Page 10 - 《高原气象》2023年第1期
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高 原 气 象 42 卷
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放大”现象(Spielhagen et al, 2011; Yoshimori et al, 现北极涛动负位相, 促进“暖北极-冷欧亚”格局的
2017; Smeed et al, 2014)。然而最近有观测和模型 形成(Cohen et al, 2014a; Ao and Sun, 2015), 并使
表明尽管 AMOC 在减弱, 海洋向北的热输送仍有 海 冰 范 围 减 少(Rigor et al, 2002; Zhang et al,
可能增加。越来越多的证据表明 AMOC 的减弱不 2003)。当秋季欧亚大陆积雪异常偏少时, 乌拉尔
是驱动北极增温的原因, 而是北极增温产生的结果 山阻塞高压西北侧西南风异常, 有利于北大西洋暖
(Smeed et al, 2014)。 湿气流的极向输送促进北极变暖(Luo et al, 2016)。
除了洋流之外, 大气环流也是热量与水汽的重 北极与欧亚积雪的联系可能受到低纬度海温
要输送通道。随着低纬度地区的大气变得更加温 的影响。研究表明, 墨西哥湾流锋的北移会导致暖
暖 和 湿 润 , 极 向 输 送 的 热 量 和 水 汽 也 会 增 加 平流向巴伦支海-喀拉海海域输送, 使海冰减少,
(Ghatak and Miller, 2013)。北极变暖会导致纬向 促进北极变暖(Sato et al, 2014)。此外, La Niña 引
风径向分量增加(见 2. 1), 北极地区可通过槽脊与 起的赤道大西洋变冷可以持续到次年冬季, 然后与
低纬度地区进行热量和水汽交换。Cai (2005)认为 赤道大西洋海温异常激发 Rossby 波列向欧亚大陆
向极地输送的大气热量导致了北极放大效应, 而水 传播, 导致北极海冰减少, 在赤道海温异常和北极
汽的输送进一步增强了北极放大。Hwang et al 海冰减少的共同作用下使北极增暖(Matsumura
(2011)在 CMIP3 模型中发现, 北极放大与 21 世纪 and Kosaka, 2019)。
大气(海洋)极向热输送之间存在负(正)相关。研 3 “北极放大”现象对中纬度地区天
究 表 明 , 远 程 变 暖 在 北 极 变 暖 中 占 主 导 地 位
(Chung and Räisänen, 2011), 海冰融化使北极变暖 气气候的影响
加剧(Screen and Simmonds, 2013)。除此之外, 北 北极变暖和海冰消融如何通过大尺度环流影
极涛动(AO)与北大西洋涛动(NAO)也被证实与北 响中纬度地区天气气候一直是气象学界关注的重
极变暖有关。在过去 50 年里, 对流活动的增强导 点。目前认为北极与中纬度地区的联系主要通过
致中纬度西风带的增强, 由于大西洋板块的地转 两种机制实现: 一是基于北极变暖影响当地气压场
性 , NAO/AO 的 正 位 相 得 到 加 强(Hoerling et al, 的分布, 并影响中纬度阻塞事件的发生; 二是秋季
2011)。分析 20世纪中期的数据资料发现, NAO 指 海冰减少通过对流层-平流层动力学联系影响北半
数与北极温度有相关性——NAO 指数的年际变率 球大气环流进而影响中纬度天气气候。以上两种
与 60°N -90°N 的地面温度数据显著相关。这表明 机制都是通过大气加热场的变化影响北半球大气
NAO 的加强和热带海洋的变暖对北极变暖有一定 环流进而影响天气气候。
贡献。 3. 1 北极升温对阻塞事件的影响
2. 4 中高纬度积雪对“北极放大”现象的影响 北极地区低层大气的加热增加高空气压, 使得
积雪的高反照率和低热传导率会影响下垫面 等压面厚度增加。高层压力梯度的变化引起纬向
性质, 影响地表辐射平衡, 阻碍地表与大气间热量 风的变化。随着纬向风分量减弱, 经向风量增加形
和水汽交换, 对气候产生重要影响(Hahn and Shuk‐ 成槽脊, 这些槽脊可以使极地空气南下进入中纬度
la, 1976)。卫星观测表明, 欧亚大陆积雪范围在过 地区和较低纬度暖空气向北侵入北极地区。研究
去几十年里呈增加趋势(Cohen et al, 2012; Mu‐ 表明, 自 1979 年以来, 秋、 冬两季纬向风减弱, 波
dryk et al, 2013)。积雪的增加可能会导致大陆的 振幅增加, 这些变化与北极变暖和近些年来中纬度
冷却并加强欧亚大陆西北部上空的西伯利亚高压, 极端天气一致(Francis and Vavrus, 2012)。这种周
欧亚大陆西北部的脊和东北部的槽有利于行星波 期常被称为“阻塞”事件。模型研究表明, 北极变暖
的直接强迫, 增强行星波垂直波能, 使其传播到对 与美国和欧亚大部分地区冬季严寒有关。当北极
流层(Nakamura et al, 2019; Cohen et al, 2007), 这 海冰被开阔海水所取代时, 北极的地表温度急剧升
可能导致平流层极地涡旋的破坏(Hopsch et al, 高, 而中纬度地区的温度下降(Warshaw and Rapp,
2012; Mori et al, 2014)。目前, 有大量研究证实了 1973)。Honda et al (2009)的观测数据表明海冰减
秋季欧亚大陆积雪与北极涛动之间的关联。秋季 少与欧亚大陆冬季温度异常有关。Peings and Mag‐
欧亚大陆积雪异常偏多时, 引起冬季准定常行星波 nusdottir (2014)在一组大气模型中发现, 2007 -
向上传播, 导致平流层极涡减弱, 极区位势高度增 2012 年期间的海冰异常通过对流层-平流层耦合产
加, 平流层-对流层相互耦合, 导致冬季对流层出 生了中纬度大陆冬季末期的大气响应, 有利于中纬