南半球平流層極渦崩潰早晚年環(huán)流異常特征

李 琳，潘 靜，李崇銀，

1解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，南京 211101

2中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所LASG，北京 100029

1 引 言

平流層極渦是南北半球冬季重要的環(huán)流系統(tǒng).受到輻射加熱作用的影響，平流層環(huán)流變化有明顯的季節(jié)性特征，南北半球在冬半年都基本盛行西風(fēng)，極區(qū)為強(qiáng)大的氣旋性極渦系統(tǒng)；夏半年則為繞極的反氣旋環(huán)流.一般而言，南半球冬季的極渦持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，并且極渦強(qiáng)度比北半球強(qiáng)，這使得南半球容易形成強(qiáng)大的繞極環(huán)流，不僅對(duì)中緯度的擾動(dòng)有一定阻隔作用，而且強(qiáng)極地渦旋的活動(dòng)可造成的極區(qū)局地極端低溫（南極平流層溫度可達(dá)－84℃以下），從而使得南極地區(qū)形成特有的極地平流層冰晶云（PSCS），這種PSCS對(duì)破壞臭氧的化學(xué)反應(yīng)起催化作用，造成臭氧的嚴(yán)重破壞，甚至出現(xiàn)臭氧空洞［1］.

受到上傳行星波的影響，冬季北半球平流層極渦有較強(qiáng)的擾動(dòng)［2］.當(dāng)擾動(dòng)達(dá)到一定程度，極渦內(nèi)外溫度梯度發(fā)生翻轉(zhuǎn)，形成爆發(fā)性增溫［3］.爆發(fā)性增溫是平流層所特有的現(xiàn)象，由于南半球與北半球相比沒(méi)有復(fù)雜的地形和海陸差異，南半球的行星波活動(dòng)沒(méi)有北半球的強(qiáng)烈，因此與上傳行星波有關(guān)的平流層爆發(fā)性增溫在南半球較為少見(jiàn)，2002年的一次南半球爆發(fā)性增溫因其強(qiáng)度較強(qiáng)和持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而特別引起了廣泛關(guān)注［4－6］.

平流層極渦在秋季建立、春季崩潰，這是南北半球平流層極渦所共有的特征.南北半球平流層極渦崩潰的時(shí)間具有很強(qiáng)的年際變化特征，20世紀(jì)90年代以后極渦持續(xù)的時(shí)間有逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)［7－10］.有研究發(fā)現(xiàn)，在南北半球平流層極渦崩潰過(guò)程中波動(dòng)的活動(dòng)和輻射加熱都起到了重要作用［11］.北半球平流層極渦崩潰偏早和偏晚時(shí)極渦結(jié)構(gòu)的變化不同，極渦崩潰早年極渦崩潰后殘余的位渦結(jié)構(gòu)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，而極渦崩潰晚年這種結(jié)構(gòu)會(huì)很快消失［12］.北半球平流層極渦崩潰往往伴隨著平流層與對(duì)流層的動(dòng)力耦合過(guò)程，從而極渦崩潰后對(duì)流層環(huán)流會(huì)延續(xù)平流層的異常信號(hào)［13－14］，其結(jié)果是北半球平流層對(duì)對(duì)流層的天氣氣候具有重要的影響作用［15－19］.

事實(shí)上，南半球平流層與對(duì)流層也存在一定的耦合，尤其在南半球春季，平流層信號(hào)下傳能夠造成對(duì)流層環(huán)流持續(xù)近兩個(gè)月的異常［20］.然而相比于北半球，關(guān)于南半球平流層極渦崩潰過(guò)程的研究目前還不夠深入，南半球平流層極渦崩潰偏早和偏晚時(shí)的環(huán)流異常特征及其與上傳行星波和ENSO等外界因素的關(guān)系等問(wèn)題還沒(méi)有得到很好的解答.本文擬對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)進(jìn)一步的研究和討論，以便對(duì)其有較為深刻的認(rèn)識(shí).

