2011—2012年冬季北半球大氣環(huán)流異常特征分析

包玉軍

[摘要]利用1980-2012年NECP/NCAR 500hPa月平均再分析高度場資料計(jì)算出1980-2011年北半球冬季三個月以及整個冬季500hPa高度場的極渦面積，與2011-2012年北半球冬季的做對比，分析了2011-2012年冬季北半球大氣環(huán)流異常的特征。結(jié)果表明， 2011-2012年冬季北半球極渦面積整體上變化不大，只在歐洲地區(qū)和北美洲西部地區(qū)有明顯的擴(kuò)張和收縮現(xiàn)象，兩區(qū)域的極渦面積變化可以很好的說明冬季歐亞地區(qū)出現(xiàn)極寒、北美地區(qū)出現(xiàn)極暖的現(xiàn)象。

[關(guān)鍵詞]極端天氣 極渦面積 大氣環(huán)流異常

[中圖分類號] X831 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-383-1

1引言

北半球冬季極端天氣的出現(xiàn)尤其是2011-2012年冬季北半球亞歐地區(qū)和北美地區(qū)發(fā)生的極端天氣，對全球系統(tǒng)產(chǎn)生了十分重要的影響。極端天氣的出現(xiàn)會引起氣溫的顯著偏低或偏高，同時高度場極渦面積也會相應(yīng)的產(chǎn)生變化，因此，在氣候平均基礎(chǔ)上研究極端天氣下北半球極渦面積的變化，對大氣環(huán)流異常的特征進(jìn)行總結(jié)分析，對于提高天氣氣候預(yù)報(bào)能力具有重要的意義；本文在對1980-2011年間冬季北半球極渦面積分析的基礎(chǔ)上，研究2011-2012年冬季北半球極渦面積的時間和空間分布特征，對于認(rèn)識冬季北半球地區(qū)極端天氣的氣候特征和變化具有重要意義。

極端天氣發(fā)生時，極渦面積會發(fā)生異常，這引起了很多學(xué)者的關(guān)注和研究，并取得了許多成果。張恒德、陸維松[1]等通過500hPa月平均再分析高度場資料計(jì)算出北半球及各分區(qū)的月平均極渦面積，發(fā)現(xiàn)極渦面積大小與氣溫呈負(fù)相關(guān)，并且在年平均及冬季狀況下最顯著。章少卿、于通江[2]等運(yùn)用一種計(jì)算方法對300hPa和500hPa的極渦面積大小進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)極渦面積有明顯的氣候性季節(jié)變化，冬季極渦面積大，夏季極渦面積小，但他們與常年的偏差不同。綜合上述，在本次研究北半球大氣環(huán)流異常特征時，可以從冬季極渦面積的變化進(jìn)行分析，來總結(jié)2011-2012年冬季北半球大氣環(huán)流異常的特征。

2資料和方法

2.1資料

本文所用資料為NCEP＼NCAR 1980-2012年的高度場月平均再分析資料（全球等經(jīng)、緯度格點(diǎn)資料，格距為2.5×2.5）。

2.2極渦面積指數(shù)的計(jì)算

有關(guān)對極渦的研究認(rèn)為： 把地球近似地看成球體， 極鋒的西風(fēng)軸線視為極渦的外圍邊界，那么西風(fēng)軸線所包圍的面積（取10km為單位）作為極渦的面積指數(shù)，由于選取的是格點(diǎn)資料，因此可以通過計(jì)算極渦外圍邊界等高線范圍內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)來判斷極渦面積的大小。

選取冬季各月的外圍邊界的等高線（1月548gpm，12月和2月為552gpm），繪制出北半球（15N-85N、180W-180E）2011-2012年冬季各月的極渦圖形，同時繪制出1980-2011年30個冬季各月的平均極渦圖形，對比分析出2011-2012年冬季極渦面積的特征。

