欧亚遥相关型位相转换的动力学特征研究

In this study, attention is focused on the positive Eurasian teleconnection (EU+) to negative Eurasian teleconnection (EU-) and EU- to EU+ transitions that occurred during the past a few decades. The asymmetric feature in growth, transition and decaying stage of EU pattern regime transitions as while as the relationship between regime transition event and the interannual variability of the EU pattern are examined. The dynamical analysis is performed to investigate the role of planetary vorticity advection, relative vorticity advection, divergence and transient eddy vorticity flux during the evolution of EU regime transitions. The difference of structure and dynamical feature between the EU+/EU- associated with EU regime transitions and the individual EU+/EU- is also discussed. We further calculate the contribution of storm track, low-frequency disturbances and wave number 1-3 planetary wave to the evolution of EU regime transitions. Another purpose of this research is to analysis the influence of EU regime transitions to Northern Hemisphere circulation in mid-latitude in order to demonstrate that EU pattern can act as a precursor to the East Asia circulation system. Based on above analysis, we will examine the contribution of transition process to the variation of temperature and precipitation anomalies in different subregions of China.

作为中纬度地区重要的低频模态，欧亚遥相关型对北半球冬季环流调整和气候异常有重要影响，因此深入探讨欧亚遥相关型的演变特征和气候效应具有重要意义。本项目以欧亚遥相关型位相转换为研究对象，分析欧亚遥相关型发展、衰亡和位相转换的演变过程、空间结构和非对称特征，认识不同动力过程对欧亚遥相关型位相转换的贡献，探讨低频扰动和不同波数的行星波在欧亚遥相关型位相转换过程中所起的作用，揭示欧亚遥相关型位相转换不同阶段结构和动力特征的差异。在此基础之上，讨论欧亚遥相关型位相转换期间东亚地区环流系统的差异，理解位相转换过程对东亚地区环流系统调整的指示作用，探讨欧亚遥相关型位相转换对我国温度和降水异常时空分布的影响和可能原因，为理解欧亚遥相关型的动力学特征及其对东亚地区气候的影响提供科学依据。

欧亚遥相关型是欧亚上空重要的低频变率模态，是影响北半球冬季欧亚地区气候的重要因子。本研究利用NCEP-NCAR再分析资料以及我国两千多观测站的温度和降水资料，研究了欧亚遥相关型位相转换过程的时空演变特征、动力特征及其对东亚地区大气环流和气候异常的影响。研究发现，欧亚遥相关型存在正位相到负位相和负位相到正位相两类转换事件，1951-2015年两类转换事件各发生92次，生命史均在50天左右。欧亚遥相关型正-负位相转换时刻前16天左右欧亚大陆上空500hP位势高度场开始出现负-正-负-正波列型活动中心，在位相转换时刻前8天左右达到最强；之后随着位相转换的发生位势高度场出现明显调整，在位相转换时刻后第3天位势高度异常反向，形成正-负-正-负的异常中心，并在其后第9天达到最强。对于正-负位相转换而言，发展前期位相强度较强，而负-正位相转换事件发展后期位相较强，具有非对称特征。欧亚遥相关型位相转换中最为重要的动力过程是行星涡度平流引起的位势高度场变化，而瞬变涡动平流对位相转换过程贡献较小。与位相转换过程不同，不考虑位相转换的欧亚遥相关型，瞬变涡动平流在整个位相的发展和衰亡过程中均有贡献，线性过程和非线性过程对其都很重要。随着欧亚遥相关型位相转换，东亚大气环流表现出明显的响应。正-负位相转换事件下，温带急流先减弱后增强，其变化与欧亚型位相转换过程一致；副热带急流则先增强后减弱，其变化滞后于位相转换过程；西伯利亚高压和阿留申低压都表现出先增强后减弱的变化特征，阿留申低压的变化较为滞后。在欧亚遥相关型正-负位相转换过程中，我国大部分地区温度先升高再降低，尤其以东北、南部沿海地区和华东地区更为明显。欧亚遥相关型位相转换过程对我国降水的影响主要表现在黄河以南区域。欧亚遥相关型正-负位相转换前，我国南部地区降水偏少，当欧亚遥相关型转变为负位相时，降水一致增多。欧亚型负位相时环流场不利于冷空气加强并南下，导致冷涌发生频率明显偏少，但强度偏强。