2 資料與方法

本文采用了NCEP／NCAP逐日再分析資料.該資料共62年（1948—2009年），由于在1979年后南半球才有衛(wèi)星資料的引入［21］，因此本文只使用了1979年到2009年共31年的資料.資料水平分辨率為2.5°×2.5°，在垂直方向有17層，最高層次為10hPa，資料包括溫度場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)、緯向風(fēng)場(chǎng)、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)和垂直速度場(chǎng).

平流層極渦崩潰時(shí)間的定義方法有很多種，參考魏科等［22］的方法，這里我們定義南半球極渦崩潰的時(shí)間為10hPa高度上60°S平均緯向風(fēng)最后一次由西風(fēng)轉(zhuǎn)為東風(fēng)的時(shí)間.經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得到了31年極渦崩潰時(shí)間序列（圖1），該序列與魏科等［22］使用ECMWF再分析資料集（ERA－40）定義的南半球極渦崩潰時(shí)間的結(jié)果基本一致.從南半球極渦活動(dòng)的長(zhǎng)期線性趨勢(shì)來(lái)看，南半球平流層極渦持續(xù)時(shí)間有增長(zhǎng)特征，這與已有的研究結(jié)果也是吻合的.確定極渦崩潰日期以后，我們?nèi)O渦崩潰的前40天到后40天作為極渦崩潰的時(shí)間周期.另外，通過(guò)計(jì)算31年極渦崩潰時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化序列，我們以大于（標(biāo)準(zhǔn)差）＋1和小于－1分別定義為極渦崩潰的晚年和早年，這樣選取了5次極渦崩潰異常早年和7次極渦崩潰異常晚年，其平均極渦崩潰時(shí)間分別為11月5日和12月6日，相差達(dá)一個(gè)月左右.

為了研究上傳行星波對(duì)南半球極渦崩潰的影響，我們以60°S以南，100hPa到10hPa平均的EP通量垂直分量表示上傳行星波的大小.其中EP通量計(jì)算公式為：

圖1 1979—2009年南半球極渦崩潰時(shí)間序列（紅線為線性趨勢(shì)）Fig.1 Time series of Antarctic vortex breakup time from 1979to 2009（red line represents the linear trend）

其中ρ是空氣密度，a是地球半徑，φ是緯度，R是空氣常數(shù)，f是地轉(zhuǎn)參數(shù)，H是大氣標(biāo)高，u和v分別是緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)，T是溫度，N為浮力頻率，取緯向波數(shù)1～3表示行星波.

本文主要使用了小波分析、EOF分析、合成分析和回歸分析等常用的氣候診斷分析方法.此外，本文還利用了英國(guó)Hadley氣候中心的全球月平均海表溫度資料（HadISST1）計(jì)算了Ni?o3.4指數(shù).

3 南半球平流層極渦崩潰早晚的對(duì)比分析

分析表明，南半球平流層極渦的崩潰過(guò)程都伴隨著南半球平流層高緯地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及風(fēng)場(chǎng)的調(diào)整.圖2分別是極渦崩潰前后10hPa高度上60°S與70°S緯向平均位勢(shì)高度場(chǎng)差值的變化和60°S平均緯向風(fēng)的變化.可以看到60°S平均緯向風(fēng)在極渦崩潰的前后是非常明顯的由西風(fēng)轉(zhuǎn)為東風(fēng)的過(guò)程.極渦內(nèi)外位勢(shì)高度場(chǎng)差值反映出了極渦崩潰前后極渦內(nèi)外的位勢(shì)高度梯度由外指向內(nèi)變?yōu)閮?nèi)指向外的過(guò)程.我們注意到極渦崩潰前后無(wú)論60°S平均緯向風(fēng)場(chǎng)還是60°S和70°S緯向平均位勢(shì)高度差值的變化都有顯著的不同特征，南極極渦崩潰前60°S平均緯向風(fēng)場(chǎng)以及60°S和70°S緯向平均位勢(shì)高度場(chǎng)差值的變化振幅大、頻率高，而極渦崩潰之后其變化的幅度明顯減小.這些不同特征與極渦崩潰前后大氣環(huán)流場(chǎng)的變化有關(guān)，極渦崩潰之前平流層高緯地區(qū)處于冬季西風(fēng)環(huán)流的控制中，由對(duì)流層上傳的行星波可以通過(guò)西風(fēng)氣流向平流層高緯傳播［2］，使得平流層環(huán)流受到較強(qiáng)波動(dòng)的作用，形成了較強(qiáng)的振蕩現(xiàn)象.而極渦崩潰之后平流層高緯地區(qū)處于東風(fēng)環(huán)流控制中，對(duì)流層行星波難以通過(guò)東風(fēng)氣流向平流層高緯傳播，平流層主要處于輻射平衡的控制之下，環(huán)流相對(duì)穩(wěn)定.

