温昕晟, 杨双艳, 高铭祥, 等. 2024. 夏季欧亚中高纬大气ISO与欧洲阻塞频率的联系及其对极端高温事件的协同作用[J]. 大气科学, 48(3): 1043−1058. WEN Xinsheng, YANG Shuangyan, GAO Mingxiang, et al. 2024. Relation of Atmospheric ISOs over the Mid–High Latitudes of Eurasia to the European Blocking Frequency and Their Co-effect on Extreme Hot Events during Boreal Summer [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 48(3): 1043−1058.
DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22077
本文利用1979～2018年NCEP/NCAR逐日再分析资料，基于EEOF、合成分析等统计方法，先探讨了夏季欧亚中高纬大气ISO不同模态的三维结构和演变特征及其对欧洲地区阻塞发生频率的影响，然后进一步探讨了中高纬ISO和阻塞对欧亚地区极端高温事件的协同作用。
图 1979～2018年夏季北半球极端高温事件的平均阈值相对于850 hPa气温气候态的异常场的水平分布，单位：K。
分析发现，欧亚中高纬地区位势高度的最大变率中心出现在乌拉尔山地区（55°～65°N，40°～70°E）。通过对最大变率中心250 hPa位势高度场的功率谱分析发现，中高纬地区大气存在显著的10～30天和30–50天的振荡周期。本文以10～30天的ISO为研究重点，运用EEOF分解发现欧亚中高纬地区10～30天的大气ISO存在东传和西传两种传播模态。合成分析表明，在东传模态下，欧亚中高纬地区250 hPa位势高度异常主要表现为正负相间的西北—东南向倾斜的四级型波列，该波列在对流层呈准正压结构。准正压的位势高度异常场耦合温度异常场同时向东南方向传播。高度异常场和温度异常场满足静力平衡关系，即对流层准正压的正（负）位势高度异常场耦合对流层低层正（负）温度异常场和对流层高层负（正）温度异常场。在西传模态下，欧亚中高纬地区250 hPa位势高度异常主要表现为东西向偶极型波列，该波列在对流层亦呈准正压结构。准正压的位势高度异常场耦合温度异常场同时向西传播，且高度异常场和温度异常场也满足静力平衡关系。
图 1979～2018年夏季（5～9月）10～30天滤波的250 hPa位势高度异常场（a1–a3）EEOF1、（b1–b3）EEOF2、（c1–c3）EEOF3和（d1–d3）EEOF4的空间分布，EEOF选取时间间隔为3天，右上角为每个模态对总体方差的贡献；（e）EEOF前5个模态的方差贡献（黑点）及其误差范围（垂线）；（f）PC1（PC3）与PC2（PC4）的超前滞后相关，实线为PC1与PC2的相关，虚线为PC3与PC4的相关，水平红线表示0.05的显著性水平线。
东传和西传模态下，大气ISO的移动会显著影响下游系统。统计发现，在夏季，欧洲地区是欧亚地区阻塞最活跃的区域，且欧洲阻塞发生最频繁的区域为（55°～70°N，15°～40°E），定义该区域为欧洲阻塞关键区。位相合成表明，在东传（西传）模态位相6～7（5～6）期间，欧洲关键区阻塞频率有最强正异常，达到3%（7%）。在东传模态位相6～7期间，阻塞关键区西北部受正高度异常控制，东南部受负高度异常控制，关键区位势高度梯度减弱，导致异常东风，从而有利于关键区内阻塞的发生。在西传模态位相5～6期间，阻塞关键区受强的正高度异常控制，从而有利于关键区内阻塞的发生。
在东传（西传）模态下，选取关键区阻塞发生最频繁的位相6～7（5～6）作为重点关注位相，分析了中高纬大气ISO与欧洲阻塞对欧亚中高纬地区极端高温事件的协同作用。结果表明，欧洲阻塞活动调控了欧亚中高纬ISO两个传播模态对极端高温事件的影响。在东传模态的位相6～7期间，在对流层欧亚大陆上整体呈现正负异常相间的西北—东南向倾斜的高度异常分布，在没有阻塞发生时，欧洲西部和乌拉尔山地区受准正压的正高度异常控制，导致局地出现显著的极端高温频率正异常；而东欧平原和我国东北平原地区主要受准正压的负高度异常控制，导致局地出现极端高温频率负异常。
图 （a）东传模态位相6+7下10～30天500 hPa位势高度异常（等值线，间隔：8 gpm；0等值线省略）和极端高温事件频率异常（阴影）的合成，极端高温事件频率异常为位相6+7期间的极端高温频率与夏季气候态的极端高温事件发生频率的差值；黑色实线框为欧洲阻塞关键区；（b）和（c）同（a），但分别为无欧洲阻塞发生和有欧洲阻塞发生时的合成结果；（d）为（c）与（b）的差值。实线为正位势高度异常，虚线为负位势高度异常，打点区域为通过0.05的显著性水平检验区域。
相比于无欧洲阻塞情况下，阻塞的发生导致欧洲西部的正高度异常强度明显增强，以及乌拉尔山地区（东欧平原和我国东北平原地区）的正（负）高度异常的强度有所减弱，同时还导致欧洲以南出现负的高度异常。在西传模态位相5～6期间，对流层欧亚大陆上整体呈现西负东正的高度异常分布，无阻塞发生时，欧洲地区和乌拉尔山地区分别受准正压的正的和负的高度异常控制，因此两地区极端高温事件的发生频率分别增加和降低。相比于无欧洲阻塞情况下，阻塞的活动导致欧洲地区（乌拉尔山地区）的正（负）高度异常的强度明显增强，并使欧洲以南和我国东北平原地区分别出现负的和正的高度异常。由此可见，欧洲阻塞调节了各模态相应位相下位势高度异常的分布，使得整个欧洲地区和我国东北地区极端高温事件的发生频率增加，以及欧洲以南和乌拉尔山地区的极端高温事件的发生频率降低。虽然欧洲阻塞和中高纬大气ISO可以协同影响欧亚地区极端高温事件的发生频率，但是关于他们对极端高温协同影响的动力学机制还有待进一步探究。此外根据前人研究，某些区域的极端高温事件能表现出季节内变化特征。但对于阻塞高压，前人研究指出阻塞高压时间尺度复杂，且形成机理尚不明确，不同区域阻塞高压性质也存在较大差异，因此以往研究更多的是讨论阻塞事件在季节尺度上受到的调控影响。那么欧洲阻塞高压和极端事件本身是否也存在显著的季节内变化特征？能否从阻塞事件和极端高温事件自身出发对其季节内变化特征进行揭示？这一系列问题将在后续的研究中深入探讨。
