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GRL | 罗斯比波如何导致极端降水事件在环印太地区的聚集发生

气象学家  · 公众号  ·  · 2024-03-27 15:59

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罗斯比波如何导致极端降水事件在环印太地区的聚集发生

The Indo-Pacific Rim at Risk: How Rossby Waves Contribute to Extreme Precipitation Clustering


全文简介


当多个地区在一段时间内同时或接连发生极端天气时,会对生态、经济和社会民生产生连锁反应。这种事件被称为聚集性极端天气事件,是连续灾害性天气事件的一种新形式。近年的研究表明,极端天气在多个地区的相继发生并非巧合,具有内在联系,但人们对于此类事件的识别及泛化机制仍然缺乏了解。为此,港科大宋玉荣(博士一年级)与陆萌茜副教授,联同夏威夷大学马诺阿分校王斌教授,首次在日时间尺度上识别了环印度-太平洋地区的聚集性极端降水事件(Clustering extreme precipitation events),并研究其驱动机制。研究表明,印度-太平洋地区的聚集性极端降水事件在过去显著增加,这一趋势在很大程度上可归因于罗斯比波响应频率的增加,包括罗斯比波活动传播引起的环太平洋 (circum-Pacific)和跨太平洋型 (cross-Pacific),以及太平洋反气旋型 (Pacific anticyclone)。印度夏季风热源和La Niña是主要驱动因素,而中纬度急流则是事件的调节器。相关成果已正式发表在 Geophysical Research Letters


/// 正文

研究背景


中纬度地区极端天气的预警信号可能来自热带,但导致跨大陆边界的聚集性极端天气事件的具体环流模式尚未被探索,且对于同一类型的极端天气事件在多个地区接连发生的复合灾害的识别和理解仍然存在知识缺口。确定这些事件之间的物理联系将有效填补亚季节到季节(S2S)范围内的天气-气候预测空白,并且对于早期预警系统减轻极端天气事件的影响具有重要意义。


研究成果


为了解决上述问题,该研究首先构建了1980-2021年南亚-东亚-北美聚集性极端降水事件数据库,发现环印太地区的聚集性极端降水事件在过去呈增加趋势(0.5 次/10年)。随后,利用自组织映射技术对日200hPa流函数距平场进行了分类,以识别与聚集性极端降水事件相关的大气环流模式。研究结果显示,多种罗斯比波模式(Rossby wave pattern)组织了极端降水的聚集性发生,包括三种类型:环太平洋罗斯比波列、跨太平洋罗斯比波列和由罗斯比波破碎引起的太平洋反气旋(见图1)。这三种模式会使中纬度地区极端降水的发生概率显著提升至5倍、8倍和25倍。值得注意的是,三种罗斯比型具有不同的空间组成结构,在季节性、持续性和水文影响方面表现出显著的差异,而模式间的性质差异由背后的驱动机制决定。具体而言,1)大气内部动力学(热带热强迫)激发了不同罗斯比波型,热带热源的不同特征导致遥相关的多样性。例如,环太平洋罗斯比波型表现出“湿印度-干菲律宾”偶极子加热异常,使得波列偏东北;2)外部强迫(海温异常)在更长的时间尺度上,影响大气平均状态和异常非绝热热源,从而改变Rossby波型;3)基本状态西风带急流的变异性调控罗斯比波在下游的发展。该研究揭示的罗斯比波模式的频率不断上升,可能使未来的聚集性极端降水事件更加频繁,并加剧其水文影响,对社会、经济和环境系统构成严峻挑战。

图1:三种罗斯比波模式


文章信息


Song, Y., Lu, M. *, & Wang, B. (2024). The Indo-Pacific rim at risk: How Rossby waves contribute to extreme precipitation clustering. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL107690. https://doi.org/10.1029/2023GL107690




作者信息


第一作者

宋玉荣 香港科技大学土木与环境工程学系博士,主要研究热带-温带遥相关及水汽传输、极端降雨和大气河等

通讯作者

陆萌茜 香港科技大学副教授(土木及环境工程系),2014年在美国哥伦比亚大学地球与环境工程学院获得博士学位。陆萌茜老师课题组的研究方向包括大气河水汽输送,极端气象水文,气候变化及水资源管理。课题组长期招聘硕士生,博士生,博士后研究员。有意向的申请人请将申请材料直接发送至陆老师邮箱([email protected])。


课题组信息

HydroMet Group at HKUST

https://cemlu.people.ust.hk









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