近日,我院楊小怡教授課題組以“Impacts of Sudden Stratospheric Warming on Extreme Cold Events in Early 2021: An Ensemble-Based Sensitivity Analysis”為題在Geophysical Research Letters期刊上發表最新研究成果,闡明了平流層爆發性增暖過程中極渦形態轉變對2021年1–2月北半球極寒天氣的影響,并進一步指出平流層極渦變化特征對次季節尺度寒潮預報的重要意義。
平流層爆發性增暖(Sudden Stratospheric Warming, SSW)是指冬季極區平流層內溫度突然升高并伴隨極渦減弱的異常事件,對地面冷空氣爆發有重要指示意義,SSW事件在具體寒潮過程中的作用亟待探究。基于季節-次季節尺度集合預報與敏感性分析,課題組揭示了SSW對2021年1–2月發生在西伯利亞地區、加拿大西部和美國中部三次主要寒潮過程(圖1)的影響。

圖1 2021年1–2月三次寒潮過程與平流層極渦的演變。(a)–(c):三次寒潮期間地面氣溫異常(填色;單位:K)和海平面氣壓異常的平均值(實線為正異常,虛線為負異常;間隔:10 hPa),綠色框表示寒潮發生區域;(d)日平均50-hPa位勢高度演變(填色;單位:100位勢米),黑色實線表示19,800位勢米等值線。
相較于第三次寒潮過程,前兩次寒潮過程與平流層極渦的早期(提前1-2周左右)形態變化特征關聯更為密切(圖2)。研究進一步定量診斷了平流層前期預報的關鍵區域,該區域內位勢的預報誤差與引發寒潮的對流層天氣尺度環流預報技巧呈現顯著相關。上述研究結果首次明確了SSW事件中平流層極渦“偏移–分裂”的形態轉變對極寒天氣發展的具體影響,定量揭示了準確預報平流層極渦演變特征對次季節尺度寒潮預測的改善作用。

圖2 基于集合預報的寒潮強度與平流層極渦的相關性分布。(a)第一次寒潮過程(C1)區域平均地面氣溫與50-hPa位勢高度的相關系數分布(填色);黑色實線為集合平均的50-hPa位勢高度,表征極渦位置;藍色實線為集合敏感性分析得到的高相關區域。(b)與(a)相似但為第二次寒潮過程(C2)相關結果。
該論文通訊作者為我院楊小怡教授,第一作者為廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室杰出博士后張慕容,合作者還包括廈門市海峽氣象開放重點實驗室副研究員黃亦鵬。該研究受國家重點研發計劃項目(2019YFA0606702)、國家自然科學基金項目(42176222, 41905049)、中國博士后科學基金(2021M7027)以及MEL杰出博士后基金項目資助。
論文來源
Zhang, M., Yang, X.-Y., & Huang, Y. (2022). Impacts of sudden stratospheric warming on extreme cold events in early 2021: An ensemble-based sensitivity analysis. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL096840. https://doi.org/10.1029/2021GL096840
論文鏈接
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2021GL096840