风云归位——2017/18冬季气候展望
2017-12-11 01:08阅读:
0.目录
1.海洋状态
2.冰雪圈
3.平流层信号
4.其他重要气候因子
5.2017-18冬季气候展望
6.部分问题的Q&A
注:
1.未注明情况下,本文提到的季节以北半球季节为准。
2.本文仅为个人分析,仅供学习交流与参考,不具备法律效力。如需要咨询气候状况,请联系国家气候中心或各地气象局。
3.本次可以认为新风格的转变起点,但为了简洁又保持深度,不少内容将更“难以读懂”,请各位dalao放过~
----这里是严肃的分割线-----
1.海洋状态
1-1 ENSO:
①
以NCEP/CPC观点,本次事件为2016-17弱拉尼娜事件后的负位相第二峰值(当然以NCC标准去年冬季没有发生拉尼娜事件),这和异常下沉支在今年初开始长期维持在日界线附近,异常东风应力距平覆盖了整个赤道西太平洋地区有关(阻碍表层暖池东扩和激发深层冷K波)

②
就低通滤波结果看,当前异常下沉支中心和低空纬向风负异常极值仍然位于日界线附近,反映出当前大气响应仍然偏向于今年初以来中太平洋略偏冷(或两侧相对偏暖的强迫)的下垫状态;但考虑到中太平洋信风激发的冷性K波东传后对应东太平洋温跃层变浅和冷水上翻过程,加之西太平洋暖池的热力作用逐渐显现,活跃的对流将逐渐激发慢速大气K波东传,位于海洋大陆的上升支也将逐渐东移,因此未来大气和海洋方面的响应都将向东部型拉尼娜方向调整,这个过程大致正是在这个冬季完成。

不过以当前赤道太平洋海气状态指标(OHC距平、低空纬向风等)看,本次拉尼娜事件的月均ONI峰值约-1.1,属于中等强度,且注意到温跃层已经出现偶极模态,负距平区已经位于日界线东侧,可以预计到峰值即在这个冬季触及。


③
虽然本次拉尼娜事件强度并不是很强,但要注意到热带和热带外大气响应对ENSO强度的非线性特征,不强的的拉尼娜事件激发的响应也将较明显。注意到本次事件的海表空间型将逐渐转为东部型,则Walker异常上升支也将逐步从海洋性大陆地区东移至西太平洋暖池,其激发的热带外响应波列也将逐渐偏东。
2.PDO&NPGO
①PDO是传统的北太平洋SSTA-EOF1模态,而在20世纪90年代起,NPGO这一EOF2模态逐渐显著,在近些年的解释方差率甚至和PDO可以抗衡,这一转变可能和ENSO空间型转变下,所激发响应位相发生变化的影响,以及热带外海气作用有关;


②2014年以来,北太平洋SSTA的年际变率虽然仍然受ENSO的调制,但显然也出现了相当独立发展的特征,最显著的证据,便是PDO从2014年初维持正位相至今年夏季(期间多次刷新同期最高),甚至通过副热带-热带间影响阻碍了去年拉尼娜事件的发展;但最近北太平洋暖流区SSTA显著上升,加之阿留申地区异常反气旋(阻塞)频率逐渐升高,这基本宣告了PDO将逐渐转为负位相态势。而NPGO方面,去年底在PDO正位相的同时出现了较显著的NPGO负位相状态,这和去年赤道中太平洋的异常偏冷有一定关联;但在最近该模态并不显著。可以分析出,随着ENSO事件逐渐倾向东部型拉尼娜状态,激发的响应波列将愈发偏东,今冬(甚至持续到春夏季)将逐步凸显PDO(负位相)模态而非NPGO型。
③在这样的中高纬度海气状态下,再考虑到当前白令海峡附近太平洋扇区的海冰异常融化,这将对阿留申地区阻高的维持将十分有利,也将对应一个偏西的东亚大槽和北美中西部异常槽;但对东亚地区寒潮活动而言,显然这样的阻塞位置略偏东。
3.热带/副热带印度洋
①在最近热带印度洋活跃对流触发的积云-SST负反馈下,热带印度洋海温开始显著下降;当然对于北印度洋而言,由于剧烈的的南支扰动发展,冷平流作用下造成了相当显著的冷却(尤其阿拉伯海海区),总体而言,今冬IOBW仍将逐渐下降,但随着Walker异常上升支逐渐东移,后期这一趋势将逐渐减弱。
上图:2017年11月全球月降水距平(CMAP降水资料绘制,分海洋/陆地两类)。
②今年TIOD更是特立独行,不仅在ENSO中性略偏负的条件(甚至大气响应更类似拉尼娜事件)下发展出一次TIOD正位相事件,而且峰值显著提前至北半球夏季。这可能和当时印太暖池区特殊的大气响应有关;但随着新一轮拉尼娜事件发展,Walker上升支和热带印度洋开始盛行异常西风回归,这次事件更是在秋季快速结束(正常事件应为锁相期),当前更是接近负位相事件。在热带印度洋次表层,可以看到先后两次不同性质的Rossby波西传,这便是证据——这将影响到春夏季热带印度洋海区SSTA演变。



