平流層爆發(fā)性增溫對(duì)我國(guó)天氣氣候的影響

平流層爆發(fā)性增溫對(duì)我國(guó)天氣氣候的影響

1爆發(fā)層爆發(fā)性增溫平等步層（ssw）是平流層獨(dú)特的氣候運(yùn)動(dòng)，通常發(fā)生在冬季和春季。1952年，德國(guó)科學(xué)家史基格首次發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。此后，人們?cè)絹碓疥P(guān)注和研究了扁平步層的氣候運(yùn)動(dòng)。另一方面，斯皮格等人通過探測(cè)和空氣數(shù)據(jù)解釋了1957年的爆發(fā)性溫度變化。freice等人通過雷達(dá)勘探分析了1973年冬季扁平步層貨發(fā)性溫度變化。后來，許多科學(xué)家進(jìn)一步研究了ssw的生成機(jī)制。毛崔諾認(rèn)為，流層爆炸的形成是由于傳播流層的星波，并與基本氣相互作用。這一理論更好地解釋了爆發(fā)性溫度的物理過程，許多科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了研究和證實(shí)。在流量層的這種傳播和熱態(tài)平流層的爆發(fā)性溫度影響，理論上得到了許多科學(xué)家的認(rèn)可。在psw發(fā)生時(shí)，平流層的高度急劇增加。隨著大氣循環(huán)的調(diào)整，強(qiáng)ssw的跡象沿著極西向東轉(zhuǎn)化為東風(fēng)，極軸崩潰。一般來說，平流層的爆發(fā)性增溫主要發(fā)生在北半球，而高差小于北半球。在研究爆發(fā)性增溫的初期,多認(rèn)為平流層僅是被動(dòng)地接受對(duì)流層行星尺度擾動(dòng)上傳的影響,而爆發(fā)性增溫過程很難驅(qū)動(dòng)或者很少能夠?qū)?duì)流層天氣和氣候產(chǎn)生影響.但隨著探測(cè)手段的進(jìn)步,獲得的觀測(cè)資料也越來越豐富,許多科學(xué)家開始注意到平流層的一些變化在對(duì)流層天氣氣候的變化中也起到了相當(dāng)大的作用.Hartmann等分析南、北極平流層臭氧含量的變化時(shí)發(fā)現(xiàn),兩個(gè)極區(qū)的臭氧損耗引起了近二十多年來中高緯度冬末春初大氣環(huán)流的改變以及地面溫度的增加.Hartley等強(qiáng)調(diào)了平流層對(duì)對(duì)流層影響的重要性,指出盡管對(duì)流層大氣質(zhì)量和密度比平流層大得多,但平流層引起的擾動(dòng)振幅仍可達(dá)到對(duì)流層頂擾動(dòng)的一半.有關(guān)北極濤動(dòng)(AO)的一些研究也發(fā)現(xiàn),AO信號(hào)最早出現(xiàn)在平流層并可向下傳播,大概經(jīng)過20天到達(dá)地面;當(dāng)AO的強(qiáng)異常自平流層下傳到對(duì)流層后,能夠?qū)?duì)流層的天氣尺度系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響.其實(shí)早在1977年,Quiroz就通過研究1977年的一次爆發(fā)性增溫發(fā)現(xiàn),在平流層爆發(fā)性增溫時(shí)平流層中高緯度緯向環(huán)流出現(xiàn)反氣旋性異常,并且這個(gè)異常能從平流層一直延伸到地面并影響對(duì)流層天氣系統(tǒng).隨后的研究也證明平流層爆發(fā)性增溫不僅在平流層有劇烈的環(huán)流異常發(fā)生,對(duì)流層也會(huì)受其影響發(fā)生一系列的變化.Baldwin和Dunkerton也發(fā)現(xiàn)作為平流層向?qū)α鲗觽鞑バ盘?hào)的重要系統(tǒng)的北極濤動(dòng)與爆發(fā)性增溫有明顯關(guān)系,其信號(hào)在對(duì)流層下傳過程中不僅振幅比較大,而且維持時(shí)間也相當(dāng)長(zhǎng).鄧淑梅等通過研究平流層爆發(fā)性增溫的時(shí)空分布認(rèn)為,北半球發(fā)生SSW期間平流層溫度場(chǎng)和環(huán)流場(chǎng)的異常變化也會(huì)影響到對(duì)流層.