圖2 極渦崩潰前后10hPa高度上60°S和70°S平均位勢(shì)高度差值（a）、60°S平均緯向風(fēng)（b）的時(shí)間演變（陰影 部分是31次極渦崩潰、藍(lán)線是45年平均、紅線是崩潰異常晚年平均、綠線是崩潰異常早年平均）.Fig.2 Zonal average geopotential height deviation between 60°S and 70°S（a）、average zonal wind at 60°S（b）on the 10hPa（Shading shows the range for 1979—2009；Blue line shows the 45year average；Red line shows the years with early decay and green line shows the years with late decay）.

為了更清楚地顯示南半球平流層極渦崩潰前后大氣環(huán)流場(chǎng)的變化特征，我們作了60°S到90°S平均的溫度場(chǎng)、緯向風(fēng)、位勢(shì)高度場(chǎng)時(shí)間偏差的垂直分布（圖3）.各變量的時(shí)間偏差由各個(gè)時(shí)刻的值減去極渦崩潰過(guò)程周期（81天）的平均值得到，通過(guò)時(shí)間偏差圖可以更直觀地看出極渦崩潰前后環(huán)流場(chǎng)的差異.從圖3可以看到，無(wú)論是崩潰偏早年還是崩潰偏晚年，崩潰前后的環(huán)流場(chǎng)都有很明顯的變化.從垂直方向來(lái)看，這種變化還具有準(zhǔn)正壓的結(jié)構(gòu)特征，即從低層到高層變化一致.也就是說(shuō)極渦崩潰前后，平流層環(huán)流發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)變，同時(shí)對(duì)流層環(huán)流也隨之發(fā)生了變化.極渦崩潰過(guò)程中各個(gè)場(chǎng)的時(shí)間偏差0線都從上到下呈傾斜狀，這表明極渦崩潰無(wú)論是在偏早年還是偏晚年大氣環(huán)流場(chǎng)的變化都是高層先于低層.另外，從極渦崩潰前后各個(gè)變量偏差的大小來(lái)看（最大值和最小值之差），在極渦崩潰早年，其崩潰前后環(huán)流的差異要大于極渦崩潰晚年.也就是說(shuō)，極渦崩潰早年極渦崩潰過(guò)程中大氣環(huán)流的變化更為劇烈.

圖3 極渦崩潰早年（左）和晚年（右）60°S以南區(qū)域平均溫度場(chǎng)（a，單位：℃）、位勢(shì)高度場(chǎng)（b，單位：gpm）、緯向風(fēng)（c，單位：m·s－1）時(shí)間偏差的垂直分布Fig.3 Vertical sections of the averaged deviations of temperature（a，℃），geopotential height（b，gpm），zonal wind（c，m·s－1）at south of 60°S in early（left）and late（right）breakup years