3北半球環(huán)流場異常變化特征

3.1極渦面積的變化

極渦面積的增加表明極區(qū)的冷氣團(tuán)向外圍侵入，造成極區(qū)外圍位勢高度場降低，這種冷空氣將繼續(xù)向南推進(jìn)，侵入低緯地區(qū)造成氣溫偏低。圖1（a）12月份極渦面積為5520等高線所包圍的區(qū)域，2011年12月與往年平均相比，其所包圍的區(qū)域面積變化不大，在120W-150W之間略向極區(qū)收縮靠近，這里正好是北美地區(qū)和太平洋所在區(qū)域，溫度有所上升，這說明極渦面積的變化確實(shí)可以作為判斷冷空氣向南侵入的強(qiáng)度的大小；在30E-60E極渦略向低緯地區(qū)擴(kuò)散，這將使得極渦地區(qū)的冷空氣向較低緯度的歐亞地區(qū)擴(kuò)散，強(qiáng)的冷空氣使得這些區(qū)域的溫度將有所下降。圖1（b）中5480等高線所包圍的區(qū)域是1月份極渦面積的范圍，2012年1月與往年相比來看，變化最明顯的主要在10°E-60°E、0°W-60°W區(qū)域內(nèi)，在10°E-60°E的范圍內(nèi)，極渦向外擴(kuò)散，冷空氣會侵入歐亞地區(qū)導(dǎo)致這些區(qū)域溫度下降；在0°W-60°W范圍內(nèi)，極渦向內(nèi)有所收縮，冷空氣向極地匯聚，較低緯度的北美洲地區(qū)尤其是格陵蘭島地區(qū)的溫度將略有上升。從圖1（c）中2月份的極渦面積變化來看，0°E-60°E、0°W-60°W區(qū)域內(nèi)極渦變化更加明顯，呈反位相形勢，和圖1（b）中一樣，歐亞地區(qū)和北美地區(qū)的溫度呈現(xiàn)相反的變化，即亞歐地區(qū)溫度升高，北美地區(qū)溫度下降。

這三張圖中，冬季整個北極極渦面積變化并不是很大，只是在0°E-60°E、0°W-60°W這一小范圍內(nèi)變化比較明顯，即在歐亞地區(qū)和北美洲部分區(qū)域的極渦面積有明顯的增減，歐亞地區(qū)極渦面積明顯有所增加，這些地區(qū)的溫度相應(yīng)的有所降低，北美洲區(qū)域的極渦面積有所減小，這些地區(qū)的溫度相應(yīng)的有所升高。這兩區(qū)域的變化是呈蹺蹺板的形勢，極渦面積有一種相互補(bǔ)充的表現(xiàn)，而其他區(qū)域的極渦面積變化并不明顯，溫度變化不大。

根據(jù)過去的研究業(yè)務(wù)實(shí)踐，影響亞歐地區(qū)的冷空氣路徑主要分為四類，西北路徑、東路、西路、東路加西路，這四路冷空氣的源頭都是歐洲（新地島）高緯地區(qū)和極地地區(qū)。圖1中歐洲高緯地區(qū)和極區(qū)其極渦面積有所擴(kuò)張，這使得極區(qū)的冷空氣經(jīng)歐洲高緯地區(qū)一直向歐亞低緯地區(qū)輸送擴(kuò)散，使得侵入歐亞地區(qū)的冷空氣勢力和強(qiáng)度增強(qiáng)，導(dǎo)致歐亞地區(qū)溫度下降，冬季出現(xiàn)極寒天氣。

利用上述極渦面積的計(jì)算方法得到2011-2012年冬季北半球500hPa極渦范圍內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)（12、1、2月分別為2653、2740、2866）與1980-2011年31個冬季平均500hPa極渦范圍內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)（12、1、2月分別為2739、2727、2873），相比發(fā)現(xiàn)，12月和2月極渦范圍內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)有所減少，減幅不大，約為10個格點(diǎn)左右；1月份的格點(diǎn)數(shù)有所增加，增幅也不大，約為10個格點(diǎn)左右；說明2011-2012年冬季整個北半球的極渦面積與往年相比，沒有太大的變化，北半球冬季出現(xiàn)的極端天氣與極渦面積的相關(guān)性較低，這與[2][3] 等文獻(xiàn)中的結(jié)論有所不同。因此，極渦面積的大小并不是影響2011-2012年冬季北半球出現(xiàn)極端天氣的因子。

4結(jié)論

2011-2012年冬季北半球極渦面積與往年相比，整體上并沒有明顯的變化，只是在歐洲地區(qū)和北美洲西部地區(qū)有明顯的擴(kuò)張和收縮現(xiàn)象，相互填補(bǔ)，使得兩區(qū)域的氣候現(xiàn)象剛好相反；冬季歐亞地區(qū)出現(xiàn)極寒、北美地區(qū)出現(xiàn)極暖的現(xiàn)象可以從兩區(qū)域的極渦面積的變化中反映出來。

參考文獻(xiàn)

[1]張恒德、陸維松、高守亭、張友姝等.北極渦活動對我國同期及后期氣溫的影響[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào).2006.8（2）：1000-2022.

[2]章少卿、于通江、李方友、王曉明、王俠飛、鄔為民等.北半球極渦面積、強(qiáng)度的季節(jié)變化及其與中國東北地區(qū)氣溫的關(guān)系[J].大氣科學(xué).1985.6（2）.

[3]吉書琴、張玉書、關(guān)德靜等.應(yīng)用極渦面積指數(shù)預(yù)報(bào)低溫冷害的方法[J].遼寧氣象.1993.2.