雖然,過去也有一些關(guān)于平流層爆發(fā)性增溫對(duì)區(qū)域天氣氣候影響的研究,但是關(guān)于平流層爆發(fā)性增溫影響我國(guó)的天氣氣候具體過程和途徑還不是很清楚.本文擬對(duì)1957年到2002年間的平流層爆發(fā)性增溫事件進(jìn)行研究,探索平流層爆發(fā)性增溫可能對(duì)東亞冬季風(fēng)及中國(guó)天氣氣候產(chǎn)生的影響;同時(shí),考慮到ENSO的成熟期在冬季,它對(duì)東亞冬季風(fēng)又有明顯影響,本文還將探討強(qiáng)SSW在ENSO影響東亞冬季風(fēng)及中國(guó)天氣氣候中所起的作用.2強(qiáng)ssw事件的定義本文所用的資料是歐洲中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)的ERA-40再分析資料.該資料共45年(1957年9月～2002年8月),水平分辨率為2.5°X2.5°,資料在垂直方向有23層,最高層次為1hPa,資料包括溫度場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)、緯向風(fēng)場(chǎng)、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)和垂直速度場(chǎng).世界氣象組織1963年規(guī)定,北半球平流層強(qiáng)爆發(fā)性增溫需要兩個(gè)條件:在10hPa或以下的平流層里,60°N到極地的緯向平均溫度的經(jīng)向梯度發(fā)生反轉(zhuǎn);極渦減弱南移,極地被暖高壓控制,極區(qū)西風(fēng)環(huán)流轉(zhuǎn)為東風(fēng)環(huán)流.本文將爆發(fā)性增溫(SSW)事件分為強(qiáng)增暖(MASSW)和弱增暖(MISSW)兩類,并作如下定義:其中為緯向平均，當(dāng)Δ[T]>0,Δ[H]>0,即當(dāng)10hPa高度上60°N到極地的緯向平均溫度的經(jīng)向梯度發(fā)生反轉(zhuǎn),同時(shí)相應(yīng)的位勢(shì)高度的經(jīng)向梯度也發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)定義為強(qiáng)SSW事件;當(dāng)Δ[T]>0,Δ[H]<0,即當(dāng)10hPa高度上60°N到極地的緯向平均溫度的經(jīng)向梯度發(fā)生反轉(zhuǎn),而相應(yīng)的位勢(shì)高度的經(jīng)向梯度未發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)定義為弱SSW事件.依據(jù)上面的定義,通過計(jì)算和分析得到1957年到2002年的45個(gè)冬季共有33次強(qiáng)SSW事件,21次弱SSW事件(表1).此外,我們還定義在SSW事件中,10hPa上60°N到極地的緯向平均溫度的經(jīng)向梯度發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí),即Δ[T]>0,為一次SSW事件的開始,并且當(dāng)這種南北向的溫度梯度達(dá)最大時(shí),即Δ[T]=max,為SSW事件的爆發(fā)期.在對(duì)強(qiáng)、弱SSW事件進(jìn)行合成分析時(shí),以爆發(fā)的日期為第0天,向前和向后分別取20天和40天作為一次SSW事件過程.本文研究強(qiáng)SSW在ENSO影響東亞氣候中的作用時(shí),參考Nino3.4指數(shù),確定了11個(gè)暖事件(E1Nio)年,分別為1957、1963、1965、1969、1972、1976、1982、1986、1987、1991、1997和9個(gè)冷事件(LaNia)年,分別為1964、1967、1970、1973、1975、1984、1988、1998、1999.