冬季北半球极涡一组环流指数在气候研究中的应用

【摘要】：本文利用1948～2010年NCEP/NCAR的500-10hPa位势高度场再分析资料,定义了冬季(12-2月)和12、1、2月逐月北半球极涡的面积(S)、强度(P)和中心位置(λc,φc)的三种环流指数,求得了它们的1948/49-2009/10年62年序列。初步分析了冬季北半球极涡的气候及异常特征,及其与北极海冰面积、海温(SST)变化及全球气温的关系。主要结论： (1)北半球冬季500-10hPa极涡在垂直高度上(共12层)的季、月气候态和异常态变化规律各有不同。极涡面积和强度在不同高度上的变化不同,最大值出现的时间也存在着差异,二者相关性不好,为两个相对独立的指数。极涡面积和强度的年代际变化趋势上下层也不一样,变化规律复杂,极涡中心位置上下层变化规律相同,主要在东半球80°N以北范围变化,在极点附近经度变化大,纬度变化小,年代际变化明显。极涡中心位置从500hPa到10hPa形态上为顺时针半径越向上越大的旋转变化。 (2)北半球冬季极涡S指数与海冰指数Ia在500hPa高度上,二者同期呈正相关,从300hPa到20hPa,二者呈显著负相关。P指数与海冰面积指数(Ia)在季节上和季节内同期相关性都不好。中心位置λc指数在300～100hPa之间与同期海冰面积指数(Ia)呈显著相关。φc指数与同期Ia指数在季节上显著相关,在季节内相关性也很好。在垂直高度上,随着高度增加相关性越来越小。 (3)北半球冬季500-200hPa的S指数与同期西北太平洋和北太平洋中部的海温(SST)变化呈负相关,而在100-50hPa的极涡面积指数(S)与SST相关关系不好；在30-10hPa上,二者在30°N太平洋附近出现了两个东西向的正相关分布区域；在大西洋上,二者从500到100hPa存在负相关区域；在北大西洋,从70hPa到10hPa相关区消失。500-10hPa极涡φc指数与同期北太平洋SST变化都呈现正相关；在赤道中东太平洋都呈现负相关。极涡高层比低层的中心位置φc指数与印度洋SST的相关性要好。 (4)冬季500-10hPa极涡面积(S)与同期气温主要在极涡中下层相关性较好,即在低纬地区为正相关区,高纬地区为负相关区。冬季500-10hPa极涡强度指数(P)中高层比低层与同期气温相关性要好。在北半球以负相关为主,南半球以正相关为主,只是不同层的相关区域分布不同。冬季500-10hPa极涡中心位置φc与同期地面温度的相关性在垂直高度上分布不均匀,相关性较好的高度层在30°S-30°N之间是一个很大的正相关区；在北半球30°N以北(除北大洋北部区域外)的区域则是一个很大的负相关区。