CD:北极海冰在冬季北大西洋涛动影响东北亚初夏降水过程中的作用
发布时间: 2021-01-05


东北亚地区人口密集,同时是重要的粮食产区。初夏作为农作物抽穗和移植的关键时期,期间降水量的多寡是影响该地区粮食产量的重要因素之一。而寻找影响东北亚地区初夏降水的关键前兆因子,理清其影响的物理过程和机理,提升北亚地区初夏降水的季节预测水平,对于农业生产有着重要意义。

近日,我系张鹏博士、吴志伟教授(通讯作者)和金蕊博士发现前期冬季(12-2月)北大西洋涛动(NAO)通过下垫面持续性北极海冰异常在调控和预测东北亚初夏(5-6月)降水第二主模态中的重要作用(图1)。再分析资料分析表明:从初冬(12-1月)到春季(2-4月),北大西洋三级子海温异常与NAO之间显著的正反馈机制使得NAO信号得以维持,而负位相NAO异常通过平流作用加速巴伦支海海冰的形成。春季,虽然北大西洋与NAO之间的海-气正反馈机制减弱,但偏多的巴伦支海海冰通过冰-气间辐射反馈机制得以维持到初夏。观测与数值实验结果显示:初夏,偏多的巴伦支海海冰反射回更多的向下太阳辐射,引起局地表面温度降低(图2a)和欧亚中-高纬度急流的减弱(图2b),扰动能量沿着急流波导向下游传播诱发从极地经东西伯利亚到达热带外西太平洋的“+-+”纬向位势高度场异常(图2c),通过异常水汽输送并配合朝鲜半岛-日本地区(东北亚大陆)辐合(散)运动,显著的类似东北亚初夏降水第二主模态的南-北“偶极型”降水异常控制东北亚地区。

最后利用交叉验证(cross-validation)方法,基于前期冬季NAO指数建立经验模型对东北亚初夏降水“偶极子”模态进行回报(hindcast)的技巧为0.47(图3)。上述结果表明,冬季NAO信号是东北亚初夏降水第二模态年际变化的重要可预报性来源。


RefZhang Peng, Wu Zhiwei and Jin Rui (2021) How can the winter North Atlantic Oscillation influence the early summer precipitation in Northeast Asia: effect of the Arctic sea ice. Climate Dynamics. DOI: 10.1007/s00382-020-05570-2.


1 a)初夏(5-6月)降水异常与前期冬季(12-1月)NAO指数回归场。阴影区为通过了显著性95%90%t检验区域。(b)初夏(5-6月)东北亚降水EOF第二模态。(a)、(b)中紫框为“偶极子”降水定义区域。(c1979-2017年初夏东北亚偶极降水指数(黑线)、冬季NAO指数(红线)和PC2的时间序列。


2 初夏(5-6月)巴伦支海海冰正异常强迫下(a)表面温度异常场,(b500 hPa纬向风异常场,(c500 hPa水平风和位势高度异常场,(d)水汽通量与辐散运动异常场。阴影区在(a)、(b)中表示异常值大于1 ºC (m/s) 或小于 -1 ºC (m/s),(c)中表示大于20 gpm或小于-20 gpm,(d)中表示大于0.5 m/s或小于-0.5 m/s


3 a)基于冬季NAO指数(红色曲线)、北大西洋三级子海温指数(蓝色)建立的东亚冬季风表面温度北方模态的回报(hindcast)经验模型;(b)经验预报指数与初夏(5-6月)降水异常回归场。阴影为通过了显著性95%90%t检验区域。