Page 156 - 《高原气象》2025年第5期
P. 156

高     原      气     象                                 44 卷
              1274
             大”效应的重要机制之一。近地表气温的上升几乎                             密， 易造成降温、 降水和大风天气。冬季欧亚大陆
             是近几十年全球增暖的 2 倍， 然而冬季中纬度欧亚                          表面强烈的辐射冷却和整层下沉运动， 有利于西伯
             大陆依旧出现较为频繁的极寒天气事件（Yang and                         利 亚 高 压 的 快 速 形 成（Ding  and  Krishnamurti，
             Christensen， 2012； Walsh， 2014； Lu et al， 2019），   1987； Ding， 1990）， 其较北美大陆发生与冷空气活
             如 2008 年中国南方地区出现显著低温雨雪冰冻灾                          动相关的冬季反气旋频次更多（Ioannidou and Yau，
             害（丁一汇等， 2008； 李崇银和顾薇， 2010）， 2016                  2008）， 是北半球反气旋活动最为频繁、 发展最为
             年， 广州出现 1949 年以来首场降雪（王晓芳等，                         强大的地区。西伯利亚高压是冬季控制欧亚大陆
             2019）， 2018 年北大西洋超强爆发性气旋“格雷森”                      低层的大尺度环流系统， 现有研究主要关注冬季季
             给美国东海岸带来了低温暴雪灾害并导致人员伤                              节/季节内平均的西伯利亚高压长期活动变化及其
             亡（李昱薇等， 2021）， 对人们的生产生活造成极大                        影响（Lü et al， 2019； Zhou et al， 2022， 2024）， 然而
             的不便和负面影响。                                          有研究表明， 冬季欧亚大陆近地面反气旋主要表现
                  前人研究将冬季大气环流的变化、 中纬度地区                         为天气尺度系统（秦育婧和卢楚翰， 2017）， 其活动
             极端寒冷事件与前期北极海冰的快速消融联系起                              与 西 伯 利 亚 高 压 有 着 紧 密 的 关 联（Zhang  et  al，
             来， 例如 Honda et al（2009）研究表明北极海冰损失                  2012）。Inoue et al（2012）研究表明， BKS 海冰很可
             加剧将产生异常湍流热通量， 从而引起西伯利亚高                            能通过斜压性控制气旋路径， 从而驱动“暖北极-冷
             压增强， 导致东亚地区寒冷趋势加剧。北极变暖增                            欧亚”异常发生， 在少冰情况下， 巴伦支海上空的
             强同时将导致 500 hPa 以下垂直厚度梯度减弱， 高                       暖异常与气旋北移引起的异常暖平流有关， 而气旋
             空纬向风减弱， 波峰向北延伸同时振幅增大， 这两                           北移可以在西伯利亚形成异常反气旋， 引发西伯利
             种影响都会减缓罗斯贝波东传速度（Francis and                        亚北部显著异常冷平流。
             Vavrus， 2012）， 并且激发从戴维斯海峡向东南以及                         冬季反气旋的位置、 形状和强度变化会直接对
             从鄂霍次克海向西南方向传播的波列， 使得我国西                            极端寒冷事件造成影响（Park et al， 2010； Zhang et
             北地区上空 500 hPa 位势高度场距平呈现“西高东                        al， 2012）， 故对反气旋进行单体识别以分析其活动
             低”分布（王岱等， 2024）， 会增加干旱、 洪水、 寒                      十分必要。近年来， 深度学习模型逐渐应用于气象
             潮 、  热 浪 等 极 端 天 气 发 生 的 可 能 性 。 Liu  et  al       研究领域， 对传统的识别和预报技术起到了改进和
             （2012）研究表明， 秋季北极海冰面积的减少将导致                         补充的作用（Hong et al， 2017； Zhang et al， 2018；
             阻塞频繁发生， 北极地区秋冬季节大气水蒸气含量                            Wimmers et al， 2019； Rüttgers et al， 2019； Zhang et
             增加， 导致冬季大雪事件增多。Cohen et al（2012）                   al， 2024）。受到海冰影响， 北极区域增暖速度明显
             指出海冰损失促进了北极表面水汽蒸发， 从而导致                            大于中纬度， 全球变暖及北极放大效应又使得极端
             高纬度陆地降雪时间提前， 土壤隔热作用使得地表                            天气发生概率增大， 因此在未来进一步加强的北极
             冷却加快， 北极高压异常导致气旋频率降低， 进一                           放大背景下， 东亚寒冷天气及天气系统的活动会有
             步增强了温度负异常和阻塞高压的发生。                                 怎样的响应？其影响机制又是什么？为了研究以
                  巴伦支海-卡拉海（BKS）大部分海域处于 70°N                     上问题， 本文将使用基于深度学习的二维反气旋客
             以北， 北大西洋洋流作用使得该海域海温比周围海                            观识别算法 Mask R-CNN 模型识别天气尺度反气
             域高得多， 该区域海冰也是北极年际变率的主要大                            旋， 进而对冬季欧亚大陆反气旋的长期活动规律进
             值区， 因而该海域的海冰变化是当前研究的热点。                            行研究统计， 并根据反气旋二维影响区域， 定量计
             BKS海冰减少造成的辐射效应， 会引起海表向上的                           算其携带的冷空气质量及对冷空气质量的贡献率，
             辐射、 感热以及潜热增加从而激发Rossby波向下游                         从而探究未来海冰快速退缩背景下的西伯利亚反
             地区传播并诱发异常经向环流， 使 AO/NAO负相态                         气旋活动与温度异常的联系。
             和 EU 遥相关型出现的概率增大， 即北极近地表温                          2  数据来源与方法介绍
             度变暖而中纬度变冷（Wu et al， 1999； Nakamura et
             al， 2015）。BKS 海温变化同样能对北半球气候产                       2. 1 数据来源
             生影响， 当 BKS 异常增暖， 中高纬欧亚大陆平均西                            本文所用资料为 1981 -2022 年欧洲中期天气
             风强度和垂直切变减弱， 中纬度欧亚大陆会出现大                            预报中心 ERA5 再分析资料（Babar et al， 2019）， 时
             范围的与UB相关的冷异常（Yao et al， 2017）。                     间间隔为 6 h， 水平分辨率为 2. 5°×2. 5°， 包括地表
                  另一方面， 反气旋活动与冷空气活动联系紧                          气压， 海平面气压（Sea Level Pressure， SLP）， 地面
   151   152   153   154   155   156   157   158   159   160   161