典型極端低溫事件形成原因?qū)Ρ妊芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 21:32
在全球變暖的背景下,近些年來我國極端低溫事件頻繁發(fā)生,對國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展帶來了不利影響,有必要對極端低溫事件的形成原因進(jìn)行深入研究。本文首先根據(jù)持續(xù)時(shí)間將我國極端低溫事件分為大范圍持續(xù)性低溫事件(the extensive and persistent extreme cold events,簡稱:EPECE)和全國類普通寒潮(the ordinary cold wave events,簡稱:CWE)兩類研究了其環(huán)流場演變情況,并挑選了近年來對我國影響嚴(yán)重的兩次極端低溫過程作為典型個(gè)例進(jìn)行深入研究。其次利用定量化指數(shù)研究了兩次個(gè)例期間高空急流、阻塞高壓(簡稱阻高)和西伯利亞高壓(Siberian High,簡稱SH)這三個(gè)大尺度環(huán)流系統(tǒng)的組合性異常特征。最后,從大氣低頻波和瞬變波兩個(gè)角度研究了兩次個(gè)例期間關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)的生成演變機(jī)制,從而對這兩次典型極端低溫事件的成因作出解釋。主要結(jié)論如下:(1)與CWE相比,EPECE期間歐亞大陸500 hPa環(huán)流場由大型斜脊斜槽系統(tǒng)主導(dǎo),高低層環(huán)流系統(tǒng)的強(qiáng)度更強(qiáng)、范圍更廣;在事件發(fā)生前12(-12)天巴倫支海出現(xiàn)了高壓脊,第-8天SH在歐亞大陸北部加強(qiáng);事件發(fā)生后第4(+4)天,高低層環(huán)流系統(tǒng)的強(qiáng)度略減弱但仍維持著之前的形態(tài)。而CWE期間高層由高壓脊主導(dǎo),未出現(xiàn)明顯的前兆信號,第+4天斜脊和SH大幅度減弱近乎消失。選擇2008年持續(xù)性低溫雨雪冰凍天氣事件和2016年的“霸王級”寒潮作為典型個(gè)例深入研究,發(fā)現(xiàn)兩次過程中2008年降水更強(qiáng),低溫持續(xù)時(shí)間久,2016年降溫更強(qiáng),范圍更廣,降水偏少。500hPa環(huán)流場上,2008年與EPECE一樣由大型斜槽斜脊主導(dǎo),阻高持續(xù)時(shí)間更久,但沒有2016年強(qiáng),且冷空氣主力離我國較遠(yuǎn),因而降溫時(shí)間長但強(qiáng)度不如2016年。中亞中緯度低壓槽活躍,為降水提供了充足的水汽輸送。2016年由極強(qiáng)高壓脊主導(dǎo),阻高異常強(qiáng)大但發(fā)展演變快,前期中緯度橫槽積蓄的冷空氣較強(qiáng),造成短時(shí)間劇烈降溫。(2)利用定量化指數(shù)對兩次事件期間大尺度系統(tǒng)組合性異常特征的研究表明:與氣候態(tài)相比,1月份中東急流和東亞副熱帶急流核頻次在2008年偏強(qiáng)5天,2016年略偏強(qiáng);兩次過程中強(qiáng)度均偏強(qiáng)10 m/s。2008年烏拉爾山阻高頻率高達(dá)45%,西伯利亞高壓指數(shù)(Siberia high Index,簡稱:SHI)呈波動變化,存在20 hPa、14 hPa、8 hPa三個(gè)峰值。2016年阻高頻率為35%SHI峰值高達(dá)37 hPa。2008年溫帶急流更強(qiáng),緯向氣流強(qiáng)而經(jīng)向氣流弱,因而阻高不如2016年強(qiáng),但是阻高的長時(shí)間維持,以及SHI的波動性異常,有利于冷空氣保持一定強(qiáng)度向我國擴(kuò)散,降溫持續(xù)時(shí)間長。中東急流偏東偏強(qiáng)、中緯度低壓槽活躍有利于孟加拉灣和西太平洋向我國的水汽輸送,造成了持續(xù)性降水、凍雨天氣。而2016年阻高異常強(qiáng)大,在西風(fēng)急流的動力調(diào)制下,阻塞高壓脊呈東北-西南走向,引導(dǎo)新地島以東的極強(qiáng)冷空氣南下對SH進(jìn)行加強(qiáng),造成了大范圍劇烈降溫。