北极海冰变化与冬季欧亚大陆气温异常变化存在密切联系,而冬季冷高压系统的频繁活动对于西伯利亚以及东亚地区降温产生直接影响,在“北极放大”以及未来北极海冰退缩情景下,西伯利亚近地面反气旋活动如何变化值得深入探究。本研究利用...北极海冰变化与冬季欧亚大陆气温异常变化存在密切联系,而冬季冷高压系统的频繁活动对于西伯利亚以及东亚地区降温产生直接影响,在“北极放大”以及未来北极海冰退缩情景下,西伯利亚近地面反气旋活动如何变化值得深入探究。本研究利用基于深度学习的Mask R-CNN反气旋客观识别算法对欧亚大陆冬季天气尺度反气旋进行识别,使用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5再分析资料、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)OISST V2.1每日海冰密集度数据集以及MIROC6模式输出资料,进一步研究了在未来北极海冰迅速退缩的背景下,前期秋季海冰异常变化可能对反气旋和冷空气活动产生的影响及其机制。结果表明,1981-2022年秋季巴伦支海-卡拉海区域(Barents-Kara Sea,BKS)海冰指数减下降,而欧亚大陆中高纬度特别是西伯利亚区域的气温显著下降,冷空气质量异常堆积,反气旋活动携带的冷空气质量增多。进一步利用北极放大计划(Polar Amplification Model Intercomparison Project,PAMIP)中的模式资料,统计欧亚大陆反气旋在未来北极海冰较少情景下的活动变化规律,发现海冰减少条件下,西伯利亚区是欧亚大陆反气旋的主要影响和生消地之一,该区域反气旋具有局地活动特征,对准定常的西伯利亚冷高压以及冷池区冷空气积聚起重要促进作用。气温在欧亚大陆北边缘增高但在欧亚大陆中纬度呈显著下降特征,伴随着欧亚大陆大部分地区极寒天数增多。进一步研究发现秋季BKS海冰状况可作为前兆因子对后期冬季反气旋活动以及气温异常产生影响,该地区海冰状况引起区域位涡经向梯度显著降低,从而使上游东欧平原阻塞发生频率增大,有利于反气旋活动增强和冷空气的输送,促使东亚冬季寒冷趋势加剧。展开更多
北极气旋是影响北极的重要天气系统,与温带气旋不同,一些气旋发展与维持过程受到对流层顶极涡(tropopause polar vortex,TPV)作用,其增强、维持以及垂直结构存在明显差异。本文选取不同气旋过程,利用数值天气预报(weather research and ...北极气旋是影响北极的重要天气系统,与温带气旋不同,一些气旋发展与维持过程受到对流层顶极涡(tropopause polar vortex,TPV)作用,其增强、维持以及垂直结构存在明显差异。本文选取不同气旋过程,利用数值天气预报(weather research and forecasting,WRF)模式数值模拟方法,设计模拟试验,分析平流层热力异常对夏季不同类别北极气旋及对应降水的影响。通过分析研究发现,与TPV联系紧密的气旋个例,其发展和维持受平流层高位涡(potential vorticity,PV)向下侵入到对流层的影响,具有明显的准正压以及上暖下冷结构的特征。敏感性试验中,减弱对流层上部及以上水平热力差异后,对流层顶的折叠特征明显减弱,与之对应气旋中心区域的平流层下侵位涡以及绝对涡度明显减弱,导致气旋中心强度及对应降水均发生显著的降低。与之相反,在另一个与TPV活动无关的北极气旋过程中,其形成发展主要受到斜压不稳定的作用,平流层的水平热力差异对气旋强度、降水量均未表现出显著的变化特征。展开更多
文摘北极海冰变化与冬季欧亚大陆气温异常变化存在密切联系,而冬季冷高压系统的频繁活动对于西伯利亚以及东亚地区降温产生直接影响,在“北极放大”以及未来北极海冰退缩情景下,西伯利亚近地面反气旋活动如何变化值得深入探究。本研究利用基于深度学习的Mask R-CNN反气旋客观识别算法对欧亚大陆冬季天气尺度反气旋进行识别,使用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5再分析资料、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)OISST V2.1每日海冰密集度数据集以及MIROC6模式输出资料,进一步研究了在未来北极海冰迅速退缩的背景下,前期秋季海冰异常变化可能对反气旋和冷空气活动产生的影响及其机制。结果表明,1981-2022年秋季巴伦支海-卡拉海区域(Barents-Kara Sea,BKS)海冰指数减下降,而欧亚大陆中高纬度特别是西伯利亚区域的气温显著下降,冷空气质量异常堆积,反气旋活动携带的冷空气质量增多。进一步利用北极放大计划(Polar Amplification Model Intercomparison Project,PAMIP)中的模式资料,统计欧亚大陆反气旋在未来北极海冰较少情景下的活动变化规律,发现海冰减少条件下,西伯利亚区是欧亚大陆反气旋的主要影响和生消地之一,该区域反气旋具有局地活动特征,对准定常的西伯利亚冷高压以及冷池区冷空气积聚起重要促进作用。气温在欧亚大陆北边缘增高但在欧亚大陆中纬度呈显著下降特征,伴随着欧亚大陆大部分地区极寒天数增多。进一步研究发现秋季BKS海冰状况可作为前兆因子对后期冬季反气旋活动以及气温异常产生影响,该地区海冰状况引起区域位涡经向梯度显著降低,从而使上游东欧平原阻塞发生频率增大,有利于反气旋活动增强和冷空气的输送,促使东亚冬季寒冷趋势加剧。
文摘北极气旋是影响北极的重要天气系统,与温带气旋不同,一些气旋发展与维持过程受到对流层顶极涡(tropopause polar vortex,TPV)作用,其增强、维持以及垂直结构存在明显差异。本文选取不同气旋过程,利用数值天气预报(weather research and forecasting,WRF)模式数值模拟方法,设计模拟试验,分析平流层热力异常对夏季不同类别北极气旋及对应降水的影响。通过分析研究发现,与TPV联系紧密的气旋个例,其发展和维持受平流层高位涡(potential vorticity,PV)向下侵入到对流层的影响,具有明显的准正压以及上暖下冷结构的特征。敏感性试验中,减弱对流层上部及以上水平热力差异后,对流层顶的折叠特征明显减弱,与之对应气旋中心区域的平流层下侵位涡以及绝对涡度明显减弱,导致气旋中心强度及对应降水均发生显著的降低。与之相反,在另一个与TPV活动无关的北极气旋过程中,其形成发展主要受到斜压不稳定的作用,平流层的水平热力差异对气旋强度、降水量均未表现出显著的变化特征。