本文在研究強(qiáng)SSW事件前期行星波的上傳時(shí)參考了Ceen等使用EP通量診斷行星波活動(dòng)的方法,即定義:其中F為EP通量,DF為EP通量散度,ρ是空氣密度,a是地球半徑,φ是緯度,R是空氣常數(shù),f是地轉(zhuǎn)參數(shù),H是大氣標(biāo)高,u和v分別是緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng),T是溫度,取緯向波數(shù)1～3表示行星波.此外,在研究過程中,本文還用了合成分析和EOF分析的方法.3爆發(fā)性增溫對(duì)平流層天氣氣候的影響表1是以本文定義的爆發(fā)性增溫的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)得到的1957年9月到2002年8月間的33次強(qiáng)SSW事件和21次弱SSW事件.需要說明的是,平流層環(huán)流由冬季型向夏季型的轉(zhuǎn)換過程中,都伴隨一次爆發(fā)性增溫,一般稱之為最后一次爆發(fā)性增溫,這類爆發(fā)性增溫事件多發(fā)生在春季;而在表1統(tǒng)計(jì)的爆發(fā)性增溫事件多發(fā)生在冬季,沒有包含最后一次爆發(fā)性增溫.從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看,45個(gè)冬季中有8年沒有出現(xiàn)強(qiáng)SSW或者弱SSW,其余各年都有強(qiáng)SSW或者弱SSW事件發(fā)生.統(tǒng)計(jì)的結(jié)果與王玉佩等和鄧淑梅等的研究結(jié)果基本一致.圖1是合成的強(qiáng)、弱SSW事件中60°N以北區(qū)域平均溫度異常、位勢(shì)高度異常、緯向風(fēng)異常的時(shí)間-高度剖面.可以很清楚地看到強(qiáng)SSW事件中溫度異常、位勢(shì)高度異常和緯向風(fēng)異常的強(qiáng)度都大于弱SSW事件中的異常,并且持續(xù)的時(shí)間也要比弱SSW事件中的異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng).對(duì)于強(qiáng)SSW事件,溫度異常、位勢(shì)高度異常和緯向風(fēng)異常不僅僅出現(xiàn)在SSW的爆發(fā)期,即我們定義的第0天,事實(shí)上,從前20天開始平流層高層就已經(jīng)出現(xiàn)了異常;而且異常信號(hào)最強(qiáng)的位置和出現(xiàn)時(shí)間與溫度、位勢(shì)高度場(chǎng)和緯向風(fēng)變化最大的位置和時(shí)間相一致,這些異常在平流層出現(xiàn)后,還會(huì)隨時(shí)間逐漸發(fā)展到對(duì)流層;上述異?？梢恢背掷m(xù)到爆發(fā)期后的40天,甚至更長(zhǎng)時(shí)間.由此可見,爆發(fā)性增溫不僅是局限在平流層的現(xiàn)象,它的發(fā)生會(huì)對(duì)對(duì)流層的天氣氣候產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊?Thompson等的研究指出,北半球極地和中高緯度海平面氣壓場(chǎng)存在一種反相的振蕩,并稱之為北極濤動(dòng)(ArcticOscillation,AO).其后Baldwin等發(fā)現(xiàn)這種振蕩不只存在于海平面氣壓場(chǎng),北半球位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)也存在這種類似的振蕩型,并且還認(rèn)為AO的異?？梢杂善搅鲗酉聜鞯綄?duì)流層,進(jìn)而對(duì)對(duì)流層的天氣氣候產(chǎn)生影響.平流層爆發(fā)性增溫導(dǎo)致平流層北半球高緯地區(qū)溫度升高、位勢(shì)高度增加,必然使得平流層AO減弱.為了說明這一點(diǎn),我們?cè)趫D2中分別給出了合成的強(qiáng)、弱SSW事件中各等壓面上AO指數(shù)隨時(shí)間的變化.