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北太平洋海洋锋强度对风暴轴影响的未来变化

风暴轴,中纬度海洋锋,气候变化

北太平洋海洋锋强度对风暴轴影响的未来变化[1]

姚瑶^{1, 2}，钟中¹，杨修群²，黄晓刚³

1 国防科技大学气象海洋学院，长沙410073

2南京大学大气科学学院，南京210023

3 陆军炮兵防空兵学院（南京校区），南京211132

关键字：风暴轴，中纬度海洋锋，气候变化

风暴轴是天气尺度涡旋活动最为激烈的区域（Blackmon，1976；Blackmon et al.，1977）。风暴轴不仅与极端降水、强风和极端气温等极端天气事件有关（Pfahl and Wernli，2012a，2012b），还能够通过输送动量、热量和水汽影响中纬度气候系统（Ma and Zhang，2018）。黑潮携带的暖水和亲潮携带的冷水在在北太平洋中纬度汇合形成了海表面温度经向梯度的大值区，即北太平洋中纬度海洋锋（Nakamura and Kazmin, 2003）。观测研究发现，风暴轴常位于中纬度海洋锋上空，说明两者之间可能存在密切联系（Nakamura et al., 2004; Yao et al., 2018）。数值试验结果表明，北太平洋风暴轴对中纬度海洋锋强度变化有很高的敏感性，随着海洋锋的加强，风暴轴活动显著增强（Yao et al., 2016）。全球变暖对气候系统的影响是当前气候变化研究领域的热点问题，预估全球变暖背景下北太平洋中纬度海洋锋强度对风暴轴活动的影响，有助于进一步认识未来北太平洋中纬度海气耦合关系的变化，为理解和预测全球变暖对未来中纬度天气和气候系统的影响提供科学依据。

本文评估了13个CMIP5模式对北太平洋中纬度海洋锋强度对冬季风暴轴影响的模拟能力，发现大多数模式能够再现风暴轴随海洋锋增强而向北加强的特点。根据模式模拟能力，筛选出6个模拟能力最强的优势模式，通过比较历史情景和RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下优势模式的集合平均结果，发现在全球变暖背景下海洋锋强度对风暴轴的影响逐渐增强并且影响范围向西延伸，在RCP8.5情景下增强的最强。进一步研究表明，海洋锋对风暴轴影响的加强一部分归因于海洋锋对大气低层斜压性影响的增强，而这主要与海洋锋对位温经向梯度影响的加强有关，但是这一过程难以解释海洋锋对风暴轴上游影响的加强。

参考文献

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Blackmon, M. L., J. M. Wallace, N.-C. Lau, et al., 1977: An observational study of the Northern Hemisphere wintertime circulation. J. Atmos. Sci., 34, 1040–1053, doi: 10.1175/1520-0469(1977)034<1040:AOSOTN>2.0.CO;2.

Ma, X. J., and Y. C. Zhang, 2018: Interannual variability of the North Pacific winter storm track and its relationship with extratropical atmospheric circulation. Climate Dyn., 51, 3685–3698, doi: 10.1007/s00382-018-4104-8.

Nakamura, H., and A. S. Kazmin, 2003: Decadal changes in the North Pacific oceanic frontal zones as revealed in ship and satellite observations. J. Geophys. Res. Oceans, 108, 3078, doi: 10.1029/1999JC000085.

Nakamura, H., T. Sampe, Y. Tanimoto, et al., 2004: Observed associations among storm tracks, jet streams and midlatitude oceanic fronts. Earth’s Climate: The Ocean–Atmosphere Interaction, C. Wang, S. P. Xie, and J. A. Carton, Eds., American Geophysical Union, Washington DC, Book Series, Vol. 147, 329–345, doi: 10.1029/147GM18.

Pfahl, S., and H. Wernli, 2012a: Quantifying the relevance of cyclones for precipitation extremes. J. Climate, 25, 6770–6780, doi: 10.1175/JCLI-D-11-00705.1.

Pfahl, S., and H. Wernli, 2012b: Quantifying the relevance of atmospheric blocking for co-located temperature extremes in the Northern Hemisphere on (sub-)daily time scales. Geophys. Res. Lett., 39, L12807, doi: 10.1029/2012GL052261.

Yao, Y., Z. Zhong, and X.-Q. Yang, 2016: Numerical experimentsof the storm track sensitivity to oceanic frontal strength within the Kuroshio/Oyashio extensions. J. Geophys. Res. Atmos., 121, 2888–2900, doi: 10.1002/2015JD024381.

Yao, Y., Z. Zhong, and X.-Q. Yang, 2018: Impacts of the subarctic frontal zone on the North Pacific storm track in the cold season: An observational study. Int. J. Climatol., 38, 2554–2564, doi: 10.1002/joc.5429.