南半球平流層極渦崩潰偏早年和偏晚年極渦崩潰前后大氣環(huán)流異常場(chǎng)（距平場(chǎng)）也有明顯的不同特征.圖4中極渦崩潰偏早年在極渦崩潰前后平流層溫度場(chǎng)距平、緯向風(fēng)場(chǎng)距平和位勢(shì)高度場(chǎng)距平都表現(xiàn)為整層一致的變化特征，即都為正溫度異常、正位勢(shì)高度異常和負(fù)緯向風(fēng)異常.我們知道，極渦崩潰是平流層冬季環(huán)流和夏季環(huán)流轉(zhuǎn)換的標(biāo)志，極渦崩潰前以繞極西風(fēng)氣流為主，極渦崩潰后繞極東風(fēng)取代了繞極西風(fēng).極渦崩潰偏早年極渦崩潰前的正溫度異常、正位勢(shì)高度異常和負(fù)緯向風(fēng)異常表明極渦崩前40天，南半球平流層極渦已經(jīng)開(kāi)始逐漸減弱，并且這種極渦減弱表現(xiàn)為平流層整層的一致變化特征.此外，我們還注意到緯向風(fēng)異常呈波動(dòng)的特征比較明顯，表現(xiàn)為在－35天和0天左右有負(fù)異常極值出現(xiàn)在平流層高層，其中0天左右負(fù)異常最大，說(shuō)明極渦經(jīng)歷了兩次減弱的過(guò)程，最終徹底轉(zhuǎn)變?yōu)闁|風(fēng)控制.由于極渦崩潰后平流層為夏季環(huán)流，極渦崩潰偏早年極渦崩潰后的正溫度異常、正位勢(shì)高度異常和負(fù)緯向風(fēng)異常則表示極渦崩潰后夏季環(huán)流異常增強(qiáng).極渦崩潰偏晚年極區(qū)環(huán)流異常與極渦崩潰偏早年基本呈相反的分布.極渦崩潰偏晚年，負(fù)溫度異常、負(fù)位勢(shì)高度異常和正緯向風(fēng)異常表明極渦崩潰偏晚年極渦崩潰前冬季環(huán)流偏強(qiáng)，而極渦崩潰后夏季環(huán)流偏弱.與極渦崩潰偏早年不同，溫度場(chǎng)異常沒(méi)有表現(xiàn)為平流層整層一致的變化特征，而是平流層高層為正溫度異常、中低層為負(fù)溫度異常.極渦崩潰偏晚年極渦崩潰前緯向風(fēng)異常也有波動(dòng)特征，在－30天、－20天和－5天左右有極值，－5天到0天左右極值最大.

圖4 南極極渦崩潰偏早年（左）和偏晚年（右）60°S以南區(qū)域平均溫度（a，單位：℃）、位勢(shì)高度（b，單位：gpm）和緯向風(fēng)（c，單位：m·s－1）異常隨時(shí)間的變化（陰影區(qū)表示超過(guò)0.1的信度）Fig.4 Time－h(huán)eight sections of the averaged temperature（a，℃），geopotential height（b，gpm）and zonal wind（c，m·s－1）anomalies at the south of 60°S in early（left）and late（right）breakup years（Shading denotes the region above 90%significance level）

已有的關(guān)于北半球平流層極渦崩潰的研究發(fā)現(xiàn)極渦崩潰伴隨著平流層與對(duì)流層的相互作用過(guò)程，北半球極渦崩潰前20天北極濤動(dòng)處于正位相最大值［13］，而極渦的崩潰將通過(guò)平流層環(huán)流異常的下傳造成對(duì)流層產(chǎn)生一個(gè)形變的北半球環(huán)狀模（NAM）結(jié)構(gòu)［13－14］.為了研究南半球平流層極渦崩潰過(guò)程中低層大氣環(huán)流場(chǎng)的變化特征，這里給出了南半球平流層極渦崩潰偏早年和偏晚年極渦崩潰前后30天平均的1000hPa位勢(shì)高度異常（圖5）.極渦崩潰偏早年極渦崩潰前30天1000hPa極區(qū)附近為正位勢(shì)高度異常，中緯度為環(huán)繞極區(qū)的負(fù)異常帶.這種極區(qū)高緯度正異常與中緯度負(fù)異常的反相分布表明，極渦崩潰偏早年極渦崩潰前南極濤動(dòng)為負(fù)模態(tài).極渦崩潰偏早年極渦崩潰后30天1000hPa位勢(shì)高度異常的分布與崩潰前保持一致，極區(qū)為正異常、中緯度為負(fù)異常，并且正負(fù)異常中心的位置保持不變.這說(shuō)明極渦崩潰偏早年極渦崩潰后南極濤動(dòng)也為負(fù)模態(tài).而極渦崩潰偏晚年極渦崩潰前與崩潰后1000hPa位勢(shì)高度異常與極渦崩潰偏早年呈相反的分布，即極區(qū)高緯度地區(qū)為負(fù)位勢(shì)高度異常、中緯度為正異常.這種位勢(shì)高度異常的分布使得極渦崩潰偏晚年極渦崩潰前后南極濤動(dòng)為正模態(tài).實(shí)際上，極渦崩潰偏早年和偏晚年極渦崩潰前后這種異常模態(tài)從對(duì)流層一直延伸到了平流層（圖略）.