這里AO指數(shù)的計(jì)算參考了Baldwin等的方法,通過計(jì)算緯向平均位勢(shì)高度的EOF第一模態(tài)取代以往計(jì)算20°N以北所有格點(diǎn)資料EOF第一模態(tài)的方法.從圖2中的結(jié)果可以看出,不論是強(qiáng)SSW還是弱SSW,平流層高層都有很強(qiáng)的負(fù)AO信號(hào).不同的是負(fù)的AO信號(hào)在強(qiáng)SSW事件中有很明顯的下傳,最快在5天左右已經(jīng)能夠到達(dá)對(duì)流層,并且對(duì)對(duì)流層的影響可以持續(xù)到30到35天.而在弱SSW事件中負(fù)的AO信號(hào)沒有明顯下傳并影響到對(duì)流層.從上面的分析來看,平流層強(qiáng)SSW事件產(chǎn)生的環(huán)流異常不只局限于平流層內(nèi)部,它能夠下傳到對(duì)流層并對(duì)對(duì)流層的天氣氣候產(chǎn)生影響;而平流層弱SSW事件產(chǎn)生的環(huán)流異常無論范圍還是強(qiáng)度都要比強(qiáng)SSW事件產(chǎn)生的環(huán)流異常小.因此,下面我們將主要就強(qiáng)SSW事件對(duì)中國(guó)天氣氣候的影響進(jìn)行分析.4中緯度和高緯度位勢(shì)高度對(duì)比我國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū),冬季主要受東亞冬季風(fēng)的控制,冬季風(fēng)的強(qiáng)弱對(duì)我國(guó)冬季的天氣氣候有十分重要的影響.從氣候平均場(chǎng)上來看,東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)不僅包括對(duì)流層下層中高緯度的西伯利亞高壓、阿留申低壓和對(duì)流層中層500hPa的東亞大槽,以及與這些系統(tǒng)相配合的東亞地區(qū)的偏北風(fēng)(寒潮),而且還包括了副熱帶地區(qū)的西太平洋高壓.東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部這些子系統(tǒng)的變化將導(dǎo)致東亞季風(fēng)的異常,對(duì)我國(guó)冬季的天氣氣候造成直接的影響.在前面的分析中我們已指出,強(qiáng)SSW事件中平流層的異常能夠下傳到對(duì)流層,這種下傳的影響可以持續(xù)到30天以上的時(shí)間.因此,我們將33個(gè)強(qiáng)SSW事件第0天到第41天分成4個(gè)時(shí)段(分別為第0天到第10天、第11天到第20天、第21天到第30天、第31天到第41天),然后分別將溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)的異常進(jìn)行合成,從而通過對(duì)東亞冬季風(fēng)各子系統(tǒng)異常變化的研究來分析強(qiáng)SSW對(duì)東亞冬季風(fēng)的影響,以及由此造成的對(duì)我國(guó)冬季天氣氣候的影響.圖3是4個(gè)時(shí)間段75°E～135°E經(jīng)度帶平均位勢(shì)高度距平的緯度-高度剖面,這里選取的75°E～135°E主要是考慮它是我國(guó)所在的經(jīng)度范圍.強(qiáng)SSW后,高緯度地區(qū)從對(duì)流層到平流層高層是一致的正位勢(shì)高度距平,從異常強(qiáng)弱的變化來看,高緯的正位勢(shì)高度距平是逐漸向下發(fā)展的.同時(shí),在中緯度平流層有負(fù)的位勢(shì)高度距平向下伸展,這個(gè)負(fù)異常有明顯的下傳趨勢(shì),并且逐漸影響到對(duì)流層低層的位勢(shì)高度場(chǎng).中緯度和高緯度位勢(shì)高度異常的這種反位相現(xiàn)象與前文提到的AO振蕩是一致的.Matsuno[31認(rèn)為上傳的行星波是導(dǎo)致平流層SSW的重要原因,我們將平流層SSW爆發(fā)周期61天逐日EP通量進(jìn)行合成(圖4),發(fā)現(xiàn)第0天前后高緯度EP通量距平有明顯相反的特征.