亚太Rossby波破碎事件特征及其与平流层-对流层交换的联系

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本文基于ERA-Interim370K等熵面位势涡度(PV)资料,利用等熵位涡经向梯度反转识别Rossby波破碎的方法,对1990年至2018年29年间北半球发生的不同类型Rossby波破碎(RWB)事件进行特征分析,研究表明:(1)北半球反气旋型(Anticyclonic RWB,AWB)与气旋型(Cyclonic RWB,CWB)波破碎事件发生频数和平均尺度均具有明显的季节特征:相较于冬、春两季,两类波破碎事件在夏、秋两季发生频数更多,平均尺度更大。AWB事件发生频数远多于CWB事件,平均尺度也更大。AWB事件中,低PV事件发生频数多于高PV事件,平均尺度更大;而CWB事件中,高PV事件发生频数更多,平均尺度更大。AWB事件以向极输送为主,CWB事件以向赤道输送为主。(2)AWB事件与CWB事件均易发生在急流较弱区域,一般位于急流两侧或急流中心的出入口处。不同季节,两类波破碎在亚洲-太平洋地区和北美-大西洋地区均存在两个频数高值中心。CWB中心相较于AWB中心,在纬向上跨度更大,中心位置更偏北。(3)亚洲-太平洋中心(A-P)与北美-大西洋中心(NA-A)内AWB与CWB事件存在明显季节差异:四季,A-P内AWB事件都以向极输送为主,CWB事件都以向赤道输送为主。NA-A内AWB事件在冬、春两季以对称输送为主,在夏、秋两季以向赤道输送为主;NA-A内CWB事件在秋、冬两季以向赤道输送为主,在春、夏季以对称输送为主。(4)结合Aura-HIRDLS卫星观测资料和FLEXPART轨迹模拟,对发生在亚太地区的一次RWB事件进行个例分析,研究发现:当RWB发生后,对流层顶折叠区向极扩张,对流层属性气团经折叠区脱离热带对流层顶(TTL)进入热带外平流层。该对流层属性的气团内约42.2%的微粒,共计3.8×1014kg的物质完成了对流层向平流层的物质输送(TST)。TST的主要输送路径:水平随西风快速向东并向极,垂直方向非绝热上升。其余微粒,沿西风急流快速向东输送,并在下游急流下方的高空锋区垂直下滑,停留在对流层。该对流层属性的气团,主要来源于两个源区:波包西北方向源区与波包上游源区。西北源区粒子占比为49.3%,由平流层向下入侵至对流层,发生了平流层向对流层的输送(STT);上游源区粒子主要来源于低纬对流层。
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