由于阻高維持時(shí)間短,中緯度低槽不活躍,且冷空氣勢力強(qiáng)勁不利于降水,因而降溫和降水時(shí)間短。(3)利用低頻濾波方法,從大氣低頻波(30-60天)角度研究了這兩次事件環(huán)流系統(tǒng)的低頻特征。結(jié)果表明2008年未濾波位勢高度正(負(fù))距平與低頻高(低)壓相對應(yīng),緯向風(fēng)速正距平與低頻風(fēng)速大值區(qū)一致。阻高、高空急流、北極濤動(Arctic Oscillation,簡稱:AO)等具有明顯的30-60天低頻振蕩特征,表現(xiàn)為系統(tǒng)發(fā)展緩慢、維持時(shí)間久。此外,低頻高壓中心超前于位勢高度正距平中心,表明低頻高壓信號可以提前預(yù)報(bào)形勢的演變過程。2016年初環(huán)流背景場的30-60天低頻振蕩不明顯,這是由于事件時(shí)間短以及兩次過程低頻系統(tǒng)的位置和冷空氣南下路徑不同,但低頻低壓較好地反映了極渦的形成、演變過程,低頻形勢場在一定程度上可以體現(xiàn)AO位相的轉(zhuǎn)變。寒潮爆發(fā)時(shí),AO處于負(fù)位相,中緯度經(jīng)向環(huán)流增強(qiáng),極渦呈現(xiàn)多極型結(jié)構(gòu),積蓄了大量強(qiáng)冷空氣,在阻高脊前偏北氣流和東亞大槽的引導(dǎo)下入侵我國,造成劇烈降溫。(4)以阻高生命期為基準(zhǔn),利用瞬變波的動量、熱量輸送、Eliassen-Palm通量(簡稱:E-P通量)以及Ertel位渦對兩次事件的成因進(jìn)行了研究,結(jié)果表明兩次事件中,在55°N-65°N處均有瞬變波動量輸送[u'v']和熱量輸送[v'T']的輻合,為阻高的發(fā)生、發(fā)展提供了良好的條件。不同的是,在2008年事件第0天,60°N南北兩側(cè)的[u'v']均向北輸送,但北側(cè)的[u'v']小于南側(cè)的,表明[u'v']在60°N處輻合;[v'T']在55°N輻合。而2016年第0天,65°N南側(cè)[u'v']向北輸送,北側(cè)向南輸送,[u'v']在65°N處輻合且比2008年更強(qiáng);[v'T']在60°N輻合,強(qiáng)度更強(qiáng);這與此次事件中阻高更強(qiáng),位置更偏北的特征是相符合的。在第+3天,2008年阻高區(qū)域仍有瞬變波動、熱量的輸送,使得阻高維持時(shí)間更久。此外,兩次事件中阻高區(qū)域均有E-P通量的輻合,西風(fēng)在輻合區(qū)域減速,有利于阻高的建立,2016年的輻合中心更偏北,同樣符合阻高偏北的特征。Rossby波破碎(Rossby wavebreaking,簡稱:RWB)特征分析顯示,第-2天歐亞大陸地區(qū)存在反氣旋式RWB,第0天位渦輸送明顯增強(qiáng),瞬變渦動通過反氣旋式破碎影響阻塞高壓的形成和維持。2016年的RWB強(qiáng)度更強(qiáng),位置更偏東、偏北,使得阻高強(qiáng)度更強(qiáng),位置偏北。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P423
【部分圖文】：
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文典型極端低溫事件形成原因?qū)Ρ妊芯?7圖3-1EPECE事件發(fā)生前12天（-12）至發(fā)生后6天（+6）500hPa位勢高度場（等值線）及其距平（陰影區(qū)）合成場（單位：gpm）,黑色點(diǎn)區(qū)表示合成的500hPa高度距平通過95%信度檢驗(yàn)。Fig.3-1Composited500-hPageopotentialheight(contours)anditsanomalies(shaded)fromtwelvedaysprior(-12)tosixdaysafter(+6)nationwideEPECEevents(Unit:gpm).Thevaluesoverblackdottedregionsarestatisticallysignificantatthe95%confidencelevelofthecomposited500-hPageopotentialheightanomalies.