平流層強(qiáng)SSW爆發(fā)前有強(qiáng)的行星波上傳,“極地波導(dǎo)”增強(qiáng),而強(qiáng)SSW爆發(fā)后極渦崩潰,繞極西風(fēng)轉(zhuǎn)為東風(fēng),行星波不能在東風(fēng)中傳播,“極地波導(dǎo)”減弱.陳文等在研究行星波與東亞冬季風(fēng)的關(guān)系時(shí)指出,行星波低指數(shù)時(shí)(即“極地波導(dǎo)”異常強(qiáng);“低緯波導(dǎo)”異常弱)東亞大槽加深,西伯利亞高壓與阿留申低壓同時(shí)增強(qiáng),造成影響我國(guó)的冬季風(fēng)增強(qiáng),而行星波高指數(shù)時(shí)則相反.我們注意到,強(qiáng)SSW第0天之前,500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上北半球高緯位勢(shì)高度異常呈1波的特征,在東亞大槽的平均位置上,位勢(shì)高度是負(fù)異常,因此東亞大槽加深,伴隨著強(qiáng)的冬季風(fēng)異常影響我國(guó)東北地區(qū),在東北、華北地區(qū)形成大范圍的降溫(圖5).對(duì)流層低層西伯利亞高壓和阿留申低壓是東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)重要成員,兩者的強(qiáng)度和位置也決定了東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)弱變化.西伯利亞高壓和阿留申低壓的同時(shí)增強(qiáng)必然導(dǎo)致兩個(gè)系統(tǒng)間的氣壓梯度增強(qiáng),形成異常強(qiáng)的偏北氣流,冬季風(fēng)增強(qiáng).強(qiáng)SSW第0天之前,在對(duì)流層低層西伯利亞高壓和阿留申低壓的平均位置上分別是位勢(shì)高度正距平和負(fù)距平(圖6),意味著西伯利亞高壓和阿留申低壓增強(qiáng)和加深,冬季風(fēng)增強(qiáng).也就是說,由于強(qiáng)SSW爆發(fā)前有強(qiáng)行星波的擾動(dòng),東亞冬季風(fēng)增強(qiáng).強(qiáng)SSW第0天到第10天,500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)異常呈一種環(huán)狀模的形態(tài)(圖5),即高緯為正異常帶,中緯為負(fù)異常帶,與之對(duì)應(yīng)的對(duì)流層低層位勢(shì)高度異常也呈明顯的環(huán)狀模態(tài),也就是說位勢(shì)高度異常場(chǎng)上的波動(dòng)特征不明顯.在對(duì)流層低層的異常風(fēng)場(chǎng)上,中高緯度是一致減弱的西風(fēng).這與第0天前的位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)異常的特征有明顯的不同.隨后,在強(qiáng)SSW事件發(fā)生后的第11天到第20天1000hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)上(圖略),我們發(fā)現(xiàn)在西伯利亞高壓和阿留申低壓的平均位置上分別有正的位勢(shì)高度距平和負(fù)的位勢(shì)高度距平形成,并且在第21天到第30天這兩個(gè)正距平和負(fù)距平逐漸增強(qiáng).也就是說,西伯利亞高壓將增強(qiáng),而阿留申低壓將加深.同時(shí),500hPa上北太平洋地區(qū)一個(gè)負(fù)的位勢(shì)高度距平中心逐漸增強(qiáng),并向西擴(kuò)展,使得東亞大槽平均位置上位勢(shì)高度降低,東亞大槽加深.在強(qiáng)SSW第10天以后,冬季風(fēng)再次異常增強(qiáng),在1000hPa上我國(guó)東部形成冬季風(fēng)型的異常風(fēng)場(chǎng)(圖6).