东亚冬季风是全球最强的冬季风,也是北半球冬季北极冷空气向南运输的最主要通道。我国地处东亚季风区,显著地受到东亚冬季风的影响。西伯利亚高压是东亚冬季风环流系统的重要成员,探究西伯利亚高压对理解东亚冬季风和我国冬季天气气候至关重要。
西伯利亚高压又称“蒙古高压”,是北半球冬季位于欧亚大陆上的半永久性高压中心。存在显著的年循环特征:在秋季建立,冬季盛行(图1)。目前,较多的研究集中于分析西伯利亚高压在冬季盛期的变化,较少关注其在秋季的建立;而探究西伯利亚高压的建立对于理解东亚冬季风环流的建立和我国冬季次季节时间尺度的预报具有重要意义。
中国科学院大气物理研究所季风系统中心团队成员和云南大学陈文教授团队最新的研究揭示出秋-冬转换时期西伯利亚高压建立的气候态和年际变化机理。主要结果如下:
1. 客观定义“秋-冬转换时期西伯利亚高压建立”
建立在“气候要素盛期的开始与结束是相对其气候态年平均的变化”这一认识的基础上,采用累计的海平面气压异常(即海平面气压原始值减去气候态年平均值)时间序列,客观定义气候态和逐年的西伯利亚高压建立时间。
2. 西伯利亚高压建立的气候态特征和机理分析
在气候态上,西伯利亚高压于10月1日(第55候)建立。其建立过程伴随着东亚沿岸北风的建立,西伯利亚上(下)游脊(槽)的加深,副热带西风急流的北移和西伯利亚地区强烈的下沉运动;进一步的定性分析和定量诊断结果表明:与急流北移、中高层槽脊加深相关的动力过程,即负涡度平流和冷平流,造成了西伯利亚区域强下沉运动,从而主导了秋-冬转换时期西伯利亚高压的建立(图2)。
3. 西伯利亚高压建立年际变化的机理分析
在年际时间尺度上,西伯利亚高压建立存在较强的年际变化。西伯利亚高压建立的偏早年伴随着正EU遥相关型波列(位势高度场上表现为欧洲西部、乌拉尔山和东亚沿岸的“负-正-负”型位势高度异常)和副热带西风急流的北移,北大西洋海温的负异常和欧亚积雪正异常则有利于加强EU环流型和副热带西风急流,造成西伯利亚地区的下沉运动和海平面气压的升高,进而有利于西伯利亚高压建立偏早;偏晚年则相反(图3)。
以上成果发表于《Climate Dynamics》上,论文的第一作者为中国科学院大气物理研究所博士生陈凌蓥,通讯作者为云南大学陈文教授,合作者包括:云南大学胡鹏副教授,中国科学院大气所陈尚锋研究员,中国海洋大学博士生安霞东,云南大学马天娇副教授,中国科学院大气所王志彪副研究员等。该研究受到了国家自然科学基金(41721004、42230605)的资助。
论文信息:
Chen,L.,Chen,W.*,Hu,P. et al. Processes and mechanisms of the initial formation of the Siberian High during the autumn-to-winter transition. Clim Dyn 62,315–329 (2024).https://doi.org/10.1007/s00382-023-06911-7
Chen,L.,Chen,W.*,Hu,P. et al. Interannual variation of the initial formation of the Siberian High: the role of the North Atlantic sea surface temperatures and the high-latitude Central Eurasia snow-cover conditions. Clim Dyn (2024). https://doi.org/10.1007/s00382-024-07290-3
图1. 欧亚大陆气候态海平面气压的逐月演变。
图2.西伯利亚高压建立气候态的热动力特征和机理示意图
图3. 西伯利亚高压建立偏早年的环流特征和机理示意图(偏晚年相反)