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www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点

我校大气科学学院鲍名副教授与美国华盛顿大学大气科学系Dennis L.
Hartmann教授合作发表在Geophys. Res. Lett.
的论文近期被选为美国地球物理学会研究亮点(AGU research
spotlight)。论文信息:Bao, M., andD. L. Hartmann,The response to
MJO-like forcing in a nonlinear shallow-water model,Geophys. Res.
Lett.,41,1322–1328, doi:10.1002/2013GL057683.

近期,我校大气科学学院张耀存教授课题组在中纬度局地波活动与极端天气气候事件的关系研究方面取得系列进展,成果分别发表在美国地球物理联合会的著名期刊《Geophysical
Research Letters》,以及《Nature》出版集团旗下新期刊《NPJ Climate and
Atmospheric Science》。

与发生在热带中东太平洋的ENSO事件相比,热带印度洋海温异常对我国天气气候的影响更为直接。通常在ENSO发生后,一系列的“热带大气桥”过程,可导致印度洋海温出现异常,并在春季达到峰值。因此热带印度洋被认为是ENSO在东亚地区效应的重要媒介之一。

中国科学院大气物理研究所的最新研究揭示,在年际变化的尺度上,北大西洋海温三极子正异常使得春季青藏高原大气热源增强。这一成果发表在9月的Climate
Dynamics
上。

MJO(热带最显著的低频信号)不仅对热带天气气候,而且对热带外天气气候有重要影响;但其机制并不清楚。Bao
and Hartmann
利用浅水模式试验揭示了其中关键的动力学过程:亚洲副热带急流的出口区是正压能量转换最大的地区,当热带MJO激发的下游Rossby波信号到达急流出口区,将从急流中的纬向平均动能获得最大的扰动动能,并随着MJO东移而保持准定常特征,从而能够沿着球面向中高纬度传播,这与观测特征非常一致。而过去的观点认为MJO是通过上游Rossby波的传播影响热带外与观测并不相符。该研究结果不仅有助于理解MJO如何影响季节内太平洋-北美遥相关、北美天气气候,而且对理解热带外大气低频振荡以及平流层大气环流持续性异常提供了理论基础。(大气科学学院、科技处)

大气扰动波活动变化与大气环流异常及天气气候变化存在显著联系。大气波动变化引起的纬向环流型变化可被用来表征中纬度大气环流异常,比如通过位势高度梯度经向反转定义阻塞系统等,而异常大气环流尤其是西风急流系统异常又对大气波活动强度、传播等特征有调节作用,这种反馈作用使得波活动的发展得到维持,进一步影响北半球天气气候变化及极端天气事件发生发展,这也是国内外一直关注和研究的热点之一。

中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室研究员任荣彩带领学生,对ENSO变异与印度洋海温的多尺度异常的联系进行了研究。发现ENSO事件的延迟衰减可导致其在印度洋的最大效应从春季延迟到夏季,并主导夏季热带印度洋海温的年际尺度异常;然而不同的是,春季作用于印度洋海温异常的重要“大气桥”过程之一——海表风蒸发反馈机制,在ENSO延迟衰减年的夏季不再起作用。由于此时局地海温的大幅度异常,温度因子取代了风力因子,对海表的蒸发过程起主导作用。她们的研究还发现,在1970s前后冷、暖ENSO事件衰减异常的年代际非对称变化,还导致了热带印度洋海温特别是夏季印度洋的显著的年代际增暖,并成为除长期增暖外,印度洋海温最为显著的年代际变化特征。

青藏高原是世界上海拔最高、地形最复杂的高原,其热力强迫对东亚乃至全球大气环流和天气气候有重要影响。前人关于高原大气热源重要性的研究较多,而关于其变率的影响因子的研究较少。

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利用有限振幅波活动方法在前人研究的波活动基础上进一步分析波活动的局地变化特征,有利于把波活动变化与具有大扰动振幅的异常天气系统联系起来。通过将有限振幅波活动运用到500hPa位势高度场分析冬季波活动异常与极端冷事件的影响发现,局地反气旋波活动异常引起环流系统变化,导致欧亚区域热量输送异常从而增加该区域极端冷事件的发生概率。

www.mgm4858.com ,相关研究成果已先后在2012年《地球物理研究快报》(Geo.Phys.Lett.)和2016年的《气候动力学》(Climate
Dynamics
)期刊上发表。该研究受中科院先导海洋专项和国家自然科学基金支持。

www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。大气所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室崔扬帆等结合资料诊断和数值模拟,揭示了晚冬到早春的北大西洋涛动可引起北大西洋海温的三极子分布型并维持到4月份,该海温三极子的暖核该会激发出大气定常Rossby波列并传播至高原北部,通过加强高原上空西风急流使得高原地表感热和大气热源增强,进而有利于东亚夏季风环流和降水的加强。这一工作提出了前期北大西洋海气遥强迫通过调制青藏高原热力强迫从而影响东亚夏季风变率的一种途径。

