Page 53 - 《高原气象》2021年第5期
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高 原 气 象 40 卷
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2 资料选取与方法介绍 我们还计算了极涡面积指数，来进一步分析比
较不同区域极涡面积的变化。极涡面积指数定义
2. 1 研究资料
为采取微元法计算的极涡边界内的区域面积。球
选用欧洲中心（ECMWF）的 ERA-Interim（ERA-
面上微元面积ΔS公式为：
I）再分析资料和美国国家环境预报中心（NECP）的 ∆S = a sin ∅∆∅∆θ （1）
2
CFSR 再分析资料对冬季和秋季北半球极涡移动特 式中：a为地球半径； ∅与纬度相似，为极涡边界内
征进行分析。ERA-I 是欧洲中期天气预报中心第 3
的点与地球球心的连线与地轴的夹角大小。θ 与经
代再分析资料产品，资料从 1979年发布至今，垂直 度类似用来衡量东西方向，取值范围为［0，2π］。
分为 60 层。本文选用的为 ERA-I 再分析资料中等 计算极涡边界内的所有微元面积时，为将∆∅、∆θ取
位温场的位涡（pv）和水平风速 u分量的逐月数据资 无限小，本文均取值为 e （≈0. 0024786）（Zhang et
-6
料 ，时 间 范 围 为 1980-2017 年 ，水 平 分 辨 率 为 al，2016）。极涡面积指数 S定义为某区域范围极涡
0. 75°×0. 75°经纬度网格，10层等熵面高度。 边界内所有微元面积和，即：
CFSR为 NECP第 3代再分析资料，是一个全球 i = n
S = ∆S （2）
高分辨率的大气-海洋-陆面-海冰耦合系统，数据 ∑
i = 1
时间长度为 1979-2010 年。2011 年 CFSR 升级为 式中：n 为所计算区域中极涡边界内所有点的个
CFSRv2，数据长度从 2011 年至今。CFSR 再分析 数，根据公式（2），分别计算北美（225°E-300°E，
数据相较于 NECP-2 再分析资料具有更高的水平和 50°N-75°N）、欧洲（0°-60°E，50°N-75°N）和亚洲
垂直分辨率。本文使用的数据包括等位温场的位 （60°E-150°E，50°N-75°N）区域（范围如图 1所示）
涡（pv）和水平风速 u 分量的逐月数据资料，时间范 的极涡面积指数。文中对等熵位涡和面积指数的
围为 1980-2017 年，水平分辨率 0. 5°×0. 5°经纬度 变化趋势的趋势显著性检验均采用t检验。
网格，16层等熵面高度。
CFSv2 模式为美国国家环境预报（NECP）开发
的 Climate Forecast System version 2（CFSv2）气候预
测模式，它是一个大气-海洋-陆面全耦合的系统。
CFSv2 回报资料（1982-2011 年）每隔 5 天，从初始
条件开始的 9个月逐月平均要素预测。取每个月最
后一次（4 个时刻平均）起报，预测下个月的 16 层等
熵高度层（pv）值和 u 风场数据。2011-2017 年资料
为 CFSv2 Operational Forecasts 业务预测模式资料，
取每个月最后一天（4 个时刻平均）起报，预报下个
月［00:00（世界时，下同），06:00，12:00，18:00］4个
时刻平均的月平均数据。水平分辨率为 1°×1°经纬
度网格，16层等熵面高度。
2. 2 研究方法
极涡边界的分析选用 Nash et al（1996）的方法，
图1 区域极涡面积指数所选的北美（North America）、欧洲
在上面所述的资料中，首先计算各等熵面上的位涡 （Europe）、亚洲（Asia）区域范围示意图
（IPV）等值线所包围区域的面积，在北半球上按照 Fig. 1 Schematic diagram of selected for the Regional Polar
面积大小重新排列这些区域使它们从赤道到北极 Vortex Area Index in the North America，Europe，
点呈单调递增的变化，最后将极涡边界定义为等熵 and Asia regions
位涡梯度最大且靠近西风急流的位置。在ERA-I再 3 极涡特征分析
分析资料中，选取 430，475，530 和 600 K 平均等熵
面的资料绘制极涡边界，在 CFSR 再分析资料和 3. 1 冬季极涡变化特征
CFSv2 模式中，对数据进行插值处理，插值到与 图 2 为 1980-2017 年冬季（12 月至次年 2 月）平
ERA 资料一致的 430，475，530 和 600 K 平均等熵 均的极涡边界年代际变化特征图，图中黑线表示 20
面上来绘制极涡边界。 世纪 80 年代；紫线表示 20 世纪 90 年代；绿线表示
