CD: 欧亚大陆冬季气温季节内冷暖反转的机理及预测
发布时间: 2021-12-29


近年来,随着全球气候变暖,欧亚大陆冬季频繁出现“冰火两重天”的现象,极端严寒与温暖如春在一个冬季内相继出现,严重影响正常的生产生活秩序和社会经济的健康发展。如此强烈的冷暖位相转换给冬季气候的季节预测带来了极大挑战,是对整个社会灾害防治能力的巨大考验。因此,明确欧亚大陆冬季气温在季节内尺度上的演变规律及动力机理,并建立有效的预测模型来提高季节预报技巧不仅是当前气候研究领域亟待解决的问题,更是全社会关注的焦点。

复旦大学大气与海洋科学系博士生钟沃谷(第一作者)和吴志伟教授(通讯作者)的最新研究指出,欧亚大陆冬季气温的季节内变异具有两个典型的主模态:一致型和冷暖反转型。一致型以欧亚大陆冬季一致性偏冷/偏暖为主要特征(图1左),反转型表现为前冬(11-12月)和后冬(次年1-2月)欧亚大陆冷暖位相反转(图1右)。这两个模态的年际变化对应于不同的环流形势和物理过程。一致型环流异常主要为负位相/正位相的北大西洋涛动东移,且与北极涛动密切相关,主要由大气内部变率决定,同期的北极涛动指数能够解释其接近60%的方差变化。反转型的形成主要与前期秋季北极涛动异常、北太平洋偶极型海温异常(NPDP)和北极海冰-海温耦合型异常(ACP)相联系(图2)。进一步的研究表明,NPDP是由9-10月类似北极涛动的环流异常所激发,并在前冬引起大气反馈,通过局地海气相互作用和对遥相关波列的调控分别导致东北亚及西西伯利亚地区出现气温异常。ACP则受到前期秋季北极局地环流异常影响,在前冬引起北极地表热通量变化,但此时大气响应局限于极区内。北极海--气相互作用使得大气对ACP的响应在后冬达到巅峰,最终导致欧亚大陆出现了显著的气温反转。位涡动力学也能很好地解释NPDPACP对反转型的影响过程。此外,基于前期秋季北极涛动和ACP指数建立的经验预报模型能够有效预测反转型的发生。因此,前期北极涛动和北极海冰-海温异常是反转型年际变化重要的可预报性来源。

上述研究指出了欧亚大陆冬季气温反转是气温季节内变异的典型主模态,并阐明了前期大气变率通过下垫面热力异常作用于反转型的物理过程(图3),这些成果对于认识欧亚大陆冬季气温季节内变异和对其进行季节预测具有重要的科学意义和应用价值。该研究成果日前在《Climate Dynamics》上发表。


论文信息:

Zhong Wogu, Wu Zhiwei* (2021). Subseasonal variations of Eurasian wintertime surface air temperature: two distinct leading modes. Climate Dynamics.

DOI: 10.1007/s00382-021-06118-8. 



1 基于季节依赖经验正交函数的欧亚大陆冬季气温季节内变异(左)第一模态,即一致型和(右)第二模态,即反转型,白色交叉线(黑点)表示对应模态在该月的解释方差大于35%(在15~35%之间)。


与反转型相联系的下垫面异常:(a10月北太平洋海温异常,(b9-10月北极海温异常,(c9-10月北极海冰异常;(d)反转型,NPDPACP指数的时间序列。


3 欧亚大陆冬季气温“前暖后冷”反转型的概念示意图。