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全球变暖背景下北半球和南半球平流层冬夏季节转换延后

作者:饶建  发布时间:2021/08/26 17:48:52  浏览量:

对流层极涡一年四季均存在;与之不同,冬半球平流层极区为极涡所盘踞,夏半球平流层为反气旋环流所主导。平流层夏-冬环流过渡非常平稳缓变;而冬-夏环流过渡则较剧烈,且过渡日期存在较大的年际变化。这种平流层绕极区域的冬季西风转变为夏季东风的现象,称为平流层最后增温(SFW)。与爆发增温相似,SFW发生时也伴较强的平流层-对流层耦合过程,对对流层产生尤为显著的影响。

基于CMIP5和最新的CMIP6多模式大数据模拟产品,中层大气团队饶建博士与其合作者共同揭示了南北两个半球SFW爆发日期在历史时期的模拟状况,并对21世纪中后期SFW的可能变化做出了预估。中外大多数模式模拟的SFW较观测平均偏晚10天左右。排除误差干扰,不同排放情景下,尽管SFW爆发日期存在数天的延迟,北半球SFW爆发期间的平流层-对流层耦合强度并无显著变化(图1)。

相比之下,南半球SFW期间平流层-对流层耦合强度呈现出不同的变化特征。在臭氧开始恢复时的1980-2040年,预估的SFW爆发期间平流层-对流层耦合强度并无显著变化,而在2040-2100臭氧已恢复至损耗前水平时,SFW爆发期间的对流层-平流层耦合强度明显加强(图2)。南半球SFW未来变化与南半球极涡的平均态有关,相关研究仍在继续。

图1 (a) 历史模拟试验、(b) SSP245预估试验和 (c) SSP585 预估试验中,北半球SFW爆发前40天到爆发后70天的高度-时间演变合成图。(d) 再分析资料中SFW的演变合成图,可作为当今气候系统中 SFW 演变的参考。(e、f) SSP245 和 SSP585 中 SFW 的演变合成相对于历史模拟试验SFW合成的变化。等高线是 1000-10 hPa 60° N处的纬向平均纬向风异常,浅色和深色阴影分别标出了90% 和95%信度。结果基于CMIP6的多模式集合,CMIP5结果类似,图略。

图2 (a) 历史试验1950-1980 (P1) 年南半球SFW爆发前40天到爆发后70天的绕极西风异常演变合成图。(b、e) 1980-2040 (P2) 期间合成的 SFW演变相对于 1950-1980历史时期合成的变化。(c、f) 2040-2100 (P3) 期间合成的 SFW演变相对于1950-1980历史时期合成的变化。(d) 再分析资料中南半球SFW合成演变。等值线是1000-10 hPa 60°S的纬向平均纬向风异常,深色和浅色阴影分别表示 90%和95%信度。CMIP5结果类似,图略。

文章已在《Climate Dynamics》杂志发表:Rao, J., and C. I. Garfinkel, 2021: Projected Changes of Stratospheric Final Warmings in the Northern and Southern Hemispheres by CMIP5/6 Models. Climate Dynamics, 56(9), 3353−3371.https://doi.org/10.1007/s00382-021-05647-6.

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