冬季海温异常影响北太平洋东部型风暴轴的数值试验

马小娇,朱伟军,曾鼎文,孙思远

(南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室,江苏 南京 210044)



冬季海温异常影响北太平洋东部型风暴轴的数值试验

马小娇,朱伟军,曾鼎文,孙思远

(南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室,江苏 南京 210044)

摘要：最强中心出现在160°W以东地区的北太平洋风暴轴定义为东部型风暴轴,针对这种短期气候异常现象,利用大气环流模式CAM 3.0对其可能的外部强迫机制进行探究,主要关注赤道中东部和黑潮海区正、负海温异常的影响。结果表明:赤道海区负海温异常对风暴轴东部型的出现有重要意义,当该海区海温为负(正)异常且黑潮海区海温正(负)异常时,风暴轴表现为东(西)部型。风暴轴在中、东太平洋地区低层斜压性的增强,是太平洋风暴轴中、东端天气尺度涡动活动增强的主要原因。当出现东部型时,北太平洋东部区域急流强度增强,涡动斜压增长偏强,涡动的热量和动量输送加强,风暴轴和急流的反馈也加强;反之亦然。冬季赤道海区引起的大气响应范围较广,而黑潮海区的影响较为局地,尤其是黑潮海区的负异常主要影响风暴轴入口区域,表现为关于海温异常强迫的符号非对称性。

关键词：北太平洋东部型风暴轴;海表温度异常;数值试验

0引言

风暴轴既是指天气尺度瞬变波最强烈的区域,又代表天气尺度瞬变波本身。自Blackmon(1976)、Blackmon et al.(1977)利用滤波资料发现风暴轴以来,风暴轴的研究已逐渐成为三维瞬变波动力学研究的一个重要分支。冬季北半球天气尺度的瞬变涡动活动被组织成两大风暴轴,分别位于中纬度的两大海洋上。瞬变波动促进了热量、动量和位涡的再分布,对大气的温度分布及其他大气环流基本特征的维持具有重要的意义。

研究表明,北太平洋风暴轴的纬向结构是冬季强且偏西南,夏季弱且偏东北;太平洋风暴轴不仅存在多中心现象,且最强中心常出现在160°W以东地区(丁叶风等,2006;傅刚等,2009;李莹等,2010;朱伟军等,2013;王娜和孙照渤,2014)。如果将此种情形下的分布结构定义为东部型风暴轴,总体而言,则春夏季较容易出现东部型,秋冬较难;单就冬季而言,出现东部型异常的概率大约为三分之一。此外,当出现东部型时,风暴轴最大值中心位于东部,强度偏弱,容易出现“多中心”型,且较气候平均位置更偏北。

太平洋东部区域的风暴轴有着异于总体的独特的分布特征。冬季北太平洋不同区域风暴轴的年代际变化EOF分析表明,风暴轴整体的前两个空间模态分别反映其强度变化和南北跳跃;东部区域的EOF结果则分别反映了风暴轴在东部区域的经向移动和强度变化。

进入21世纪,东部型风暴轴的出现呈上升趋势,这种短期气候异常可直接引起其附近阿留申低压及阻塞形势的异常(Nakamura and Wallace,1990;陆日宇,2001;刁一娜等,2004)。由于其直接位于北美西海岸附近,对下游的北美大气环流及其大西洋风暴轴有显著的影响,同时对整个北半球大气环流和我国天气气候的异常也都具有重要影响。

关于风暴轴的维持机制,很多学者对此进行了研究,基本气流的斜压不稳定是涡动发展的一个主要原因,显然风暴轴与对流层上部的急流有很好的对应关系(Trenberth,1984;Karoly,1990;韩博等,2007),它的西端为强斜压性结构,到东端逐渐转变为相当正压结构。涡动的直接热力效应、涡度通量和平均非绝热加热的共同作用能够促成风暴轴的自我维持。如:西边界流的潜热释放对风暴轴有维持作用(Hoskins and Valdes,1990);另一方面,加强的西边界流使得海洋锋区增强,感热通量的输送增强,从而增强近地面的斜压性,也能加强并维持风暴轴(Nakamura et al.,2004,2008)。袁凯(2012)从局地能量变化方程出发,认为北太平洋东部风暴轴区域的天气尺度涡动动能主要由涡动有效位能向涡动动能的斜压转换提供。