圖5 極渦崩潰偏早年（a）和偏晚年（b）極渦崩潰前（上）、后（下）30天平均1000hPa位勢(shì)高度異常（單位：gpm）（陰影區(qū)為通過(guò)0.1的信度檢驗(yàn)區(qū)域）Fig.5 30days averaged geopotential height anomalies（gpm）at 1000hPa before（above）and after（below）the early（a）and late（b）breakup（Shading denotes the region above 90%significance level）

圖6 60°S以南100hPa到10hPa平均的EP通量垂直分量的逐月變化（單位：m3·s－2，黑線為極渦崩潰偏早年，紅線為極渦崩潰偏晚年，藍(lán)線為31年平均）Fig.6 Temporal variation of averaged vertical EP flux from 100hPa to 10hPa in the south of 60°S（m3·s－2，Blue line shows the 31year average；Red line for the late years and black line for the early years）

由于行星波能夠在西風(fēng)氣流中傳播到平流層，因此北半球冬季和南半球冬季平流層環(huán)流都在一定程度上受到上傳行星波的影響.這里我們以60°S以南100hPa到10hPa平均的EP通量垂直分量來(lái)表示行星波上傳，并分析極渦崩潰偏早年和極渦崩潰偏晚年的差異情況.圖6給出了極渦崩潰偏早年、極渦崩潰偏晚年以及31年平均的南半球上傳行星波的月變化特征.從圖中可以看到，極渦崩潰偏早年和偏晚年與31年平均的上傳行星波有相同的變化趨勢(shì)，從1月開(kāi)始上傳行星波逐漸增加，到7月之后行星波上傳增強(qiáng)更明顯，9月達(dá)到最大，隨后逐漸減小.南半球行星波上傳最大值并不是在6、7、8月傳統(tǒng)的南半球冬季，而是在8、9月份.在極渦崩潰偏早年上傳行星波在6月開(kāi)始增加，在9月達(dá)到最大值后逐漸減弱.而極渦崩潰偏晚年行星波在4月略有增加，但是到了6月后開(kāi)始減小，到8月再逐漸增強(qiáng).極渦崩潰偏早年上傳行星波比極渦崩潰偏晚年強(qiáng)，并且開(kāi)始早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng).上傳行星波的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間與南極極渦崩潰的早晚存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系：上傳行星波較強(qiáng)則極渦持續(xù)時(shí)間短，極渦崩潰早；上傳行星波弱則極渦持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，極渦崩潰晚.

