兩周前的帝王寒流讓許多人印象深刻,事實上這波寒潮發展的過程不只對於對流層內的我們造成影響,在平流層中其所造成的漣漪,可能現在才剛要開始。

 

寒潮發展的過程往往伴隨西風帶波動的劇烈發展,這類的劇烈長波發展過程中波動能量常常可以在垂直方向上傳遞,此種大尺度擾動能量的強度以及傳遞方向可以用E-P通量來加以表示,是作為診斷大尺度環流系統發展過程之能量收支的良好指標。

 

以西風波動為例,其發展程度與伴隨的波動能量是呈正比的,如果有足夠的波動能量往平流層大氣傳遞累積,常常可以造成平流層內的迅速增溫過程,增溫過程往往代表維持極地渦漩的經向溫度梯度被破壞,反映在極渦的強度上往往使其崩潰或出現位移,這種過程有時會從高平流層內開始向下傳遞至對流層,最後也影響到對流層內極渦的強度也使其減弱位移並可能進而導致AO(北極震盪)而使其出現負相位,此時冷空氣便容易從極區外流影響到中低緯度地區的天氣。

 

此種過程又被稱為平流層爆發性增溫(stratospheric sudden warming, SSW),強度上根據氣象學家的分類又可以分為Major(10hPa, 60N的西風出現反轉)以及Minor(繞極西風帶未反轉但顯著減弱)兩種事件,強度取決於增溫幅度。來看看這次帝王寒流事件中西風帶的變化以及E-P通量上傳過程究竟在平流層內產生了哪些影響~

 

下圖一是1/21~29日的E-P通量傳遞過程以及4~5天平均的極投影500hPa場距平,可以看到在1/25日以前在北亞的阻塞系統逐漸建立,脊深入極區,同時伴隨E-P通量開始往極區高層大氣傳遞,而後隨著阻塞崩潰位移西風帶在25日以後波動的震幅便有減小之趨勢,然而此前的劇烈波動過程導致的大量波動能量上傳之趨勢正方興未艾,可以看到在極區平流層大氣出現紅色箭頭,象徵劇烈的波動能量上傳過程正在持續。

 

這導致了目前在高平流層大氣開始出現了一輪強烈的增溫過程,如下圖二所示在30與10hPa均出現了顯著的快速增溫過程,高層的極渦分布也呈現波數一(指高低壓各一的成對態)的減弱型態(下圖三),預報上更顯示約莫在2/7前後的高平流層增溫幅度將可達攝氏10度(下圖四),如果預報成真,將會是相當強的一次增溫事件。

 


 

然而預報上對於上層極渦的減弱訊號是否會下傳到對流層內影響下層極渦強度,目前仍屬於無法掌握的階段,此過程很可能是非線性的,因此對於目前這個醞釀中的顯著增溫事件的影響仍先觀察就好,統計上似乎顯示波數一的極渦型態傳遞到下方大氣的可能性較波數二來的大。然而不管是從預報掌握度以及時間尺度看來要影響到對流層都是相當久的(至少半個月以上),也可能增溫幅度不如預期或訊號下傳程度有限,故此增溫事件值得持續追蹤,但不宜過早針對其對對流層影響下結論,慢慢看就好。

 

(ESRL真是好物啊XD)

資料來源:ESRL、ECMWF、東京氣候中心、中國國家氣候中心

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