在基本气流和风暴轴的紧密联系过程中,通过局地效应和遥响应,热带及北太平洋海温异常可能起着至关重要的加强或调制作用。暖池上空热源强迫所形成的准定常行星波可以从菲律宾周围经东亚传播到北美的西海岸(Huang and Li,1987)。赤道东太平洋冬季海温异常主要影响冬季北太平洋风暴轴的东西摆动和中、东端的强度变化,能够在北半球冬季高度场强迫出类似PNA型的响应(吴国雄和王敬方,1997;朱伟军和孙照渤,2000a;Li et al.,2006)。黑潮区域的SST异常可以强迫出一个局地的海盆尺度的大气响应(Peng and Whitaker,1999),影响冬季北太平洋风暴轴中、西端的强度变化和南北位移,且这种影响与500 hPa高度场上的WP遥相关型有密切联系(朱伟军和孙照渤,2000a)。

在北太平洋160°W以东区域,由于斜压性较弱,一般认为是风暴轴衰亡的地区。对于该区出现风暴轴最强中心的原因,目前的认识还非常有限,由于这很难用已有的风暴轴内部动力学机制来解释,外强迫因素的影响显得更加重要。因此,本文拟采用数值模拟的方法,深入探究冬季海温异常对北太平洋风暴轴的影响,重点诊断赤道中东太平洋和黑潮区域的强迫作用及其相对贡献率。

1资料和方法

文中所用的观测资料为:1)美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日和逐月再分析资料,包括位势高度场、风场、温度场,水平分辨率为2.5°×2.5°;2)英国Hadley中心整编的逐月SST资料,水平分辨率为1°×1°。资料的时间长度均为1957年1月至2012年4月。

CAM3.0(Community Atmosphere Model v3.0)是美国国家大气研究中心(NCAR)研制的公共气候系统模式(Community Climate System Model)中的大气部分。它被广泛应用于各种大气环流现象、气候变化等方面的模拟和大气对海温、海冰异常强迫的响应研究,该模式能够较好地描述东亚地区的大尺度气候特征及典型的环流系统(曾刚等,2007,2009;李忠贤等,2010;胡海波等,2011)。

本文采用简单数据海洋模式DOM(Data Ocean Model),以月平均海温和海冰作为边界场驱动模式大气运行。水平分辨率采用T42即2.8°×2.8°。垂直方向上采用η坐标,坐标面与地表面相重合,在地表以上某个高度变为p坐标,坐标顶层为2.917 hPa,共26层。

首先采用31点对称数字带通滤波器(李莹和朱伟军,2009),从逐日原始资料直接滤出2.5～6 d的瞬变涡动,然后计算某时段内的平均方差,即为该时段的带通滤波方差(以下简称滤波方差)。其他方法有经验正交函数(EOF)分解、回归分析及显著性检验等。冬、春、夏、秋四季分别指12月—次年2月、3—5月、6—8月和9—11月。

2风暴轴东部型与太平洋SSTA的关系

本文采用李莹等(2010)对风暴轴东部型的定义,并利用500 hPa位势高度滤波方差表征风暴轴,将北太平洋由西至东划分为西、中、东部太平洋,对应的经度范围为120～160°E、160°E～160°W和160～120°W。

统计北太平洋风暴轴月平均最强值的空间分布情况,并对北太平洋各区域的风暴轴进行EOF分析,将第一、二模态的时间系数分别回归到冬季海温场上。结果表明:风暴轴整体强度的变化与黑潮区域海温异常相关,其南北跳跃则与赤道中东太平洋海区和北太平洋海区海温的反相关变化密切联系(图略)。这些结果与以往研究(朱伟军和孙照渤,2000b;朱伟军等,2000,2013;李莹等,2010)基本一致。