從我們合成的EP通量的結(jié)果來看(圖略),環(huán)流的變化導(dǎo)致這個(gè)時(shí)段“極地波導(dǎo)”減弱,“低緯波導(dǎo)”增強(qiáng),是行星波活動(dòng)高指數(shù)期.根據(jù)陳文等的理論,行星波高指數(shù)時(shí)東亞冬季風(fēng)應(yīng)該減弱,而我們的結(jié)果卻正好相反.我們認(rèn)為這次東亞冬季風(fēng)的增強(qiáng)是區(qū)別于強(qiáng)SSW爆發(fā)前有行星波所導(dǎo)致的冬季風(fēng)增強(qiáng)的,其應(yīng)該是由于強(qiáng)SSW爆發(fā)后異常信號(hào)的下傳在對(duì)流層的擾動(dòng)所形成的.另外,從位勢(shì)高度場(chǎng)的分析中,我們也注意到強(qiáng)SSW爆發(fā)后第21天以后同處于中高緯度地區(qū)西伯利亞高壓和阿留申低壓分別對(duì)應(yīng)正距平和負(fù)距平,說明對(duì)流層中緯地區(qū)位勢(shì)高度異常的分布有很強(qiáng)的經(jīng)向不對(duì)稱性,這可能是異常信號(hào)受到地形以及其他作用的影響造成的.爆發(fā)性增溫的主要特征就是平流層極區(qū)溫度在短時(shí)間內(nèi)的急劇增加.圖7是75°E～135°E經(jīng)度范圍內(nèi)溫度距平的緯度-高度剖面.從圖中可以看到,爆發(fā)性增溫發(fā)生后,高緯度是正的溫度距平,而中緯度有明顯的負(fù)距平向下發(fā)展,這與位勢(shì)高度場(chǎng)的特征相同,溫度場(chǎng)在高緯度與中緯度的正距平和負(fù)距平的分布也形成一種反位相的AO振蕩.這個(gè)中緯度的溫度負(fù)距平在強(qiáng)SSW爆發(fā)后的初期還保持在平流層低層和對(duì)流層高層,隨著時(shí)間的推移,這個(gè)負(fù)距平帶逐漸向下發(fā)展,到了第21天到第30天時(shí)已到達(dá)700hPa附近.我們也注意到,中緯度的負(fù)距平逐漸向下發(fā)展時(shí),有一個(gè)向高緯度傾斜的趨勢(shì),溫度場(chǎng)這個(gè)特征在位勢(shì)高度場(chǎng)上并不那么明顯.圖8a和8b分別給出的是強(qiáng)SSW爆發(fā)后第21天到第30天和第31天到第41天1000hPa的溫度距平場(chǎng),圖中可以看到亞歐大陸北部都是負(fù)的溫度距平,其中我國(guó)的北部地區(qū)也處于負(fù)溫度距平的范圍內(nèi).強(qiáng)SSW爆發(fā)后,平流層異常信號(hào)的下傳使得500hPa東亞大槽加深、對(duì)流層低層西伯利亞高壓和阿留申低壓同時(shí)增強(qiáng),導(dǎo)致冬季風(fēng)增強(qiáng),有利于冷空氣活動(dòng),因此1000hPa上亞歐北部及我國(guó)東北、華北都是負(fù)的溫度異常.而在強(qiáng)SSW爆發(fā)前,由于行星波的擾動(dòng),冬季風(fēng)增強(qiáng),我國(guó)東北、華北地區(qū)也是負(fù)的溫度異常(圖略).我們也注意到圖8中由于冬季風(fēng)增強(qiáng)使得我國(guó)東北、華北地區(qū)溫度降低,但是我國(guó)中部及南方大部分地區(qū)卻是正的溫度異常.對(duì)這種情況目前還不能給予很好的解釋,需要進(jìn)一步的研究.另外,強(qiáng)SSW后平流層到對(duì)流層高層溫度場(chǎng)異常的分布呈環(huán)狀模態(tài),高緯和低緯是明顯的反位相分布,而對(duì)流層低層溫度場(chǎng)異常分布在經(jīng)向上是不對(duì)稱的,這與位勢(shì)高度場(chǎng)異常的分布特征相同.這可能造成了圖7中平流層中緯度的負(fù)溫度距平向下發(fā)展時(shí),在對(duì)流層中下層中緯度地區(qū)有一部分正溫度距平.綜上所述,強(qiáng)SSW發(fā)生前后有兩個(gè)不同的過程導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)增強(qiáng).