2011—2012年冬季北半球大气环流异常特征分析

包玉军

[摘要]利用1980-2012年NECP/NCAR 500hPa月平均再分析高度场资料计算出1980-2011年北半球冬季三个月以及整个冬季500hPa高度场的极涡面积，与2011-2012年北半球冬季的做对比，分析了2011-2012年冬季北半球大气环流异常的特征。结果表明， 2011-2012年冬季北半球极涡面积整体上变化不大，只在欧洲地区和北美洲西部地区有明显的扩张和收缩现象，两区域的极涡面积变化可以很好的说明冬季欧亚地区出现极寒、北美地区出现极暖的现象。

[关键词]极端天气 极涡面积 大气环流异常

[中图分类号] X831 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-383-1

1引言

北半球冬季极端天气的出现尤其是2011-2012年冬季北半球亚欧地区和北美地区发生的极端天气，对全球系统产生了十分重要的影响。极端天气的出现会引起气温的显著偏低或偏高，同时高度场极涡面积也会相应的产生变化，因此，在气候平均基础上研究极端天气下北半球极涡面积的变化，对大气环流异常的特征进行总结分析，对于提高天气气候预报能力具有重要的意义；本文在对1980-2011年间冬季北半球极涡面积分析的基础上，研究2011-2012年冬季北半球极涡面积的时间和空间分布特征，对于认识冬季北半球地区极端天气的气候特征和变化具有重要意义。

极端天气发生时，极涡面积会发生异常，这引起了很多学者的关注和研究，并取得了许多成果。张恒德、陆维松[1]等通过500hPa月平均再分析高度场资料计算出北半球及各分区的月平均极涡面积，发现极涡面积大小与气温呈负相关，并且在年平均及冬季状况下最显著。章少卿、于通江[2]等运用一种计算方法对300hPa和500hPa的极涡面积大小进行了计算，发现极涡面积有明显的气候性季节变化，冬季极涡面积大，夏季极涡面积小，但他们与常年的偏差不同。综合上述，在本次研究北半球大气环流异常特征时，可以从冬季极涡面积的变化进行分析，来总结2011-2012年冬季北半球大氣环流异常的特征。

2资料和方法

2.1资料

本文所用资料为NCEP＼NCAR 1980-2012年的高度场月平均再分析资料（全球等经、纬度格点资料，格距为2.5×2.5）。

2.2极涡面积指数的计算

有关对极涡的研究认为： 把地球近似地看成球体， 极锋的西风轴线视为极涡的外围边界，那么西风轴线所包围的面积（取10km为单位）作为极涡的面积指数，由于选取的是格点资料，因此可以通过计算极涡外围边界等高线范围内的格点数来判断极涡面积的大小。

选取冬季各月的外围边界的等高线（1月548gpm，12月和2月为552gpm），绘制出北半球（15N-85N、180W-180E）2011-2012年冬季各月的极涡图形，同时绘制出1980-2011年30个冬季各月的平均极涡图形，对比分析出2011-2012年冬季极涡面积的特征。

3北半球环流场异常变化特征

3.1极涡面积的变化

极涡面积的增加表明极区的冷气团向外围侵入，造成极区外围位势高度场降低，这种冷空气将继续向南推进，侵入低纬地区造成气温偏低。图1（a）12月份极涡面积为5520等高线所包围的区域，2011年12月与往年平均相比，其所包围的区域面积变化不大，在120W-150W之间略向极区收缩靠近，这里正好是北美地区和太平洋所在区域，温度有所上升，这说明极涡面积的变化确实可以作为判断冷空气向南侵入的强度的大小；在30E-60E极涡略向低纬地区扩散，这将使得极涡地区的冷空气向较低纬度的欧亚地区扩散，强的冷空气使得这些区域的温度将有所下降。图1（b）中5480等高线所包围的区域是1月份极涡面积的范围，2012年1月与往年相比来看，变化最明显的主要在10°E-60°E、0°W-60°W区域内，在10°E-60°E的范围内，极涡向外扩散，冷空气会侵入欧亚地区导致这些区域温度下降；在0°W-60°W范围内，极涡向内有所收缩，冷空气向极地汇聚，较低纬度的北美洲地区尤其是格陵兰岛地区的温度将略有上升。从图1（c）中2月份的极涡面积变化来看，0°E-60°E、0°W-60°W区域内极涡变化更加明显，呈反位相形势，和图1（b）中一样，欧亚地区和北美地区的温度呈现相反的变化，即亚欧地区温度升高，北美地区温度下降。

这三张图中，冬季整个北极极涡面积变化并不是很大，只是在0°E-60°E、0°W-60°W这一小范围内变化比较明显，即在欧亚地区和北美洲部分区域的极涡面积有明显的增减，欧亚地区极涡面积明显有所增加，这些地区的温度相应的有所降低，北美洲区域的极涡面积有所减小，这些地区的温度相应的有所升高。这两区域的变化是呈跷跷板的形势，极涡面积有一种相互补充的表现，而其他区域的极涡面积变化并不明显，温度变化不大。

根据过去的研究业务实践，影响亚欧地区的冷空气路径主要分为四类，西北路径、东路、西路、东路加西路，这四路冷空气的源头都是欧洲（新地岛）高纬地区和极地地区。图1中欧洲高纬地区和极区其极涡面积有所扩张，这使得极区的冷空气经欧洲高纬地区一直向欧亚低纬地区输送扩散，使得侵入欧亚地区的冷空气势力和强度增强，导致欧亚地区温度下降，冬季出现极寒天气。

利用上述极涡面积的计算方法得到2011-2012年冬季北半球500hPa极涡范围内的格点数（12、1、2月分别为2653、2740、2866）与1980-2011年31个冬季平均500hPa极涡范围内的格点数（12、1、2月分别为2739、2727、2873），相比发现，12月和2月极涡范围内的格点数有所减少，减幅不大，约为10个格点左右；1月份的格点数有所增加，增幅也不大，约为10个格点左右；说明2011-2012年冬季整个北半球的极涡面积与往年相比，没有太大的变化，北半球冬季出现的极端天气与极涡面积的相关性较低，这与[2][3] 等文献中的结论有所不同。因此，极涡面积的大小并不是影响2011-2012年冬季北半球出现极端天气的因子。

4结论

2011-2012年冬季北半球极涡面积与往年相比，整体上并没有明显的变化，只是在欧洲地区和北美洲西部地区有明显的扩张和收缩现象，相互填补，使得两区域的气候现象刚好相反；冬季欧亚地区出现极寒、北美地区出现极暖的现象可以从两区域的极涡面积的变化中反映出来。

参考文献

[1]张恒德、陆维松、高守亭、张友姝等.北极涡活动对我国同期及后期气温的影响[J].南京气象学院学报.2006.8（2）：1000-2022.

[2]章少卿、于通江、李方友、王晓明、王侠飞、邬为民等.北半球极涡面积、强度的季节变化及其与中国东北地区气温的关系[J].大气科学.1985.6（2）.

[3]吉书琴、张玉书、关德静等.应用极涡面积指数预报低温冷害的方法[J].辽宁气象.1993.2.