研究指出,北太平洋地区存在两种主要的海气耦合型,一种是ENSO型,另一种是独立于ENSO的北太平洋型,而这可能与太平洋的年代际振荡有着一定的联系(Zhang et al.,1996;An and Wang,2005;任雪娟等,2007)。本文主要研究季节时间尺度的变化,因此对北太平洋中部海区不作讨论。选定的两个海温关键区分别为:赤道中东太平洋(179.5°E～99.5°W,7.5°S～7.5°N)和黑潮区域(120.5～169.5°E,22.5～37.5°N)。

对各海区逐年冬季区域平均正(负)SSTA进行标准化处理,取大于一个标准差的年份,参照这些年份该海区正(负)平均SSTA的大值作为敏感试验加入的正(负)SSTA的量级,并根据EOF时间系数回归的海温关键区确定模式SSTA的区域,最终将合成的赤道太平洋正SSTA、黑潮海区正SSTA作为敏感试验中加入的SSTA(图1),并用相反的SST异常场作为模式对照的负SSTA。

图1　模式中赤道中东太平洋和黑潮区域加入的正海温异常(间隔:0.3 ℃)Fig.1　Positive SSTA over the EP and KC areas in the model(interval:0.3 ℃)

3试验方案设计

对模式自带的气候平均态下垫面资料(包括下垫面温度和海冰)求冬季(12月—次年2月)平均值,作为控制试验(Control)的稳定下垫面场。敏感试验在海温场上叠加前述合成的SSTA,其他条件均不变。设计4对共8组敏感试验(表1),分别为:赤道太平洋(EP)海区叠加正(P)、负(N)异常海温;黑潮区域(KC)叠加正(P)、负(N)异常海温;赤道太平洋(EP)正(负)、黑潮区域(KC)正(负)异常海温;赤道太平洋(EP)正(负)、黑潮区域(KC)负(正)异常海温。

表1控制试验、敏感试验名称

Table 1Names of control and sensitive tests

控制试验敏感试验ControlEPP,EPN;KCP,KCN;EPP&KCP,EPN&KCN;EPP&KCN,EPN&KCP。

取冬季气候平均的大气初始场,设置6个模式初始积分时间,分别为气候平均年份0000年12月1日、11日、21日和次年1月1日、11日、21日。积分150 d,输出逐日资料,取后120 d模式输出资料进行滤波分析,得到90 d滤波资料,取6个初值积分变量场的平均值作为每组试验的结果。图2表明,相对于观测结果,模拟的风暴轴位置稍偏北、偏东,强度稍偏强,模式能较准确地再现北太平洋风暴轴的区域特征和强度特征。

图2　(a)气候平均、(b)Control试验的冬季500 hPa北太平洋风暴轴(单位:dagpm2)Fig.2　500 hPa North Pacific storm track of (a)climate mean and (b)Control test in winter(units:dagpm2)

4数值试验结果

下面将依次给出Control试验和各敏感试验中的风暴轴,这里的风暴轴用500 hPa高度场滤波方差来表征,且为6个初值场积分结果的平均值。为了与试验的模拟结果进行对比,使用NCEP/NCAR资料作合成分析,具体做法如下:挑选1957—2011每年冬季两海区的区域平均海温进行标准化,分别挑选出大于一倍正标准差、小于一倍负标准差的年份,将这些年的冬季500 hPa位势高度滤波方差场做合成,并将合成结果与EP和KC各敏感试验作对照。需要说明的是,由于实际情形中风暴轴受到多海区海温的综合影响,不似模式里只受到某一个或某两个海区SSTA的强迫作用,因此观测资料的结果只可作为参照。

4.1　敏感性试验的风暴轴变化

表2是与各试验对应做合成分析的年份。图3—4分别给出了各组敏感性试验的500 hPa冬季风暴轴及其差值场,其中利用观测资料合成的EPP与EPN、KCP与KCN的差值分别在图3d、图4d中给出。

图3　试验EPP(a)、EPN(b)的500 hPa高度场滤波方差及其差值场(c;d为与c相应的观测结果)(单位:dagpm2;a、b中点状阴影表示值大于20 dagpm2,灰色阴影表示Control试验中500 hPa高度场滤波方差大于20 dagpm2的区域;c、d中浅、深色阴影分别通过95%和99%置信水平的显著性检验)Fig.3　500 hPa synoptic-scale geopotential height variances for (a)EPP and (b)EPN tests(units:dagpm2;the dots represent values above 20 dagpm2,while the shadings represent values above larger than 20 dagpm2in Control test in Fig.3a,b),and (c)distribution of difference between EPP and EPN tests(Fig.3d shows the corresponding observed results;Light and dark shadings represent regions with difference exceeding 95% and 99% confidence levels in Fig.3c,d,respectively)