在強(qiáng)SSW爆發(fā)前對(duì)流層有異常強(qiáng)的行星波上傳,受到行星波的影響東亞大槽加深、西伯利亞高壓和阿留申低壓同時(shí)加強(qiáng),導(dǎo)致冬季風(fēng)的增強(qiáng),我國(guó)東北、華北地區(qū)溫度降低.強(qiáng)SSW爆發(fā)以后,由于平流層環(huán)流的變化導(dǎo)致行星波上傳減少,對(duì)流層中高緯度異常西風(fēng)轉(zhuǎn)向平直.與此同時(shí),由SSW所產(chǎn)生的環(huán)流異常在平流層高緯度地區(qū)使得位勢(shì)高度增加,而中緯度是負(fù)的位勢(shì)高度距平.高緯度與中緯度的正、負(fù)異常形成AO型振蕩,這種AO振蕩逐漸下傳并對(duì)對(duì)流層產(chǎn)生影響.這常也使得在強(qiáng)SSW爆發(fā)以后東亞大槽異常加深,也有利于較強(qiáng)東北風(fēng)氣流影響我國(guó)東北、華北地區(qū)?？梢哉J(rèn)為,強(qiáng)SSW的發(fā)生對(duì)應(yīng)著對(duì)流層兩次冬季風(fēng)增強(qiáng),但這兩次增強(qiáng)有不同的物理機(jī)制。在強(qiáng)種影響在對(duì)流層低層具有很強(qiáng)的經(jīng)向不對(duì)稱性,使得對(duì)流層低層西伯利亞高壓增強(qiáng)和阿留申低壓加深,東亞冬季風(fēng)增強(qiáng),我國(guó)東北、華北地區(qū)溫度偏低.而在500hPa上東亞大槽平均位置的負(fù)位勢(shì)高度異SSW爆發(fā)之前,冬季風(fēng)增強(qiáng)是對(duì)流層行星波擾動(dòng)造成東亞大槽加深的結(jié)果,而強(qiáng)SSW爆發(fā)之后冬季風(fēng)的增強(qiáng)是由于平流層異常信號(hào)的下傳使得東亞大槽加深以及西伯利亞高壓和阿留申低壓同時(shí)增強(qiáng).5nina年一系列的研究已經(jīng)表明,ENSO的發(fā)生對(duì)我國(guó)冬季的天氣氣候也有顯著的影響,一般是ElNi?o年冬季將使得東亞冬季風(fēng)減弱,我國(guó)東部氣溫偏高;而LaNi?a年冬季將使得東亞冬季風(fēng)增強(qiáng),我國(guó)東部氣溫偏低.同時(shí),ENSO的發(fā)生還會(huì)對(duì)平流層的大氣環(huán)流產(chǎn)生影響,我們已有的研究表明,一般在ElNi?o年,平流層QBO的西風(fēng)位相維持的時(shí)間會(huì)偏短,而LaNi?a年維持的時(shí)間會(huì)偏長(zhǎng).已有研究還指出ElNi?o期間有異常強(qiáng)的行星波上傳,通過合成的ElNi?o年和LaNi?a年冬季(12月～2月)緯向1～3波EP通量和EP通量散度異常分布,可以看到ElNino年冬季平流層高緯地區(qū)確有強(qiáng)的行星波上傳,LaNi?a年冬季行星波上傳減弱(圖略).而根據(jù)Matsuno的理論,上傳的行星波是導(dǎo)致平流層爆發(fā)性增溫的一個(gè)重要原因,那么ElNi?o年冬季異常的行星波上傳是否會(huì)導(dǎo)致ElNi?o年強(qiáng)SSW事件增多呢?下面我們將對(duì)此進(jìn)行分析研究.表1中我們已經(jīng)給出了45年爆發(fā)性增溫的情況,同時(shí)也標(biāo)記出了哪些是ElNi?o年和LaNi?a年。從統(tǒng)計(jì)的情況來看,11個(gè)ElNi?o年冬季共發(fā)生強(qiáng)SSW事件10次和弱SSW事件4次;9個(gè)LaNi?a年冬季共發(fā)生強(qiáng)SSW事件5次和弱SSW事件0次.總體來看,ElNi?o年冬季利于發(fā)生SSW,尤其是強(qiáng)的SSW事件(概率幾乎是LaNi?a年冬季發(fā)生強(qiáng)SSW事件的兩倍).這個(gè)結(jié)果與Taguchi和Hartmann用WACCM模式模擬的ElNi?o年爆發(fā)性增溫會(huì)增多的結(jié)果是一致的.因此可以認(rèn)為,ElNi?o年異常的海溫變化所激發(fā)行星波上傳增強(qiáng),可能會(huì)導(dǎo)致平流層強(qiáng)SSW的增多.