平流層爆發性增溫事件(Sudden Stratospheric Warming,SSW)是冬季平流層中最為壯觀的現象。在SSW事件中,平流層極强的繞極西風環流會在幾天內崩潰,轉變為弱東風;極區的溫度會上升接近50℃。事件爆發後,平流層中的异常訊號下傳,並顯著影響對流層的天氣。平均而言,地面氣壓場异常傾向於轉變為北半球環狀模(Northern Annular Mode,NAM)或北大西洋濤動(North Atlantic Oscillation,NAO)的負模態位相,但並非每次SSW事件演變中的异常訊號都會下傳到地面。
中科院大氣所季風系統研究中心陳文(研究員)團隊的徐啟波(博士候選人)和宋磊(副研究員),首次使用高度-時間域的經驗正交函數分解方法來選取SSW事件的主導演變特徵。他們發現第一模態(I模態)的主導特徵是SSW事件爆發前極渦的强和弱,第二模態(W模態)的主導特徵是SSW事件爆發時增暖的强和弱。
根據每個事件中I模態和W模態的正負和强度,可以將SSW事件分成4類:I+事件、I-事件、W+事件和W-事件。緯向行星波1波的上傳驅動了I+事件的發展,而I-事件的發展由更强的緯向行星波1波和2波共同驅動。相似的,W+事件的發展由緯向行星波1波和2波共同驅動,而W-事件主要由緯向行星波1波驅動。
區別於I-事件和W-事件,I+事件和W+事件會對地面產生很顯著的NAO負模態訊號,表明SSW事件爆發前極渦的狀態和爆發時增暖的强度會影響平流層訊號的下傳與否。這有助於更好地預測SSW事件發生後地面的天氣。
該研究得到了國家自然科學基金(41975051 and 41721004)的資助。
論文資訊:
Xu,Q.,Chen,W.,& Song,L.(2022).Two leading modes in the evolution of major sudden stratospheric warmings and their distinctive surface influence.Geophysical Research Letters,49,e2021GL095431.https://doi.org/10.1029/2021GL095431
圖一SSW事件中NAM index的高度時間演變:平均值&標準差、第一模態、第二模態。
圖二不同SSW事件爆發後的地面氣壓場异常