已有研究表明，上傳的行星波通過(guò)與基本氣流的相互作用能夠使得平流層高緯地區(qū)增暖，造成平流層極渦減弱［3］.從圖6中我們發(fā)現(xiàn)在極渦崩潰偏早年上傳行星波異常強(qiáng)，而在極渦崩潰偏晚年上傳行星波異常弱.基于波流相互作用原理，我們可以認(rèn)為在南半球行星波上傳峰值期的8月和9月之后，由于上傳行星波的異?？赡茉斐蓸O渦崩潰偏早年和偏晚年平流層環(huán)流有不同的異常特征.這里，我們進(jìn)一步分析了極渦崩潰偏早年和偏晚年10月的緯向平均位勢(shì)高度異常（圖7）.從圖中可以看到，極渦崩潰偏早年平流層高緯地區(qū)為正的位勢(shì)高度異常，正異常的中心位于平流層高層，說(shuō)明異常強(qiáng)的行星波上傳導(dǎo)致了極渦的異常減弱.而極渦崩潰偏晚年平流層高緯地區(qū)為負(fù)的位勢(shì)高度異常，負(fù)異常的中心位于平流層中層，說(shuō)明弱的上傳行星波使得極渦異常增強(qiáng).這一結(jié)果與我們利用波流相互作用理論推論的結(jié)果是一致的.結(jié)合前面的分析，可以認(rèn)為前期行星波上傳的異常特征將會(huì)造成10月平流層高緯的環(huán)流異常，而這種環(huán)流異常將持續(xù)保持并最終造成南半球平流層極渦崩潰的偏早和偏晚.

圖7 極渦崩潰偏早年（a）和偏晚年（b）10月緯向平均位勢(shì)高度異常的緯度－高度剖面（單位：gpm）（陰影區(qū)為通過(guò)0.1的信度檢驗(yàn)區(qū)域）Fig.7 Latitude－h(huán)eight section of geopotential height anomalies（gpm）in October of the early（a）and late（b）breakup years（Shading denotes the region above 90%significance level）

4 ENSO對(duì)南半球平流層極渦崩潰的影響

準(zhǔn)定常行星波是由大地形或者海陸熱力差異激發(fā)所形成的［2］，行星波在冬季平流層擾動(dòng)以及平流層與對(duì)流層相互作用的過(guò)程中起到了重要作用［23－25］.有研究表明ENSO事件能夠影響上傳行星波，并進(jìn)一步對(duì)北半球極渦造成影響［26－28］.從前面的分析我們知道南半球極渦崩潰受到行星波上傳的影響，那么ENSO事件是否會(huì)在南半球極渦崩潰過(guò)程起到一定的作用呢？下面將就這個(gè)問(wèn)題開(kāi)展討論.

首先，我們分別對(duì)極渦崩潰偏早年和極渦崩潰偏晚年的6月到次年2月海溫距平場(chǎng)進(jìn)行合成分析，圖8給出了極渦崩潰偏晚年6月、8月、10月、12月和次年2月合成的海溫距平分布.從圖中可以看到，從6月開(kāi)始在赤道中東太平洋出現(xiàn)了負(fù)的海溫異常，這個(gè)負(fù)異常隨時(shí)間逐漸增強(qiáng)，12月時(shí)達(dá)到最強(qiáng).這種赤道中東太平洋的負(fù)海溫異常的分布形勢(shì)有些類似La Ni?a事件，并且這個(gè)海溫異常的發(fā)生時(shí)間和發(fā)展過(guò)程都與La Ni?a的一般發(fā)展過(guò)程有很好的一致.

通過(guò)前面的分析我們發(fā)現(xiàn)南半球上傳到平流層的行星波最強(qiáng)一般出現(xiàn)在8月和9月，上傳行星波通過(guò)波流相互作用，造成后期10月南半球平流層環(huán)流的異常.而從圖8可以看出極渦崩潰偏晚年的海溫異常與La Ni?a事件的海溫異常有較為相似的分布特征.那么對(duì)應(yīng)La Ni?a事件，平流層的EP通量有怎樣的特征呢？這里，我們?cè)趫D9中進(jìn)一步給出了對(duì)La Ni?a年8月、9月Ni?o3.4指 數(shù) 回 歸 的 同期EP通量的分布形勢(shì).從圖9可以清楚看到，EP通量的主要特征是由平流層指向?qū)α鲗?、尤其是?0°S緯度帶附近.這種EP通量的特征分布表明，對(duì)應(yīng)La Ni?a年8月、9月份，平流層的行星波主要表現(xiàn)為下傳，或者說(shuō)La Ni?a年的海溫異常使得南半球上傳行星波減弱.而這種La Ni?a年的海溫異常使得南半球上傳行星波減弱，正好與極渦崩潰偏晚年行星波的異常特征一致.因此可以認(rèn)為，南半球平流層極渦崩潰偏晚與La Ni?a事件可能有一定的聯(lián)系，La Ni?a事件所造成的行星波異常，將進(jìn)一步影響南半球極渦的崩潰過(guò)程.

