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IPCC第六次评估报告第一工作组报告系列解读⑥
大气环流变化信号信度进一步提升
来源:中国气象报社 日期:2021年11月15日08:28

  专家顾问:北京师范大学教授 龚道溢

  研究区域气候或天气变化离不开大气环流,一方面大气环流是气候变化最直接的驱动因子,另一方面大气环流也在全球变暖背景下的区域响应方式和过程中发挥桥梁作用。从全球到区域,有多种尺度的大气环流系统,大的系统涵盖行星尺度、半球尺度、大陆尺度,是全球气候系统状态的关键指标;而较小尺度的环流则直接控制区域天气气候。

  IPCC第六次评估报告(以下简称“AR6”)中对重要的大气环流系统变化的评估发现,全球而言,许多大尺度环流如哈德莱环流、西风急流等近几十年来都发生了显著变化,结论信度较第五次评估报告(AR5)有所提升。

  作为气候系统状态指标的大尺度大气环流在近年来发生了哪些变化?这些变化因何发生?之间有什么关联?又将怎样影响全球气候?

  哈德莱环流向两极扩张

  哈德莱环流(Hadley Cell)是对流层热带地区最大的环流系统,空气在赤道附近上升,到对流层高层向两极移动,在南北纬30度附近下沉,再由地表向赤道移动,形成一个循环。报告中着重表述了哈德莱环流有明显向两极扩张的趋势,这一结论在以往的报告中也有提及,但AR6认为这一变化可信度较AR5有所提高。龚道溢介绍,包括热带海温、对流等多种因子和过程可能影响哈德莱环流的范围和强度,全球变暖很可能是其主因。这种趋势变化也与气候模式模拟的变暖响应是一致的。

  这一趋势势必对全球和区域大气环流及气候产生极其重要的影响,其中最显著的变化便是副热带高压带(副高)相应地向北扩张。而副高的异常变化,会造成高温带、干旱半干旱区的位置和范围,水汽输送通道、台风移动路线等发生系统性的变化。

  热带外西风急流向两极移动

  全球对流层中高纬盛行西风环流,西风风速极大值区域统称热带外急流。其中哈德莱环流北侧与中纬度交界区温度梯度较大,风速大,称副热带急流。随着哈德莱环流向两极扩张,全球平均而言,热带外急流也在向两极移动。报告特别指出,这一变化是全球平均而言的,在区域上会有所差异,位于南北纬30度左右的副热带急流,以及位于南北纬60度左右的极锋急流形成机理各有不同。不同于北大西洋明显的两股急流,在北太平洋、东亚等地区及南半球,两支急流很难区分,因此AR6报告只笼统评估 “热带外急流”。

  热带外急流向两极移动这一结论一度引起争议——北极变暖速度是全球平均的2-3倍,理论上会造成热带-北极之间温度梯度减小,极锋急流减弱、位置南移,但这一情况仅出现在北大西洋。

  龚道溢解释,这是由于北大西洋极锋急流与副热带急流可以显著区分。副热带急流核心位于对流层高层,极锋急流核心位于对流层中低层。在对流层高层,热带与北极的温度梯度是加大的,对应副热带急流加强且位置北移;对流层中低层温度梯度减小,对应极锋急流减弱南移,两股急流前者强后者弱,热带外急流由二者构成,平均后依然以北移增强为主。

  由于风暴路径大多沿急流偏北位置行进,急流向两极移动,热带外气旋路径、强度和位置都会相应改变。同时西风基本气流发生变化,急流作为波导,也会影响大气中的扰动如波列的路径、强度等。当下学界热门话题——极地放大效应的区域气候响应,其核心问题之一就是热带外急流可能发生的种种变化及其后果。

  北半球极涡减弱 伸向东亚概率增加

  AR6中提到的“极涡”指极地平流层冬半年的低压,其南侧表现为极强的西风,在冬半年,大团的寒冷空气被困在极涡中。当极涡强时,纬向环流加强,冷空气被圈禁其中,很难出来“搞事情”;而当极涡被罗斯贝波破坏后,则会出现短暂的连续东风,这时冷空气就可以出来“撒欢”了。

  极涡被破坏时在极地会出现平流层爆发性增温事件,北极高空几天之内升温幅度可以达到40摄氏度以上,极涡南部伸向的地区则会受到极强冷空气的侵袭——例如今年年初得克萨斯州的极端严寒事件,正是由于极地冷空气南下引起的。

  统计数据来看,近几十年来冬半年北极极涡的平均强度有减弱的趋势,但是极涡偏向东亚的频次在增加,这一变化有可能造成欧亚大陆极端天气气候事件,值得警惕。

  (作者:张艺博 责任编辑:张林)



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