而本文前面的分析已經(jīng)表明,強(qiáng)SSW事件發(fā)生的過程中東亞冬季風(fēng)有增強(qiáng)的現(xiàn)象,從而影響我國(guó)冬季的天氣氣候.具體來說,ElNi?o通過增強(qiáng)的行星波能導(dǎo)致冬季風(fēng)增強(qiáng),同時(shí)由于行星波的上傳所導(dǎo)致的強(qiáng)SSW事件,可以再一次地引起東亞冬季風(fēng)的增強(qiáng).然而以前關(guān)于ENSO影響東亞天氣氣候的研究認(rèn)為ElNi?o事件通過Hadley環(huán)流和Ferrel環(huán)流的異常將影響東亞寒潮的活動(dòng),ElNi?o年冬季東亞季風(fēng)多偏弱[26～.28,31].本文研究得出的ElNi?o通過行星波以及產(chǎn)生平流層強(qiáng)SSW導(dǎo)致東亞季風(fēng)偏強(qiáng)的結(jié)果雖然與過去的研究結(jié)果不一樣,但并非是完全矛盾的.它們表明ENSO這種強(qiáng)信號(hào)對(duì)東亞天氣系統(tǒng)影響的途徑不是單一的,ENSO對(duì)東亞冬季風(fēng)或者東亞天氣氣候的影響情況應(yīng)該是多種途徑綜合作用的結(jié)果.就ENSO事件對(duì)東亞冬季風(fēng)的影響而論,ElNi?o事件除了通過海氣相互作用直接引起對(duì)流層環(huán)流異常,導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)偏弱外,還可能通過上傳行星波的增強(qiáng)使冬季風(fēng)增強(qiáng)以及上傳行星波導(dǎo)致的平流層強(qiáng)SSW的產(chǎn)生,并通過異常大氣環(huán)流從平流層下傳到對(duì)流層,最終導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)偏強(qiáng).無疑,本文的結(jié)果與已有研究結(jié)果的結(jié)合,為我們以后研究ENSO對(duì)天氣氣候的影響提出了一個(gè)新的思路.在表1中我們發(fā)現(xiàn)1976年為ElNi?o年,而1976冬季共有2次強(qiáng)SSW事件,所以本文以1976年為例來說明強(qiáng)SSW在ENSO影響我國(guó)天氣氣候中的作用.在1000hPa溫度距平場(chǎng)上(圖9a),1976年冬季我國(guó)中部和北部地區(qū)都被溫度負(fù)距平所覆蓋,溫度場(chǎng)的冷中心位于西伯利亞中部地區(qū).同時(shí)在1000hPa上,西伯利亞高壓和阿留申低壓的平均位置分別對(duì)應(yīng)有正的位勢(shì)高度距平和負(fù)的位勢(shì)高度距平,也就是說1976年冬季有西伯利亞高壓異常加強(qiáng)和阿留申低壓異常加深,這將導(dǎo)致1976年?yáng)|亞冬季風(fēng)的異常增強(qiáng).在500hPa高度上(圖9b),有負(fù)的位勢(shì)高度距平位于東亞大槽的平均位置上,也就是說1976年?yáng)|亞大槽異常南伸(偏強(qiáng)),有利于槽后冷空氣的向南爆發(fā),東亞冬季風(fēng)的異常偏強(qiáng).圖9c中的風(fēng)場(chǎng)異常表明有北風(fēng)異常,也證實(shí)了上面的分析.從圖9可以看出,1976年冬季環(huán)流的特點(diǎn)和我們之前分析的強(qiáng)SSW后環(huán)流的特點(diǎn)有很好的一致性.1976年卻是ElNi?o年,按以往的研究結(jié)果,ElNi?o年?yáng)|亞冬季風(fēng)應(yīng)該偏弱,而這里我們清楚地看到1976年的東亞冬季風(fēng)卻偏強(qiáng),怎么解釋呢?我們認(rèn)為1976年冬季因平流層有多次強(qiáng)爆發(fā)性增溫的發(fā)生,行星波的增強(qiáng)以及爆發(fā)性增溫導(dǎo)致的平流層異常環(huán)流的下傳,使得東亞冬季風(fēng)異常偏強(qiáng).因此,平