③上一段最后貌似谈得过远,对冬季气候而言,在IOBW逐渐下降和TIOD转为倾向负位相的态势下,南支更容易出现阿拉伯海槽位-印缅异常脊位的形态,这看上去不利于中东部降水,但注意到今冬南支波动的活跃,很可能仍有大范围降水过程。
4. 北大西洋
①NAO/NAT:注意到当前北大西洋SSTA已经有NAT(北大西洋三极子)负位相模态的雏形,而中高纬度海表风应力也出现了一个偶极子状态(高纬度反气旋式异常-副热带地区气旋式异常),考虑到热带外地区的WES机制,这将有利于NAT负位相模态进一步发展并在冬季达到最强。配合NAT特征、极地海冰和中高纬度大气内部变率,今年冬季NAO长期维持负值的概率较大。
上图:2017年11月850hPa风速大小距平(阴影)和矢量风距平(矢量箭头)。
②AMO已转入显著正位相状态。对应高纬度阻塞活跃。
2 冰雪圈
2-1 北极海冰态势
①
今年9月13日,北极海冰覆盖面积(SIE)创下年内极小值(约464万km²),这个极端值并不算低,但随后增长期阶段,因高纬度地区频繁的阻塞/极高活动而导致增长缓慢,直至当前已低至历史同期第二低值(仅高于去年同期)。但和去年不同的是,今年高纬度瞬变扰动相当活跃。

②
空间型分布上,当前有两个区域出现了冰密集度显著偏低的局面——格陵兰东岸-巴伦支海北部和太平洋扇区(白令海峡北口)。其中前者是近几年少见的空间型,可能反映了北大西洋高纬度海域再度显著增暖后的暖水扩张;而太平洋扇区虽然在近些年持续融化,但直至12月初冰密集度仍不足15%,实属罕见。这二者都将影响今冬高纬度环流形势,注意前者可能对应格陵兰/乌拉尔山双阻活跃,后者则配合ENSO/PDO态势对应阿留申阻塞的活跃。

2-2 北半球积雪态势
①
在过去一段时间的环流态势影响下,亚欧大陆出现了东西伯利亚和中亚积雪偏多而青藏高原大部偏少的局面;且注意到上游南支态势,印缅异常脊位将持续维持,这样青藏高原大部仍将积雪偏少(除了西部边缘地带);而在乌拉尔山/阿留申双阻形势下下,贝加尔湖以东地区积雪仍将持续偏多。
②
总体而看,今冬积雪强迫和大气异常响应是接近同相;而青藏高原积雪偏少,一是导致下游东部地区南支异常槽形成,和北支更容易同相(冷平流南下偏强),二是减弱副热带急流,更容易导致南支瞬变扰动传播
2-3 南极海冰
南极海冰已经从去年极端偏小的状态开始恢复,且注意到南极半岛西侧海冰面积有所偏多,将有利于绕极流分流和秘鲁寒流偏强。从而支持拉尼娜发展。

3 平流层信号
3-1 南极平流层态势
今年极夜期,南极平流层因平流层频繁的涡动动量通量和热通量的输送(对应经向环流活跃)而持续偏暖(臭氧空洞也达到了1988年之后最小),而这样的暖信号下传也对应了相当长时间的AAO负值状态;但随着增暖后极夜急流提前崩溃,经向热交换迅速减弱,现在南极平流层中高层又出现了显著负距平,这样的信号也将对应AAO向正值的转变。

3-2
北极平流层SSW事件
①以目前形势来看,QBO正处于东风位相期,可以预见今年北极SSW活动将较常年偏强。再考虑冰雪圈下垫面/高纬度瞬变波配合下加之今年冬季AO偏向负值的概率高,一旦出现SSW,将容易成为长波调整和环流转折的引发点。
②注意到R波上传通常和稳定长波联系,今冬SSW爆发地点应当在阿拉斯加附近最高,其次是格陵兰-北欧一带。
3-3 QBO
异常长的QBO西风位相期已经于今年4月结束,当前已经稳步转为东风位相期,其信号的下传将将对对流层顶副热带急流/极锋急流强度造成一定影响。
4 其他重要气候因子
4-1 LOD
LOD即一日时长(Length Of
Day),反映了地球自转速度变化的影响。注意到当前LOD已处在较低水平,和近些年来拉尼娜事件接近,且相比去年同期已经明显偏低,——从这一点看,当前地球自转速度相对较快,这将有利于拉尼娜事件得到一定发展。

