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大气所揭示北大西洋海气遥强迫对青藏高原春季

2019-12-16 05:35

beat365亚洲官方网站,《自然-通讯》杂志于近日发表了大气科学学院郭维栋教授课题组的论文“Influence of Tibetan Plateau snow cover on East Asian atmospheric circulation at medium-range time scales”。该论文揭示了青藏高原雪盖高频变率对大气环流中期过程的影响,增进了对青藏高原雪盖多时间尺度变率的认识,并希望以此引起学者们对雪盖的“逐日-次季节”高频变率及其天气和气候效应的更多研究。

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。

雪盖是特殊的大气下垫面,其反照率可达0.8以上,而裸土和草地的反照率则仅为0.2左右。雪盖通过其高反照率特性改变地表能量分配并进而影响天气和气候过程。世界“第三极”——青藏高原由于海拔高度高、气温寒冷,具有较高的积雪覆盖率。超过一个世纪的研究表明,在年际、年代际时间尺度上青藏高原雪盖显著影响包括我国在内的亚洲气候。

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。

在“逐日-次季节”高频时间尺度上(指逐日资料揭示的变化周期小于90天的变率),青藏高原雪盖并非固定不变或缓慢变化,而是经常快速变化,青藏高原雪盖的高频变率可解释其总变率的66%。例如,青藏高原在2017年2月15日至2017年2月25日发生了大范围雪盖快速变化:在短短10天的时间内,青藏高原雪盖就从较少覆盖范围快速增长为较大覆盖范围。这种雪盖的快速变化必然引起青藏高原地表反照率的大范围强烈改变,并通过地表能量收支的变化影响后期的大气环流状况。具体的,青藏高原雪盖异常所激发的对流层中高层大气环流异常向下游传播,滞后5–6天时异常大气环流到达东亚高空西风急流关键区。特别是东亚大气环流重要系统——东亚西风急流的强度受到青藏高原雪盖热力扰动的影响,并产生中期变率。上述东亚大气环流对青藏高原雪盖高频变率的响应过程约持续3–8天。

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:Cui YF and Duan A, Wu GX, Liu YM, 2014: Interannual variability of the spring atmospheric heat source over the Tibetan Plateau forced by the North Atlantic SSTA. Climate Dynamics (doi:10.1007/s00382-014-2417-9).

附图1:MODIS Terra卫星所观测到的青藏高原雪盖变化

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附图2:区域气候模式揭示的对流层中高层大气环流(300-hPa纬向风;单位为m/s)对青藏高原雪盖高频变化的响应

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。

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