表2与敏感性试验对应的用于观测分析的年份

Table 2Selected years used for observing analysis so as to compare with the sensitive test results

试验年份EPP1957,1965,1972,1982,1986,19911),1994,19971),2002,20091)EPN19702),19732),1975,19842),1988,1998,1999,2007,2010KCP1987,19911),19971),1998,1999,2000,2001,2006,2007,2008,20091),2011KCN1961,1962,1964,1967,1969,19702),19732),1980,1981,1983,19842)

注：1)表示EPP和KCP共同选取的年份;2)表示EPN和KCN共同选取的年份.

4.1.1EPP与EPN

与控制试验相比,当EP海区为正SST异常时(图3a),风暴轴南部增强,北部减弱。东西方向上,西部增强,160°W以东的风暴轴强度显著减弱,主体向西南方向延伸;反之,当EP海区为负SST异常时(图3b),风暴轴中部增强北移,东西部强度都有所减弱,但是西部减弱得更明显。

从EPP与EPN试验的差值场来看,模拟结果(图3c)与观测结果(图3d)的相似度很高,风暴轴主要表现为在气候平均位置上的南北经向振荡,同时,风暴轴的东西振荡也很明显。

4.1.2KCP与KCN

当KC海域海温偏高时,风暴轴东、西两端强度减弱,中部强度增强(图4a);反之,风暴轴变“宽”,以日界线为界,东西部显著减弱,中部有所增强并向北凸起(图4b)。在EPP与EPN的差值场上,模拟结果(图4c)与观测结果(图4d)基本一致,可见虽然模式中这两组试验的T检验显著性水平较低,但多组初值条件下得到的平均状况与实际观测结果还是基本符合的。

4.1.3EPP&KCP与EPN&KCN

EPP&KCP试验结果(图略)显示,风暴轴西部增强,东部减弱,整体向西延伸;EPN&KCN试验结果(图略)显示,风暴轴西部减弱,虽然东部强度也有所减弱,但风暴轴主体向东北方向延伸。

4.1.4EPP&KCN与EPN&KCP

在EPP&KCN试验(图4e)中,风暴轴呈较典型的西部型;在EPN&KCP试验(图4f)中,风暴轴整体强度减弱,出现了“多中心”现象,且最强中心出现在160°W以东区域,为典型的东部型风暴轴,该组试验结果将在后文中详细分析。

图4　试验KCP(a)、KCN(b)、EPP&KCN(e)、EPN&KCP(f)的500 hPa高度场滤波方差(单位:dagpm2;a、b、e、f中点状阴影表示值大于20 dagpm2,灰色阴影表示Control试验中500 hPa高度场滤波方差大于20 dagpm2的区域),以及KCP减KCN的差值场(c;d为与c相应的观测结果;c、d中浅、深色阴影分别通过95%和99%置信水平的显著性检验)Fig.4　500 hPa synoptic-scale geopotential height variances for (a)KCP,(b)KCN,(e)EPP&KCN,(f)EPN&KCP tests(units:dagpm2;the dots represent values above 20 dagpm2,while the shadings represent values above larger than 20 dagpm2in Control test in Fig.4a,b,e,f),and (c)distribution of difference between KCP and KCN tests(Fig.4d shows the corresponding observed results;Light and dark shadings represent regions with difference exceeding 95% and 99% confidence levels in Fig.4c,d,respectively)

4.2　同海温关键区SSTA对风暴轴影响的相对贡献

为了探究赤道太平洋和黑潮区域SSTA对风暴轴影响的相对贡献,对模式结果引入多元回归分析。以EPP&KCP为例,方法如下:

假设EPP&KCP敏感性试验的风暴轴是由EPP和KCP这两组敏感性试验的结果按照一定的相对贡献率共同组成,建立回归方程:

y=a1+a2x1+a3x2。

式中:y代表EPP&KCP的500 hPa天气尺度滤波方差(或相对于控制试验的距平场,后简称距平场);x1、x2分别代表EPP、KCP这两组试验的500 hPa天气尺度滤波方差(或距平场);a1、a2、a3分别是回归系数。

利用最小二乘法对上述方程进行求解,并对所得结果进行检验。计算的区域范围为120°E～120°W、30～60°N。为了细化风暴轴西、中、东区域对各海区海温异常强迫的响应效果,分别计算了北太平洋西部、中部、东部风暴轴及其整体区域的多元回归系数及其x1、x2与y的偏相关系数v1、v2。偏相关系数数组v能够表示各个自变量与y的线性关系,即衡量EPP和KCP试验结果对EPP&KCP试验作用贡献的显著性。

分别对各试验的风暴轴及其相对于控制试验的距平场进行多元回归计算,结果表明风暴轴距平场的多元回归结果比风暴轴本身的偏相关系数差异更明显,但总体特征很相似。

表3给出了500 hPa天气尺度滤波方差距平场的多元回归偏相关系数组。对比表中各组数据可以看出:

1)与黑潮区域海温异常相比,赤道太平洋海温异常影响范围更广、更显著,在8组试验中,只有1组出现些许例外,即在EPN&KCN试验中,风暴轴西部区域KCN的相关系数比EPN的更大一些。

2)黑潮区域正海温异常引起的大气响应范围较广,能够影响到北太平洋中、东部地区,而负海温异常引起的大气响应比较局地,主要影响风暴轴入口区域。

3)相对而言,EPN&KCP这组试验的复相关系数较低,在0.36～0.50之间,但由于所选区域的格点数较多,而且选取因子的物理意义明确,结果仍然是显著的。当黑潮区域海温偏高且赤道海区海温偏低时,赤道太平洋负海温强迫所占的比例大大减少,黑潮区域正海温强迫的比例增加。

5SSTA对北太平洋风暴轴的影响

根据前述结果,结合观测事实可知,赤道中东太平洋负海温异常对风暴轴东部型的出现可能具有重要的意义。在EPN&KCP试验中风暴轴出现了东部型特征,而在EPP&KCN试验中风暴轴为较典型的西部型。下文就这两组对比试验结合控制试验对风暴轴东部型异常维持的可能性机制进行探讨。

5.1　涡动热量输送特征

表3500 hPa天气尺度高度场滤波方差距平场多元回归偏相关系数组

Table 3Partial correlation coefficients in multivariate linear regression analysis of 500 hPa synoptic-scale geopotential height variance anomaly

西部中部东部全部EPP&KCPvEPP=0.91vKCP=0.45vEPP=0.82vKCP=0.46vEPP=0.95vKCP=0.56vEPP=0.89vKCP=0.30EPN&KCNvEPN=0.57vKCN=0.74vEPN=0.87vKCN=0.15vEPN=0.87vKCN=0.20vEPN=0.80vKCN=0.19EPP&KCNvEPP=0.95vKCN=0.76vEPP=0.89vKCN=0.20vEPP=0.97vKCN=0.51vEPP=0.93vKCN=0.22EPN&KCPvEPN=0.49vKCP=0.30vEPN=0.45vKCP=0.27vEPN=0.54vKCP=0.21vEPN=0.34vKCP=0.27

图5　Control(a)、EPP&KCN(b)和EPN&KCP(c)试验的850 hPa天气尺度涡动热量经向输送(等值线;间隔:1.0 K·m·s-1)和小于-8.0 K·Pa·s-1的垂直热量通量(阴影;间隔:0.02 K·Pa·s-1)Fig.5　850 hPa meridional heat transport(contours;interval:1.0 K·m·s-1) and vertical heat transport(shadings;interval:0.02 K·Pa·s-1) for values less than -8.0 K·Pa·s-1in (a)Control,(b)EPP&KCN and (c)EPN&KCP tests

