)出目的的阻塞高壓形勢本文應(yīng)用NCEP2的再分析資料討論了對流層阻塞高壓活動對平流層爆發(fā)性增溫事件的影響,以及增溫出現(xiàn)后平流層環(huán)流異常對下層大氣的反饋.研究表明在SSW過程中平流層極渦會出現(xiàn)不同的分布特征,并且與極渦的擾動和增溫初期對流層中阻塞高壓向上、向極地的作用密切相關(guān),因此,根據(jù)增溫過程中阻塞高壓和極渦不同的分布位置將SSW事件分為2種類型和4種副型,針對不同的增溫類型對這兩個系統(tǒng)的變化特征進行統(tǒng)計分析和動力診斷,得到以下的主要結(jié)論.在SSW增溫過程中,平流層極渦會受到一個或兩個高壓系統(tǒng)的擾動,當(dāng)只有一個高壓系統(tǒng)向極地作用時,極渦被推擠離開極地;而如果有兩個高壓系統(tǒng)同時向極地作用,則當(dāng)它們連接時極渦被切斷、分裂.分析表明平流層中高壓系統(tǒng)的形成、發(fā)展和向極移動都與對流層中阻塞高壓的活動密切聯(lián)系.在極渦分裂型SSW事件中我們進一步分類得到了2種增溫副型:歐亞-北美型(ENA)和大西洋-東亞型(AEA),ENA型增溫是指平流層極渦在兩個高壓系統(tǒng)的作用下分裂形成的兩個冷低壓中心分別位于歐亞和北美大陸,而AEA型是指極渦分裂后的兩個低壓中心分別位于大西洋和東亞地區(qū).根據(jù)合成分析的結(jié)果在ENA型SSW事件發(fā)生前在對流層的大西洋地區(qū)(0°~30°E)和阿留申群島(150°W~180°)存在著明顯的阻塞高壓活動,阻塞活動向上、向極地的發(fā)展為平流層中擾動極渦的高壓系統(tǒng)提供了能量;而在AEA型SSW事件中,與平流層高壓系統(tǒng)活動密切關(guān)聯(lián)的對流層阻塞高壓位于烏拉爾山地區(qū)(60°~90°E)和北美大陸西部(90°~120°W).類似地在極渦偏移型增溫事件中進一步分類也得到了兩種增溫副型:阿留申侵入型(AI)和北美侵入型(NAI),AI型指的是平流層中的高壓系統(tǒng)從阿留申群島附近向極侵入,將極渦推擠至大西洋區(qū)域和歐洲西北部;而NAI型是指高壓系統(tǒng)從北美大陸西部進入極地,將極渦推離極區(qū)至歐亞大陸的中西部.在AI型的增溫事件初期,對應(yīng)的在對流層的阿留申群島附近有顯著的阻塞高壓形勢發(fā)展、增強,為增溫過程中平流層中