科學家從位渦梯度的角度研究北極增暖對大氣阻塞的影響

近二十年來冬季北極顯著增暖，而東亞顯著變冷並且極寒天氣頻發。已有的研究表明東亞變冷與烏拉爾阻塞頻繁發生密切相關。然而北極增暖（主要是巴倫支-喀拉海）如何引起烏拉爾阻塞的變化而影響中緯度極寒天氣，這是一個尚未解決的難題。

近期，中國科學院大氣物理研究所研究員羅德海與博士研究生陳曉丹、紐約州立大學教授 Aiguo Dai、墨爾本大學教授 Ian Simmonds 合作，從能量頻散和非線性強度的角度出發，解釋了北極增暖如何影響大氣阻塞的生命周期。首先，羅德海等人從其阻塞理論模型出發，提出了阻塞系統的行為依賴於阻塞的能量頻散和非線性強度。可以發現阻塞的能量頻散正比於位渦（PV）的經向梯度，而阻塞的非線性強度反比於位渦的經向梯度。當位渦梯度較小時，阻塞系統的能量頻散減弱，非線性強度增強，有利於阻塞系統的維持。反之，當位渦梯度較大時，阻塞系統的頻散增強，非線性強度減弱，不利於阻塞系統的維持。因此北極增暖，可以通過改變西風的水平結構和強度而改變位渦的經向梯度，從而影響中高緯度阻塞的維持。這為北極增暖和中緯度極端天氣之間聯繫的研究提供了新的視角。

如下圖所示，在北極冷的情況下，中緯度歐亞地區的位勢渦度低，而寒冷的高緯度(如巴倫支-喀拉海區域)位勢渦度高，位渦的經向梯度大。這時阻塞系統的能量頻散強，而非線性弱，不利於阻塞維持，對於這種情況，強的極寒天氣很難發生。而當北極海冰減少或北極增暖時，位渦經向梯度較小，阻塞的頻散性較弱而非線性較強，有利於生命阻塞的產生，從而產生強的極寒天氣。

該研究已被刊登在Journal of Climate上。

圖：北極增暖通過影響位勢渦度（PV）經向梯度來調製烏拉爾阻塞的生命周期。

來源：中國科學院大氣物理研究所

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！