但是，在我們對(duì)極渦崩潰偏早年的海溫距平進(jìn)行合成分析時(shí)并沒(méi)有看到比較顯著的海溫分布形勢(shì)出現(xiàn)，似乎南半球平流層極渦崩潰偏早并不與ENSO有明顯的關(guān)系.因此，雖然極渦崩潰偏晚與La Ni?a有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是海溫異常或者ENSO事件與南半球平流層極渦崩潰之間并不存在一一對(duì)應(yīng)的確定關(guān)系.這或許是不少研究所提到的“ENSO影響的不對(duì)稱性”的又一表現(xiàn)，因?yàn)橐延醒芯勘砻鱁NSO影響的不對(duì)稱性既表現(xiàn)在El Ni?o和La Ni?a的影響造成的大氣環(huán)流異常形勢(shì)并非為反相特征，還表現(xiàn)為它們影響的演變過(guò)程也并非相反［29－31］.

圖8 極渦崩潰偏晚年6月（a）、8月（b）、10月（c）、12月（d）和次年2月（e）合成的海溫距平分布（單位：℃）（陰影區(qū)為通過(guò)0.1的信度檢驗(yàn)區(qū)域）Fig.8 Composite sea surface temperature anomalies（℃）in June（a），August（b），October（c），December（d）of late breakup year and February（e）in the next year（Shading denotes the region above 90%significance level）

5 結(jié)論與討論

2002年之前的資料研究結(jié)果顯示南半球極渦持續(xù)時(shí)間在逐漸增長(zhǎng)，也就是說(shuō)從20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始南半球平流層極渦崩潰時(shí)間有逐漸推遲的趨勢(shì)［7－10］.我們利用1979年到2009年共31年的NCEP再分析資料，得到了較長(zhǎng)時(shí)期（31年）南半球平流層極渦崩潰的時(shí)間序列.本文使用的資料延長(zhǎng)到了2009年，所得到的結(jié)果更具有代表性，進(jìn)一步揭示和證實(shí)了南半球極渦崩潰的過(guò)程和特征.

圖9 對(duì)La Ni?a年8月、9月Ni?o3.4指數(shù)回歸的EP通量（m3·s－2）的分布Fig.9 Regression map for EP flux（m3·s－2）on Ni?o3.4 index in August and September of La Ni?a years

南半球平流層極渦的崩潰過(guò)程反映的是南半球平流層環(huán)流由冬季向夏季的轉(zhuǎn)換，伴隨著南半球平流層高緯地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及風(fēng)場(chǎng)的調(diào)整.我們以1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差作為閾值，分別選取了5個(gè)極渦崩潰異常偏早年和7個(gè)極渦崩潰異常偏晚年，利用合成分析研究極渦崩潰偏早年和偏晚年的環(huán)流特征.極渦崩潰偏早年和偏晚年極渦崩潰前后環(huán)流異常場(chǎng)（距平場(chǎng)）有明顯的不同特征，極渦崩潰偏早年在極渦崩潰前后平流層溫度場(chǎng)距平、緯向風(fēng)場(chǎng)距平和位勢(shì)高度場(chǎng)距平都表現(xiàn)為整層一致的變化特征，為正溫度異常、正位勢(shì)高度異常和負(fù)緯向風(fēng)異常.而極渦崩潰偏晚年極區(qū)環(huán)流異常基本與極渦崩潰早年的異常相反.