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文典型極端低溫事件形成原因?qū)Ρ妊芯?8圖3-2全國類CWE事件前12天（-12）至發(fā)生后6天（+6）500hPa位勢高度場（等值線）及其距平（陰影區(qū)）合成場（單位：gpm），黑色點(diǎn)區(qū)表示合成的500hPa高度距平通過95%信度檢驗(yàn)。Fig.3-2Composited500-hPageopotentialheight(contours)anditsanomalies(shaded)fromtwelvedaysprior(-12)tosixdaysafter(+6)nationwideCWEevents(Unit:gpm).Thevaluesoverblackdottedregionsarestatisticallysignificantatthe95%confidencelevelofthecomposited500-hPageopotentialheightanomalies.3.2.2海平面氣壓場特征與500hPa環(huán)流場類似的是，兩類低溫事件期間的海平面氣壓場上西伯利亞高壓的特征也顯著不同。圖3-3、3-4為兩類事件期間海平面氣壓場及距平合成場，可以看到西伯利亞高壓的演變情況。西伯利亞高壓作為冷空氣的聚集地，冬季常常在高空氣流的引導(dǎo)下入侵我國。與上層斜脊斜槽的演變相一致，在EPECE事件
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文典型極端低溫事件形成原因?qū)Ρ妊芯?9發(fā)生前一周，海平面氣壓場已經(jīng)出現(xiàn)了較為明顯的信號，西伯利亞冷高壓在歐亞大陸北部加強(qiáng)，正距平中心位于新地島地區(qū)。此后，隨著斜槽斜脊的發(fā)展東移，冷高壓進(jìn)一步加強(qiáng)并向東南方向擴(kuò)展。至第-2天，增強(qiáng)的西伯利亞高壓已經(jīng)從西伯利亞北部擴(kuò)展到巴爾喀什湖西北部，SH中心強(qiáng)度增加到1050hPa。事件爆發(fā)后，可以明顯看到冷高壓擴(kuò)展至我國長江以北地區(qū)，并伴隨著冷空氣入侵我國，引發(fā)了大范圍的低溫異常。圖3-3全國類EPECE前8天（-8）至發(fā)生后4天（+4）海平面氣壓場（等值線）及其距平（陰影區(qū)）合成場（單位：hPa），黑色點(diǎn)區(qū)表示合成海平面氣壓距平通過95%信度檢驗(yàn)。Fig.3-3Compositedvaluesofsealevelpressure(contours)anditsanomalies(shaded)fromeightdaysprior(-8)tofourdaysafter(+4)nationwideEPECEevents,(Unit:hPa).Thevaluesoverblackdottedregionsarestatisticallysignificantatthe95%confidencelevelofthecompositedsealevelpressureanomalies.圖3-4全國類CWE前8天（-8）至發(fā)生后4天（+4）海平面氣壓場（等值線）及其距平（陰影區(qū)）合成場（單位：hPa），黑色點(diǎn)區(qū)表示合成的海平面氣壓距平通過95%信度檢驗(yàn)。Fig.3-4Compositedvaluesofsealevelpressure(contours)anditsanomalies(shaded)fromeightdaysprior(-8)tofourdaysafter(+4)nationwideEPECEevents,(Unit:hPa).Thevaluesoverblackdottedregionsarestatisticallysignificantatthe95%confidencelevelofthecompositedsealevelpressureanomalies.
【參考文獻(xiàn)】
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本文編號：2875377
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