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西半球环流型的形成维持机制及对平流层极涡的影响

大气遥相关型，波流相互作用，能量诊断，平流层极涡，行星波

北半球冬季大气中存在着一些大尺度的低频遥相关型，西半球（Western Hemisphere；WH）环流型作为一个新发现的北半球冬季大气低频遥相关型，其对北太平洋-北美大陆-北大西洋地区的天气和气候异常有着重要的影响。本文使用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts；ECMWF）的再分析数据集，通过诊断位势高度倾向方程和能量转化方程，研究了WH环流型形成维持的动力学机制和能量学机制，并分析了WH环流型对平流层极涡的影响以及相关动力过程。

利用位势高度倾向方程对WH环流型形成维持的内在机制进行研究后发现，在WH环流型的发展和衰减阶段，高频扰动反馈一直增强着WH环流型，促使WH环流型维持；低频扰动在WH环流型的发展阶段也通过反馈过程促进了WH环流型的发展和增强；低频扰动与背景场的耦合项在WH环流型发展和衰减的整个生命史中都促使WH环流型衰减。能量转化方程的诊断结果表明，WH环流型在北太平洋和北大西洋的急流出口区域，可以通过正压能量转化过程从背景急流中获得扰动动能；同时高频瞬变扰动的正压反馈也能够加强WH环流型的扰动动能，使该环流型得以发展维持；与北美-北大西洋背景场温度梯度相关的斜压能量转化过程能够高效地将扰动有效位能从背景场向低频扰动场转化，进而促使WH环流型维持；高频瞬变扰动的斜压反馈作用促使扰动有效位能减弱，不利于WH环流型的维持。

WH事件合成的统计结果表明对流层WH环流型与表现为平流层极涡向北美偏移的平流层北美（North America；NA）模态之间存在着明显的联系，通常WH环流型会超前于NA模态5天左右出现。超前滞后奇异值分解的结果也表明这两种模态之间存在着明显的超前滞后统计关系。WH环流型通过与气候态行星波线性叠加的方式，加强（抑制）了垂直方向上行星二波（一波）向平流层的上传。这种二波加强同时一波减弱的情形影响到平流层后，会导致平流层极涡向北美大陆偏移，从而导致NA模态的形成。值得注意的是，与WH环流型相关的环流异常有利于北美大陆极端冷事件的发生，而平流层的NA模态并没有对北美大陆的极端冷事件有直接的影响。