冬季北半球两大风暴轴协同变化影响我国寒潮活动的机理研究

In synoptic sense, the cold wave activity of China is although directly influenced by the synoptic eddies over Eurasian continent, the strongest eddies of this synoptic scale are located rather than over the Eurasian continent but over the northern Pacific and Atlantic storm tracks, which may obviously exert considerable impact on the cold wave activity of China through up- and down-stream effects. As the direct relationship between the storm tracks and the cold wave activity of China is still hardly revealed at present, and considering of its important scientific significance and application value, it is thus need to be fully investigated. On the basis of inter-annual temporal scale, the project will study and reveal the covariation characteristics of the northern Pacific and Atlantic storm tracks as well as its possible influence of ways and mechanism on the cold wave activity of China, through several case studies of the daily evolution processes and with focus especially on the diagnoses of the possible influence of changes in the feedback effect and propagating tracks of the storm tracks on the changes in the atmospheric circulation of northern hemisphere and then the cold wave activity over China. The potential results will physically and theoretically provide a better understanding of the mechanism as well as forecast skill of the cold wave activity in China.

从天气学意义上讲，冬季我国的寒潮活动是由欧亚大陆的天气尺度涡动直接影响的，但是北半球冬季天气尺度涡动最强烈的区域并不在欧亚大陆，而是分别位于北大西洋和北太平洋的两大风暴轴上，显然，其异常通过上下游效应对我国寒潮活动的影响不可忽视。但目前还鲜有直接关于风暴轴异常与我国寒潮活动之间联系方面的研究，因此，开展对其的研究十分必要，具有重要的科学意义和应用价值。本项目拟利用观测分析和动力诊断相结合，在年际尺度上，研究揭示冬季北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴的协同变化规律，同时，重点通过诊断这种风暴轴异常的反馈作用和传播路径变化等对大气环流的可能影响及其与我国寒潮活动的联系，并结合个例的逐日过程分析，研究揭示北半球风暴轴异常影响我国寒潮活动的可能途径和物理机制。为深入理解我国寒潮活动的变化机理及提高其预测水平，提供重要的物理基础和理论依据。

北半球冬季天气尺度涡动最强烈的区域分别位于北大西洋和北太平洋的两大风暴轴上，其短期气候异常如何通过上下游效应对我国寒潮活动产生影响，目前还尚未完全弄清楚。本项目利用观测分析和动力诊断相结合，对冬季北太平洋风暴轴（PST）和北大西洋风暴轴（AST）的协同变化规律及其影响我国寒潮活动的可能途径和物理机制进行了系统的研究，并取得了以下一些有意义的结果：（1）从所定义的冬季北半球两大洋风暴轴的纬度、经度和强度指数来看：虽然从原始序列来看，两个风暴轴之间各指数之间的相关关系均并不显著，但是对于年际分量序列和年代际分量序列，两个风暴轴之间均具有显著的协同性变化，其中，在年际尺度上，两者仅强度变化之间具有显著的正相关，而在年代际尺度上，AST的经度（纬度）变化与PST的强度（纬度及强度）变化均具有显著的负相关。（2）经验正交函数分解（EOF）分析的结果表明，两个风暴轴之间协同变化的空间结构在年际尺度上反映的主要是强度的变化，第一模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并伴随AST整体和PST东部均略有北抬（南压），第二模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并仅伴随AST整体略有南压（北抬）；而在年代际尺度上，第一模态为AST整体偏北（南）中东部偏强（弱）与PST整体偏南（北）中东部偏弱（强）的反位相协同变化；第二模态为两个风暴轴的强度在其气候平均位置附近同时增强（减弱）的一致性协同变化。（3）进一步分析表明，两个风暴轴之间以不同模态协同变化时，与同期海温、遥相关型及环流异常和我国冷空气活动等海气系统之间均呈现出很好的空间耦合关系，但具有不同的特点。（4）综合来看，冬季北半球两大风暴轴协同变化影响我国寒潮活动的可能途径和物理机制为：风暴轴的协同变化会引起天气尺度瞬变涡动的传播出现异常，而这种传播异常既可以直接影响我国寒潮活动，也可以通过其反馈作用影响大气环流来间接影响我国的寒潮活动。因此，本项目研究成果对加深理解冬季北半球两大风暴轴的协同变化规律及其影响我国寒潮活动的物理机制，并提高其预测水平，具有重要的科学意义和应用价值。