拉尼娜现象对美国和加拿大冬季降雪的影响

盼波说 2024-11-19 20:44:44

太平洋正在发生冷拉尼娜现象。它对冬季天气模式的影响众所周知,预计也将在 2024/2025 冬季发挥重要作用。基于以往拉尼娜现象,来分析在拉尼娜冬季期间美国和加拿大的降雪模式。

简单来说,拉尼娜现象是指热带太平洋海域出现的冷海洋异常区域。了解这些变化的成因,可以帮助我们更好地认识有关海洋和大气状态。

当海洋异常开始变化时,它也会告诉我们大气条件预计会如何变化。基于此,可以回顾过去的拉尼娜现象,分析它们如何影响冬季天气模式,以及这些现象对 2024/2025 年寒冷季节天气的影响。

冷海洋异常

上述提及的拉尼娜现象(La Niña),是指发生在厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)区域的海洋温度异常现象。这片热带太平洋区域的状态在暖相和冷相之间周期性变化。通常每隔 1-3 年左右就会出现一次阶段性相位转换。暖相称为厄尔尼诺现象(El Niño),冷相称为拉尼娜现象(La Niña)。

ENSO 的不同相位对热带降雨、气压模式以及海洋与大气之间的复杂动态具有显著影响。下图显示了冷相期间的环流模式,预计该环流模式将影响即将到来的冬季。

ENSO 通过影响或改变这种环流模式,显著影响热带降雨和气压分布。这种变化影响了大气-海洋反馈系统,从而将 ENSO 的影响扩展到全球范围,进而影响冬季的气温和降雪模式。

下图为海洋异常分析,其中标出了主要的 ENSO 区域。图中显示 ENSO 中部和东部区域的海表温度低于正常水平。由于强劲的东风将表层海水推向西部,将深层、更冷的海水上翻至表层,这些冷异常呈“波状”形态。

下图为 NMME 的分析/预测,从中可以看到 ENSO 海洋温度自春季起开始下降,这正是上一个暖相结束的时间。预计在 2024/2025 年冬季期间将出现负异常和持续降温。尽管预测的平均值在拉尼娜阈值之内,但显示此次事件强度相对较弱至中等。

上图表明,即使在早春,海洋异常仍高于正常水平,但随后迅速降温。

众所周知,海洋变化会影响冬季天气模式和降雪潜力。接下来,将深入探讨拉尼娜现象通常对北美地区产生的天气影响,特别是在该地区产生更直接影响的情况。

拉尼娜影响下的北美的天气

这些海洋异常的主要影响体现在喷流模式(强度、位置、路径)的变化上。喷流是位于约 8-11 公里(5-7 英里)高空的大型强力气流(风),犹如大气中的“河流”。

通常情况下,在 ENSO 冷相位 (拉尼娜现象) 期间,北太平洋上空会形成强阻塞高压系统,这是最常见的影响之一。这种高压系统通常会使美国北部上空的极地喷流转向南移并加强其下沉运动。

下图显示了最近几个拉尼娜冬季的平均气压模式。主要特征是北太平洋上空的强高压系统和加拿大上空的低压区。

强高压系统的环流促使阿拉斯加和加拿大西部低压区的发展。这种压力分布推动喷流在两个强气压系统之间的相互作用,会使得极地喷流在北美大陆上空向下弯曲,并加强冷空气的南下,从而影响北美地区的冬季天气。

下图显示了拉尼娜现象期间喷流的“重定向”,以及由此对美国和加拿大天气模式的影响结果。

偏向的喷流将极地地区的寒冷气流和冬季风暴带到美国北部和西北部;而美国南部则通常呈现出温暖、干燥的冬季天气。

观察近期几次拉尼娜冬季的气温数据,可以观察到喷流影响下的冷异常区域,主要位于加拿大西部和美国西北部。负异常区延伸至中西部,并深入至中南部平原。

相反,美国西南部、东部以及加拿大东部则出现比常年更暖的天气和较为温和的冬季条件。冬季主要的天气动态通常出现在美国中西部和中部的暖冷异常交界区域。

随着喷流的变化,压力系统的路径发生改变,拉尼娜现象显著影响北美降雪潜力。

较冷的空气更容易进入美国北部,从而在水汽充足的情况下,降雪潜力将显著增加。

美国和加拿大的降雪模式

基于 ERA-5 数据分析降雪模式。该数据结合了过去 22 次拉尼娜现象发生时冬季的降雪情况。

在拉尼娜现象发生的冬季,较冷的空气更容易到达美国北部和加拿大南部,如果湿度条件合适,降雪潜力随之增加。下图一中,可以看到所有拉尼娜现象年份的平均降雪模式。

可以看到,在美国北部和加拿大南部大部分地区的降雪量高于平均水平。降雪高峰通常出现在太平洋西北部海拔较高的地区。此外,像明尼苏达州、威斯康星州、密歇根州、纽约州、佛蒙特州和宾夕法尼亚州北部等地在这样的冬季也往往会有更多降雪。

在这样的冬季,美国南部的降雪量通常较少,因为在北美喷流更多地局限于美国北部和加拿大南部。

然而,在分析查看实际降雪量和平均值时存在局限性。最大的挑战是,少数几场大的雪事件或某几个月的降雪量可能会使平均值看起来比实际正常值更高。

下图显示了过去 22 次拉尼娜冬季中,1 月至 3 月的降雪量低于平均水平的情况。红色区域表示超过一半以上的时间降雪量低于平均水平的地区;灰色区域表示降雪量通常高于平均水平的地区。

总体来看,太平洋西北部地区、爱达荷州、美国中西部北部和加拿大东南部的降雪量高于平均水平的信号较为强烈。

下方是多个预测机构针对 2025 年 1 月的 ENSO 预测图,显示 2024/2025 年较弱的拉尼娜现象。这一点很重要,因为并非所有拉尼娜现象的影响相同,其强度变化会显著影响美国和加拿大的天气结果。

鉴于本季预计为弱拉尼娜现象,还将观察弱拉尼娜现象的降雪模式。如下所示,美国北部和南部之间的总体降雪量差异不大。但不同地区之间存在一些差异。

例如,在拉尼娜现象较弱的年份,美国中北部地区(包括达科他州、内布拉斯加州和明尼苏达州)的冬季降雪量更高;此外,美国东北部降雪量也有所增加,但美国东南部地区的降雪量则减少。

观察过去 9 次中弱拉尼娜现象中降雪量低于平均水平的情况,模式显示几乎所有弱拉尼娜现象的冬季,美国东北部、北部平原以及西北部的降雪量更多。

数据还显示,弗吉尼亚州、马里兰州和华盛顿特区在几乎每一个弱拉尼娜现象冬季降雪量都低于平均水平。

所有这些季节和几十年的背后,还隐藏着降雪总量的长期变化趋势也在发生变化。下图显示了 1959 年至 2024 年北美 1 月至 3 月降雪量的变化。过去几十年,美国大部分地区的降雪量呈下降趋势;而加拿大部分地区的降雪量则持续增加。

尽管如此,在五大湖地区以及美国东北部的部分远东地区,降雪量“无视”这一长期趋势,保持与常年相同或更高的降雪量。

将全球天气系统作为一个整体来考量~

0 阅读:59