Page 52 - 《高原气象》2021年第5期

5 期 刘雅静等：NCEP CFSv2对北半球平流层极涡边界年代际变化特征模拟的评估 1013
气温与北半球极涡面积有很强的相关（张婧雯等， 异常也会对对流层产生耦合作用，平流层极端事件
2014）。 要早于地面天气异常。Black and McDaniel（2009）也
极涡是极地高空的大型涡旋性系统，水平范围 研究了极涡变率与平流层-对流层的耦合关系，认
可以延伸到中高纬度地区，垂直范围可以从对流层 为平流层增暖事件对极涡的长期趋势起到了至关
中 上 层 延 伸 到 平 流 层（张 恒 德 ，2005），La seur 重要的作用。Woo et al（2015）发现太平洋年代际振
（1954）最早在天气图上测算出了极涡的大小和位 荡（PDO）对北半球冬季弱平流层极涡事件发生有
置，Angell and Korshover（1977）用面积和余纬估计 显著影响。Zhang et al（2016）发现冬季北极极涡在
这两种方法计算了 300 hPa 上极涡的面积。1992 年 过去的 30年中持续向欧亚大陆转移，在 2月明显远
之后，研究者开始在位势高度场上计算极涡大小及 离北美，极涡转移引起欧亚大陆和北美部分地区的
面积，Burnett（1993）详细给出了计算极涡面积的公 降温，抵消了对流层气候变暖的影响。Huang et al
式和方法。Nash et al（1996）运用等熵面位涡确定 （2018）分析了北极平流层极涡向欧亚大陆的转移
了极涡边界和极涡崩溃的条件。Waugh（1997）运用 事件，发现该事件会导致对流层高度异常，表面温
“椭圆法”，即根据位涡或长生命周期的微量气体的 度降低。Castanheira and Barriopedro（2010）研究了
等值线梯度变化定义了极涡边界，得到了极涡的面 北半球阻塞事件与平流层极涡强度变化之间的动
积、大小和结构，并分析了极涡的变化特征。Gi‐ 力学联系，发现增强波振幅与平流层极涡减速有
meno et al.（2007）总结了分析极涡的方法，定义 关，这有时可能导致位移型平流层变暖（SSW）事
50 hPa最大平均纬向风速的地转流线作为极涡的边 件。在行星波破碎、平流层爆发性增暖、平流层对
界，并计算了极涡的平均纬度、强度、面积和温度。 流层的动力耦合等过程中，极涡都扮演者重要的
易明建（2009）按照 Baldwin and Dunkerton（2001）的 角色。
方法计算了北半球环状模（NAM）指数，当 NAM 指 近年，开始对极涡变化进行模式评估及预测的
数为正时对应极涡较强，NAM 指数为负对应极涡 研究，如陆春晖等（2014）利用国家气候中心大气环
较弱。中国气象局采用 500 hPa 等压面上主西风带 流模式 BCC_AGCM2. 1 的 30 年模拟试验资料对极
轴线附近某一等高线以北所包围的面积为该等压 涡爆发性增温过程进行数值模拟，发现 BCC 模式
面上极涡的面积，用 500 hPa 等压面与极涡南界等 对平流层极涡季节变化特征模拟较好，但对平流层
高线所在等高面之间的空气质量来表示极涡的强 爆发性增温事件模拟较差。刘玉镇等（2012）发现
度（极涡与气温长期预报课题协作组，1990）。沈柏 大气环流模式 SAMIL 和北京气候中心大气环流模
竹等（2010）发现利用 NCEP/NCAR、ECWMF 再分 式 BCC_AGCM 对平流层极涡的模拟偏冷偏强。
析资料计算的极涡面积和强度与国家气候中心的 Hurwitz et al（2010）分析发现 CCM 模式可以模拟出
极涡面积和强度指数具有显著的相关性。 南极极涡破裂时间。Seviour et al（2016）评估了
已有的研究从不同方面对极涡特征和影响进 CMIP5模式对极涡的平均状态和极涡分裂、位移事
行了分析研究。李小泉和刘宗秀（1986）计算了极 件的模拟能力，发现模拟结果与实况均存在偏差。
涡的一些强度指数，并分析了它们的特征。张恒德 关于 CFSv2模式的模拟能力，韦志刚等（2019）发现
（2005）发现极涡与副热带高压、阻塞高压及季风等 CFSv2 模式对寒潮事件提前 0 天、5 天、10 天和 15
大气环流因子共同对大气和气候产生影响。易明 天有一定的模拟能力。周宁芳和贾小龙（2018）发
建（2009）利用等熵位涡分析了极涡的气候特征及 现 CFSv2 模式对夏季北半球阻塞高压预报能力较
其异常变化，讨论了极涡异常变化对对流层大气环 好，但随着预报时效的增加预报能力下降。Sabeer‐
流和区域气候的影响。熊光明等（2012）研究发现 ali et al（2019）研究发现 CFSv2 模式对大西洋纬向
极涡存在准 13 年的年代际震荡，并且极涡的强弱 模式（AZM）模拟能力较差。
变化会影响我国冬季的气温和降水。姜忠宝等 然而，目前对区域极涡移动特征的比较研究还
（2013）研究了北半球不同高度上的极涡环流指数， 不充分，主要业务模式对秋冬季节极涡移动特征的
发现极涡面积和强度在不同高度上的大小变化不 模拟水平尚缺乏系统的评估分析。本文将对北半
同。James et al（2000）发现臭氧长时间尺度的强烈 球平流层极涡区域移动特征及相互联系进行分析，
波动与平流层极涡的形状、强度和位置的变化有密 并就 CFSv2 模式预测系统对北半球平流层极涡秋
切关系。Polvani and Waugh（2004）发现平流层不仅 冬两季年代际移动特征的的模拟水平进行评估
仅是简单的接受对流层的波动影响，平流层环流的 分析。