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大气层结对行星波传播和平流层弱极涡事件的影响

行星波,波流相互作用,平流层极涡

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.14 极地与中低纬气候系统相互作用

平流层弱极涡事件（WPV）是冬季平流层最重要的大气环流异常现象之一，其异常信号有时可以下传到对流层，影响全球范围的天气和气候异常。研究表明，WPV的强度和持续性特征对其是否影响对流层环流有潜在的指示意义。在气候变化情景下，平流层水汽、CO2和臭氧含量变化会显著改变WPV演变的热力学背景，即大气层结状况。然而，当前研究对层结如何调控WPV强度和持续性特征缺乏基本的认识。本研究借助一个高度理想化的波-流相互作用模型（该模型包括WPV演化的关键物理过程：行星波加热和辐射冷却，其中行星波来自于下边界位势强迫），发现随着预设层结的增强，WPV期间东风异常的强度和持续时间存在增加的趋势。进一步的动力学分析表明，强层结状况下，行星波折射指数增大，这为平流层低层的行星波上传提供了有利条件。此时，平流层上层的波活动通量显著辐合，导致更剧烈的极区增温和极夜急流减弱。另一方面，辐射过程需要更长的时间来冷却极区平流层以恢复极涡。因此，WPV呈现持续性更长和强度更大的特征。本研究揭示了层结通过调节行星波垂直传播进而影响WPV行为的物理机制，为理解平流层环流的未来变化提供了理论支撑。