5.2　与基本气流的相互反馈

图6给出了EPP&KCN、EPN&KCP两组敏感试验与控制试验的北太平洋西部、中部、东部各区域的纬向风速场和Eady斜压增长率纬向平均的垂直分布。

图6　Control(a、b、c)、EPP&KCN(d、e、f)和EPN&KCP(g、h、i)试验的北太平洋各区域纬向风场(粗实线;间隔:10 m·s-1)和Eady斜压增长率(细实线;阴影区大于2 d-1;间隔:0.5 d-1)纬向平均的垂直分布a,d,g.西部;b,e,h.中部;c,f,i.东部Fig.6　Pressure-latitude cross sections of zonal wind(heavy line;interval:10 m·s-1),and maximum Eady growth rate(fine line;shaded areas represent values larger than 2 d-1;interval:0.5 d-1) in (a,d,g)west,(b,e,h)middle,and (c,f,i)east regions of North Pacific for (a—c)Control,(d—f)EPP&KCN,and (g—i)EPN&KCP tests

急流是斜压性最强的地方,风暴轴的位置与急流和斜压性的位置有很好的对应关系。在Control试验(图6a、b、c)中,垂直方向上纬向平均的斜压增长率存在两个极大值中心,一个在对流层中下层775 hPa处,另一个在对流层上层约150 hPa处。西太平洋斜压性最强,160°W以东区域西风较弱,斜压性最弱,中、东部的斜压增长率大值中心较西部更偏北。就500 hPa平均状况(图7a)来看,斜压性强度指数的极大值主要分布在中纬度中太平洋地区,最大值可达2.0 d-1,正好对应于东亚急流的出口区,而位于风暴轴的上游偏南一侧。

图7　Control(a)、EPP&KCN(b)和EPN&KCP(c)试验的250 hPa天气尺度涡动西风动量输送(等值线;间隔:4 m2·s-2)和大于1.8 d-1的500 hPa Eady斜压增长率(阴影;间隔:0.2 d-1)。Fig.7　250 hPa momentum transport(contour;interval:4 m2·s-2) and 500 hPa maximum Eady growth rate (shaded;interval:0.2 d-1) for values larger than 1.8 d-1in (a)Control,(b)EPP&KCN and (c)EPN&KCP tests

在EPN&KCP试验中,一方面,由于赤道海温偏冷,经向海温梯度减小,Hadley环流减弱,平均急流减弱偏北,风暴轴中西部区域涡动活动强度减弱,风暴轴整体偏弱偏北;另一方面,黑潮区域的暖海温异常加强了风暴轴入口区凝结潜热和感热的释放,这对低层斜压性增强是有利的,斜压性的增长维持了其下游的涡动活动,增强了涡动的热量输送,从而使得风暴轴东部的瞬变涡动得以维持,涡动的动量输送辐合加强,瞬变涡动和平均急流之间的反馈也加强。两个海区SSTA耦合作用叠加的结果使得风暴轴西部强度减弱,中、东部增强并北跳,导致风暴轴呈“多中心”结构,且容易出现东部型。

6结论与讨论

针对北太平洋风暴轴的东部型短期气候异常现象,利用NCAR的大气环流模式CAM 3.0对风暴轴东部型短期气候异常的可能外部强迫机制进行探究,得到如下结论:

数值试验结果表明,冬季赤道中东太平洋区域的正(负)SST异常可以引起急流南进(北退)、宽度变窄(加宽),且对北太平洋风暴轴在气候平均位置南北的强度增强(减弱)以及位置偏西(东)的异常变化有重要贡献。冬季黑潮区域的正(负)SST异常对急流在入口区强度的增强(减弱)有显著影响,并对冬季北太平洋风暴轴在气候平均位置的强度增强(减弱)的异常变化有重要贡献,这与朱伟军和孙照渤(2000a)的研究结论较一致。

通过对多组试验结果引入多元回归分析,对两个关键海区影响风暴轴的相对贡献进行了探究。结果表明:冬季赤道中东太平洋海温异常对大气的强迫范围广;黑潮区域海温异常引起的大气响应较为局地,其正SSTA能够影响到北太平洋中、东部的大气环流,而负SSTA主要影响风暴轴入口区域,表现为关于SSTA强迫符号的非对称性。目前,有关这种非对称性产生的原因还不是很清楚。Li et al.(2007)研究了大气对热带大西洋SSTA响应关于SSTA的纬向非对称结构,当加入瞬变涡动引起的低频扰动时,南北向的偶极子型会向东或者向西倾斜,从而导致非线性强迫。我们猜测,黑潮区域由于大气自身变率较大,正海温异常引起的潜热和感热输送引起斜压性的变化,涡动的变化也会引起急流和风暴轴的相互反馈,或许使该区域对SSTA强迫的响应表现出一些非线性的特征,这仍需要进一步的工作验证。

