北大西洋涛动与欧亚极端天气事件的发生机理

In recent decade, extreme cold events over Euroasian region have a tendency to take place frequently. The physical cause of the outbreak of extreme weather events is investigated in this proposal.The NAO events are first divided into two types of events: In-situ NAO events and transition events from one phase to another. Moreover, the background conditions that affect the extreme weather events can be found out. A statistical study is conducted to understand the frequency of these events and its relationship with the genesis of extreme weather events. On this basis, the background conditions that control the westward-displaced and eastward-displaced NAO events are explored. Using a composite analysis, the mutual relationship between NAO events and European blocking events is investigated to understand how the phase of NAO events affects the blocking activity over Europe. Based upon the daily precipitation and temperature data, the blocking and NAO conditions that dominate the genesis of extreme weather events are found out. Then, the physical mechanism of the outbreak of extreme weather events is examined using the porposed NAO model.

近十年来冬季欧亚极冷天气事件有频繁增加的趋势。本项目拟将北大西洋涛动(NAO)事件分成原地(in-situ)事件和转相(transition)事件。然后将in-situ 事件以及NAO转相事件分成不同的位置(如偏西型和偏东型)，利用统计分析研究这些事件的发生频率以及与极端天气事件的关系，找出这些NAO事件产生的背景条件,然后利用合成分析等统计方法研究这些NAO事件与大西洋欧洲大陆阻塞之间的关系。在此基础上利用降水资料和表面气温资料找出欧亚发生极端天气事件的NAO和阻塞条件,然后利用所建立的NAO理论模式研究其机理。

北大西洋涛动(NAO)是北半球中高纬度地区最重要的低频模态，它对北半球灾害天气有重要的影响，因此一直受到国际大气科学界的广泛重视，它的形成机制及影响也是大气科学一个重要的科学问题。本项目从理论和观测方面主要围绕这个问题开展了以下几个问题的研究：（1）NAO是怎样产生的？（2）NAO与阻塞到底存在什么样的关系？（3）NAO和阻塞对灾害天气有什么样的影响。这些问题的研究不仅有利于揭示中高纬度低频模态的形成机制，而且有利于提高我们对极端灾害天气的预测能力。主要取得了如下重要结果：.基于作者所提出的统一的非线性相互作用(UNMI)理论模型从理论上研究NAO的形成机制，指出先期存在的天气尺度波所产生的流函数倾向的结构决定了天气尺度涡的能量传递方向，它也决定了NAO的位相，而天气尺度涡的变形不重要。特别是我们提出了NAO和阻塞与天气尺度涡的匹配机制。从观测上研究了NAO与阻塞特别是下游阻塞之间的关系。指出NAO正位相(NAO+)有利于下游阻塞的产生，而阻塞的位置取决于北大西洋西风急流的强度。当西风急流较强时，阻塞容易在乌拉尔地区产生；相反容易在欧洲大陆产生。在此基础上研究NAO对欧亚极寒天气特别是中东暴雪的影响；结果发现当NAO是正位相时，若NAO正位相与欧洲阻塞同时发生时，且欧洲阻塞的偶极子结构存西北-东南倾斜，则中东地区容易产生暴雪。我们也探讨了NAO的位相对北极增暖以及东亚地区变冷的影响，结果发现：如果不存在乌拉尔阻塞，NAO对东亚变冷的影响是很小的，但如果NAO+与乌拉尔阻塞并存时，那么它对东亚的变冷有重要调控作用，同时这种配置有利于水汽从北大西洋输送到巴伦支海地区，从而有利于北极增暖，进一步加剧东亚极寒天气的爆发。