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东亚寒潮不再只看强度:长白山两侧冷空气通量之比,把降雪落区提前分开

核心概要

东亚寒潮的分类不再只看冷空气强度,而是看冷空气通量从长白山哪一侧通过。研究者用1979/80至2023/24年冬季的JRA-3Q再分析资料算出冷空气通量,再用自组织映射把2052次寒潮事件归为西侧、北侧和中间三组,并提出以长白山东西两侧通量之比取对数得到的通量路径指数。该指数与日本海925百帕水平风辐合呈显著负相关,西侧路径对应日本海极地气团辐合带更易形成,日本海沿岸降雪更多。

AI-generated editorial illustration: A Dynamical Categorization of Cold Air Outbreaks for Weather Impacts in East Asia

深度剖析

东亚寒潮现在可以按冷空气从长白山哪一侧南下分成三类,而不是只按强度或南北范围来分。 此前对寒潮的分类要么按经向范围划分,要么只针对个别强寒潮个例,冷空气通量的水平二维路径没有被系统区分。 1979/80至2023/24年冬季共2052次寒潮事件被归入西侧组、北侧组和中间组,其中中间组出现最多,北侧组次之,西侧组最少。

分类的依据是一个只用两个矩形区域平均通量之比就能算出的指数,不需要先做复杂的天气形势判别。 该指数把长白山西侧与东侧的通量之比取以2为底的对数,使比值关系变成简单的正负号变化。 对通量场做自组织映射得到25个节点,再按指数升序排列,用相邻节点差值在排序第6和第19处的峰值把25个节点切成三组。

冷空气走西侧路径时,日本海上的水平风辐合更强,这为日本海极地气团辐合带的形成提供了气候统计上的支持。 此前关于长白山阻挡作用增强西侧通量并促成辐合带的判断主要来自个例研究,气候尺度的统计证据不足。 通量路径指数与日本海中部925百帕区域平均水平风辐合之间的相关系数为-0.51,显著性远高于0.01水平,三组均值基本落在回归线上。

启示与展望

这套分类针对东亚冬季风背景下的寒潮,使用1979/80至2023/24年冬季的JRA-3Q再分析资料,水平分辨率为1.25°×1.25°,时间分辨率为6小时。指数由长白山西侧和东侧两个矩形区域的平均冷空气通量算出,适用于判断日本海极地气团辐合带形成的可能性以及日本沿岸降雪的落区差异。作者提出可把该方法用于未来气候预估数据,并指出再分析资料的分辨率不足以刻画中尺度对流,需要用更高分辨率资料进一步检验辐合带从日本海西部延伸到东北地方沿岸的细节。

三组划分的边界由相邻节点指数差值的局部峰值确定,作者同时要求每组包含合理数量的节点,因此分组边界带有一定主观性。中间组内部差异较大,部分节点气压梯度大、冷空气输送强,另一些节点则气压梯度小、输送弱。再分析资料的分辨率不足以解析中尺度对流,辐合带是否真正延伸到日本海西部至东北地方沿岸尚未直接验证。寒潮本身在未来变暖下的变化被作者留作另行研究。