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论文信息:

www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。论文信息:Cui YF and Duan A, Wu GX, Liu YM, 2014: www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。Interannual
variability of the spring atmospheric heat source over the Tibetan
Plateau forced by the North Atlantic SSTA.
www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。 www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。Climate Dynamicswww.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。
(doi:10.1007/s00382-014-2417-9).

图1
局地有限振幅的示意图,其中蓝色区域表征相对湿水汽波动,黄色表征相对干水汽波活动。

Ren*www.mgm4858.com自己校大气科学大学鲍名副助教随想被选为AGU亮点。 R.-C., SY Sun, Y. Yang and Q. Li, 2016: Summer SST anomalies in
the Indian Ocean and the Seasonal timing of ENSO decay phase, Climate
Dynamics
, 47: 1827-1844, DOI: 10.1007/s00382-015-2935-0.

文章链接

此外,利用该方法计算整层水汽的扰动活动特征发现,热带地区持续向中纬度地区输送水汽,水汽扰动波动异常导致的极端降水强度以及持续时间在整个水循环过程中具有重要作用。冬季,在大气河活动的范围内,大量水汽向其下游输送,如美国西部地区,导致该区域产生极端降水;而在夏季,季风区水汽波动异常也是导致季风区极端降水的原因之一。在未来情景下,中纬度地区全球范围内水汽含量将大幅度增加,水汽扰动活动向中纬度输送尺度加长,同时从水汽输送到降水过程的时间减小,因此造成强度更强、持续时间更短的极端灾害性降水的概率增加。

Li, Qian, R.-C. Ren*, M. Cai and G. X. Wu, 2012: Attribution of the
summer warming since 1970s in Indian Ocean Basin to the inter-decadal
change in the seasonal timing of El Ni?o decay phase, Geophys. Res.
Lett.
, VOL. 39, L12702, 5 PP., 2012,doi:10.1029/2012GL052150.

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图示:晚冬的北大西洋三极子海温异常的暖中心在春季激发出定常正压Rossby波列传播至高原的北部,使得高原上空的西风急流增强。图中红色代表北大西洋地区暖海温异常,绿色代表北大西洋地区冷海温异常,绿色线为高原,黑色及红色线为位势高度异常代表波列。

图2
水汽波活动的气候特征及其未来情境下的变化特征,左图为冬季北美西部地区,右图为夏季东亚季风区

图1
1940s以来各暖ENSO衰减年印度洋海盆海温指数演变,以及冬季ENSO指数与衰减年印度洋海温指数的滞后相关分布。蓝色代表正常衰减年,红色代表延迟衰减年。

该系列工作是由张耀存教授课题组与美国西北太平洋国家实验室Jian
Lu等人合作完成。目前已发表高水平论文三篇,均由课题组成员薛道凯博士为第一作者或共同第一作者完成。该系列工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目共同资助。

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相关成果:

图2
冬季ENSO指数与其衰减年自身指数和与印度洋海温指数的21年滑动相关;以及分ENSO暖事件和ENSO冷事件的滞后自相关和其与印度洋海盆海温指数的滞后交叉相关。空心和实心廓线分别代表1970s前和1970s后的滞后相关分布。

Xue, D., J. Lu, L. Sun, G. Chen, and Y. Zhang, 2017: Local increase of
anticyclonic wave activity over northern Eurasia under amplified Arctic
warming, Geophys. Res. Lett., 44, 3299–3308, doi:10.1002/2017GL072649

Lu J.*, D. Xue*, Y. Gao, G. Chen, L. Leung, and P.W. Staten., 2018:
Enhanced hydrological extremes in the western United States under global
warming through the lens of water vapor wave activity. NPJ Climate and
Atmospheric Science, 1:7; doi:10.1038/s41612-018-0017-9

Xue, D., Lu, J., Leung, L. R., & Zhang, Y.,2018: Response of the
hydrological cycle in Asian monsoon systems to global warming through
the lens of water vapor wave activity analysis. Geophysical Research
Letters, 45.

(大气科学学院 科学技术处)

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