耦合SSTA敏感性试验结果表明,斜压性的改变对风暴轴的变化具有指示性意义。在EPN&KCP试验中,太平洋东部区域中低层斜压性增强,风暴轴增强,对应涡动的热量输送加强,涡动的动量输送辐合加强,瞬变涡动和平均急流之间的反馈也加强。可见两个海区SSTA耦合作用叠加的结果使得风暴轴西部强度减弱,中、东部增强并北跳,导致风暴轴呈“多中心”结构,且容易出现东部型。

近年来随着对风暴轴“仲冬衰减”现象(Nakamura,1992)研究的深入,一些可能的机制被逐渐提出,Chang(2001)、Harnik and Chang(2004)认为急流宽度变窄使得瞬变波在对流层顶被截获,以更大的群速度传播,从而不能有效地与近地面斜压性接触。在急流强的年份,涡动更快地移出不稳定区域,扰动经向波长变小,因而不能有效地发展,对应着弱的风暴轴。陈懿妮等(2013)对该现象进行能量分析后指出,扰动动能的斜压转换和涡度非地转位势通量散度的减弱使得扰动动能总体减弱。在本文的试验中,急流的宽窄也有较明显的体现,这对风暴轴是否有影响?显然这对研究风暴轴变化及其东部型的维持机制具有重要意义,值得进一步深入探讨;海温异常影响东部型风暴轴的具体物理过程也需要进行更加细致的研究。

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(责任编辑：倪东鸿)

A numerical simulation on effect of SSTA on North Pacific eastern-pattern storm track in winter

MA Xiao-jiao,ZHU Wei-jun,ZENG Ding-wen,SUN Si-yuan

(Key Laboratory of Meteorological Disasters(NUIST),Ministry of Education,Nanjing 210044,China)

Abstract:NCAR’s community atmospheric model v3.0(CAM3.0) is used to explore the possible external forcing mechanism of North Pacific eastern-pattern storm track(EPST) in winter,when the storm track often has its strongest center located east of 160°W.This paper mainly focuses on the effect of positive(P) and negative(N) sea surface temperature anomaly(SSTA) in the middle-east equatorial Pacific(EP) and the Kuroshio Current(KC).Results show that EP-N SSTA has significant meaning for the emergence of EPST.The EP-N(P) and KC-P(N) SSTA can lead to the eastern(western) pattern of the storm track.The activity of storm track in eastern North Pacific may be caused by the enhancement of low level baroclinicity.Specifically,when there is the eastern(western) pattern,the westerly jet in eastern North Pacific,as well as the eddy baroclinicity,the transportation of synoptic-scale heat and momentum,and the feedback between eddy waves and mean flow increase(decrease),and v.v..Compared with EP,the atmospheric responses to SSTA in KC are more local and asymmetric with respect to the sign of SSTA,and KC-N SSTA mainly influences the entrance area of the storm track.

Key words:North Pacific eastern-pattern storm track;sea surface temperature anomaly;numerical simulation

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130809001

文章编号：1674-7097(2015)03-0396-11

中图分类号：P447

文献标志码：A

通信作者：朱伟军，博士，教授，研究方向为大气环流异常及短期气候预测，weijun@nuist.edu.cn.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(41075070)；公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306028)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)

收稿日期：2013-08-09；改回日期：2014-04-17

马小娇,朱伟军,曾鼎文,等.2015.冬季海温异常影响北太平洋东部型风暴轴的数值试验[J].大气科学学报,38(3):396-406.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130809001.

Ma Xiao-jiao,Zhu Wei-jun,Zeng Ding-wen,et al.2015.A numerical simulation on effect of SSTA on North Pacific eastern-pattern storm track in winter[J].Trans Atmos Sci,38(3):396-406.(in Chinese).