從對(duì)應(yīng)的不同的氣候背景來(lái)分析，極渦崩潰偏早年極渦崩潰前的冬季環(huán)流異常弱，極渦崩潰后夏季環(huán)流異常強(qiáng)；而極渦崩潰偏晚年極渦崩潰前的冬季環(huán)流異常強(qiáng)，極渦崩潰后夏季環(huán)流異常弱.另外，極渦崩潰偏早年和偏晚年極渦崩潰之前的緯向風(fēng)異常都具有明顯的波動(dòng)式變化特征.在關(guān)于北半球極渦崩潰過(guò)程的研究中發(fā)現(xiàn)，極渦崩潰前后緯向風(fēng)距平相反［13－14］，南半球極渦崩潰過(guò)程與其有明顯的不同，不存在極渦崩潰前后緯向風(fēng)距平相反的特征.此外，南半球平流層極渦崩潰偏早年和偏晚年對(duì)流層也延續(xù)了平流層環(huán)流異常在極渦崩潰前后一致的特點(diǎn)，10hPa上極渦崩潰偏早年極渦崩潰前后都為南極濤動(dòng)負(fù)模態(tài)，而極渦崩潰偏晚年為南極濤動(dòng)正模態(tài).

上傳行星波對(duì)冬季平流層環(huán)流具有重要的影響，我們以60°S以南100hPa到10hPa平均的EP通量垂直分量來(lái)表示行星波上傳.其結(jié)果表明從1月開(kāi)始上傳行星波逐漸增加，到7月行星波上傳明顯增強(qiáng)，9月達(dá)到最大，隨后逐漸減小.并且極渦崩潰偏早年的上傳行星波比極渦崩潰偏晚年強(qiáng)，持續(xù)的時(shí)間也長(zhǎng).上傳行星波能夠通過(guò)波流相互作用使得平流層極渦減弱，在南半球行星波上傳的峰值期（8月和9月）之后的10月，分別對(duì)極渦崩潰偏早年和偏晚年所做的分析表明，平流層高緯度地區(qū)分別存在正的位勢(shì)高度異常和負(fù)的位勢(shì)高度異常.前期行星波異常通過(guò)波流相互作用能造成10月份平流層高緯度地區(qū)的環(huán)流異常，而這些異常環(huán)流的持續(xù)維持將影響南半球極渦崩潰的早晚.可以認(rèn)為，行星波造成了前期南半球極渦的強(qiáng)弱，而前期10月極渦的強(qiáng)弱異常最終造成了極渦崩潰的早晚.

過(guò)去已有研究認(rèn)為ENSO事件通過(guò)上傳行星波對(duì)平流層環(huán)流異常有一定的影響［26－28］，本文的合成分析結(jié)果顯示，極渦崩潰偏晚年從6月開(kāi)始在赤道中東太平洋出現(xiàn)了La Ni?a型的負(fù)海溫異常，這個(gè)負(fù)異常隨時(shí)間逐漸增強(qiáng)，在12月達(dá)到最強(qiáng).這說(shuō)明極渦崩潰偏晚與La Ni?a事件之間可能存在一定的聯(lián)系.并且，回歸分析進(jìn)一步表明La Ni?a年8月和9月的海溫異常能夠造成同期上傳行星波的減弱，這與極渦崩潰偏晚年行星波的異常特征一致.但是，南半球平流層極渦崩潰偏早年與太平洋海溫異常沒(méi)有明顯關(guān)系，可能是ENSO影響的不對(duì)稱性的一種表現(xiàn).實(shí)際上，輻射平衡過(guò)程在平流層極渦崩潰過(guò)程中也有重要的作用［11］，它與ENSO構(gòu)成了南半球平流層極渦崩潰過(guò)程中極渦自身動(dòng)力過(guò)程和外界強(qiáng)迫影響的復(fù)雜性.單純的資料分析難以進(jìn)一步確定南半球平流層極渦崩潰過(guò)程中ENSO及其它外界因素影響的物理過(guò)程和動(dòng)力機(jī)制，數(shù)值模擬有可能幫助我們更好地揭示這其中的聯(lián)系，相關(guān)的研究工作將在今后進(jìn)一步開(kāi)展.

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