4-2 太阳活动
虽然今年9月出现了异常剧烈活动,但总体而言,太阳活动早已经从24周期顶峰的较活跃状态逐渐下降。通常而言,太阳活动的准11a周期影响对地面滞后约2-3年为主,以地表温度与太阳活动作为变量,可以看到太阳活动与ENSO/PDO出现了类似正相关的状况,考虑到24周期的第二峰也过去了接近4年,峰值附近的滞后影响已经结束,影响也逐渐减弱。

5
2017-18冬季气候展望和影响
①北极涛动将继续维持负位相;极涡主要以偶极型和多极型分布且偏南,将有利于寒潮/强冷空气的活跃;其中,主极涡偏向北美-格陵兰一侧,副极涡偏向东西伯利亚一侧。
②中高纬度北支西风方面,乌拉尔山-中西伯利亚,与阿留申异常脊将长期维持,而东亚大槽也将因此偏西,将对我国东北地区与东部沿海一带有明显影响;全国总体有西脊东槽态势,经向程度也总体较强。但注意,考虑到热带异常加热源的影响,阿留申脊位将偏东,对于东亚地区而言,即西阻偏强而东阻偏东,在这种情况下虽然西伯利亚地区容易形成横槽/冷涡切断形势但将难以维持许久,或南下程度不会很大,总体影响范围有限。
③低纬度/副热带区域方面,印缅南支槽将受到热带印度洋和上游南支扰动影响而显著偏弱,取而代之的是一个异常脊位发展,但南支扰动也较为活跃;而在热带区域,随着拉尼娜事件的发展且倾向于东部型形态,Walker异常上升支将逐渐东移到西太平洋地区,这样的局面对应副高将逐渐转为偏东偏弱的情况;与此同时,激发的西北太平洋异常气旋式环流将吸引偏西的东亚大槽进一步南摆,台湾以东和南海地区东北风将异常偏强,而孟加拉湾为一异常脊位,不利于水汽输送;这样的局面可能要到冬季后期才会改变。
具体影响:
①气温方面:东北地区,华北北部,以及东部和南部沿海的冬季平均气温将低于常年,其中东北地区偏低程度将相当大;青藏高原,云贵高原大部和西北地区的冬季平均气温则将高于常年,以青藏高原偏暖最为明显,而全国其他地区接近常年同期。总体而言,整个冬季冷空气活动较为频繁且强度较强,冷暖起伏相当明显。
②降水方面:从冬季总体状态考虑,除了东北受到活跃的气旋影响降雪偏多外,我国大部降水都将有不同程度偏少;若从阶段性角度考虑,冬季前期中东部地区总体降水将处在正常水平或略多,且由于南支扰动的活跃,南方仍可能有阶段性降水偏多时段;但在冬季后期降水将异常偏少(华南地区更为明显)。
6
部分问题的Q&A
Q1:冷空气活动趋势如何?是否会出现类似2016年1月下旬的特强寒潮?
A1:按先前分析,今冬冷空气在活动频繁的同时强度也较强,且总体路径偏东,主要对中东部地区影响明显(尤其是东部沿海+东北地区),这将导致东部地区气温偏低。如果以低频振荡和长波调整周期考虑,12月中旬,1月上旬和1月底-2月上旬将是潜在的冷空气活动频繁期。
至于2016年1月下旬那种极端寒潮,它属于天气尺度过程的极端事件,气候展望里面很难预测,只能从分析背景下推断概率将较常年略微高出一点,但仍然属小概率事件。
Q2:这个冬季会出现大范围持续性低温雨雪过程么?
A2:就当前情况而看,这个冬季经向活动活跃(导致较难有长期稳定的西风长波形势)、南支方面印缅槽偏弱,热带异常对流活动偏向西太平洋与副高的偏东偏弱(导致输送向我国的水汽通量偏少),使得冬季出现类似2008年初的大范围持续性低温雨雪过程概率极低。但考虑到南支扰动仍然活跃,配合北侧较强的冷空气活动,在特定时段出现短期过程性的大范围雨雪概率仍然很高,且雨雪分界线线也可能较常年偏南。
Q3:这个冬季雾霾是否依然严重?
A3:
作为气候分析,只能分析总体的污染物扩散条件。根据前面的冷空气活动分析,在冬季,冷空气较为活跃且路径偏东,那么这个冬季中东部地区污染物扩散条件也将较好,而西部地区则较差。
当然,对大气污染的治理绝非一日之功。尤其考虑到今冬华北不少地区将出现偏冷,此时应该保证热力供暖的前提下,再考虑对非清洁能源使用造成的污染治理。
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