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1、第卷 第期, 峪年月地球物 理 学报。生,今热带大气季节内振荡和的 相互关系李 祟银周亚萍中国科学院大气物理研究所,北京摘要通过观测资料的分析和数值棋拟,研究了热带大气季节内振荡与的相互关系一方面,在加事件发生之前,热带大气季节内振荡 尤其是在赤道中西太平洋地区异常偏强,通过海一气相互作用它可能是如 的一种重要滋发机制。同时,赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强同东亚中高纬度地区一“天振荡的加强和强东亚冬季风有关。另一方面,对热带大气季节内振荡也有重要影响,在如期间,热带大气季节内振荡明显减弱其结构明显趋于正压性关锐词厄尔尼诺 南方涛动,大气季节内一天振荡一己言、月闷是厄尔尼诺五。和南方
2、涛动的合称,它集中反映了热带地区的大尺度海一气相互作用,因为如主要是海洋状况的变化特征,而 南方涛动是大气变化的特征研究表明,如同南方涛动有非常 好的相关,在南方涛动的低指数时期往往出现赤道东太平洋的正异常,发生如事件,因而就把两种异常现象统称为“闪虽然没有准确的周期性,但长时间资料的统计分析表明,一般一将出现 一次,因此人们又把严格讲应是南方涛动 视为大气中的一种甚低频变化振 荡 现象。一系列 的研究表明,信号不仅存在于热带海面温度和洋流强度等要素场的变化中,而且在全球大气环流和气候的年际变化中也都有清楚的反映例如,印度的季风雨、澳大利亚的干旱、西太平洋地区的台风活动、中国东北的夏季低温和华
3、北的汛斯降水等,都同有明显的关系。一代同短期气候变化有关的大气季节内振荡虽然早在年代初就在热带地区被 揭露 出来,但年代以来才得到了广泛的研究,包括其结构特征和活动规律一基于对射出长波辐射资料的分析,有人提出了一种推测,即热带大气的一天振荡通过海一气祸合相互作用可能成为如的激发因素叨作为不同时间尺度气候变化的反国家自然科学基金资助的课题。本文,”年月日收到,月日收到修改稿。地球物理学报卷映和重要原因,大气季节内振荡 尤其是热带大气季节内振荡和之间一定存在着相互影响的关 系,但这方面的研究还进行得不多深人进行有关研究,不仅可以了解两者间的关系,还可进一步认识和大气季节内振荡的本质,因而是十分必要
4、和有意义的。本文将基于观测 资料的分析和数值模拟研究同热带大气季节内振荡的关 系,从而得到同热带大气季节内振荡相互作用的重要结论二、热带大气季节内振荡对的激发对欧洲中期数值预报中心的大气环流格点资料一年的分析、日飞,吕一丽豆百丽丽图赤道中西太平洋地区一天带通滤波的纬向风的平方值砂随时间的变化、一飞飞、飞、飞飞图东亚一中西太平洋地区上不同纬度带一“天振荡的纬向风平方值的时间演变一,一。一,。一“一“,。一李崇银等热带大气季节内振荡和的相互关系表明,热带大气季节内振荡有极清楚的年际变化,而且这种变化同有清楚的关系上述特征和关系对赤道中西太平洋地区的一天振荡更为清楚图是赤道中西太平洋地区一“,“一“
5、一天带通滤波的纬向风的平方值随时间的变化,它基本上代表了一天振荡动能的变化很显然,大气季节内振荡的动能有明显年际变化,而且年和年有很强的动能,热带大气季节内振荡偏强大家知道,年和年的夏秋之间都出现了较强的如事件,赤道 中西太平洋地区大气一天振荡在如事件发生前的年春季和年夏季异常加强,说明了如 事件的发生同热带大气季节内振荡的活动有密切的关系虽然现在还没有热带大气季节内振荡直接引起访。事件的动力学研究结果,但一个理论模式计算表明,大气中的对流凝结和蒸发风反馈它们是热带一天振荡的激发机制,在海气藕合作用下对一类年际变化有重要作用一玉扮。卜一拍祖承零 扮 霎。马欢续尼盆拍几。一。它“图。 。候平均高
6、度距平的时间一空间剖面”年五。前情况,年反五。前情况 图中仅给出了土和和土线,阴影区表示负距平地球物理字报卷对赤道 印度洋地区的资料分析表明,赤道印度洋地区的一天大气振荡并没有先于赤道中西太平洋地区有明显加强现象 分析中高纬度东亚地区一天大气振荡的活动却发现,在中西太平洋地区大气季节内振荡动能增强之前,东亚中高纬度地区一天大气振荡的动能已有增强的现象并有 由东亚大陆向赤道中西太平洋地区传播的特征图我们曾经指出【,冬半年东亚的寒潮冬季风 异常同如的发生有明显的关系资料诊断和理论分析表明,频繁的强冬季风 强东亚大槽活动通过妙波列可以将中高纬度地区的扰动能量传送到赤道中西太平洋地区,并引起赤道 中西
7、太平洋地区大范 围对流活动的加强和信风的减弱前者将导致该地区一天大气振荡的加强,后者将激发出异常海洋波,它们的共同作用最终会引起事件的发生这里要强调指出,东亚强寒潮的活动有明显的一天准周期性图是年月一年月和年月一年月候平均的高度距平的空间剖面,其路径由亚洲大陆高纬度地区到西太平洋热带地区在图中反映东亚大槽 寒潮 活动的高度负 距平阴影表示,表现出清楚的准周期一天特征而且,对于年如事件发生之前的冬半年,东亚大槽的活动频繁而强,有,次强过程的影响到达以南但对于年反如现象的发生,其前半年东亚大槽的活动显然偏弱,仅有一次强过程的影响到达以南地区。因此,在发生如事件之前的冬半年里,东亚寒潮 冬季风 活动
8、偏强,并呈准周期一天 地将影响传到赤道 中西太平洋地区很显然,前面有关热带大气季节内振荡的分析结果很好地同东 亚冬 季 风异 常与关系的研究结果相衔接说明冬半年东亚中高纬度地区一天大气振荡的异常加强,通过东亚寒潮 冬季风 活动将能量传送到赤道中西太平洋地区,并使得该地区的大气季节内振荡强烈发展,成为激发加事件的重要机制之一已。,、一只浏一一曰龟 、,一山一,一只一 着一。 队 八 茸八 刀性竺,一曰二竺告二 日吕】 日吕甘己二一一二一一一一匕一 】图赤道中西太平洋地区“上一天振荡的纬向风平方值的时间变化一,。一地区一,一地区李崇银等热带大气季节内振荡和的相互关系三、对热带大气季节内振荡的影响大
9、气尤其是热带大气 的季节内振荡对如事件有激发作用,对热 带大气季节内振荡有没有影响呢观测资料的分析清楚地表明,热带大气季节 内振荡 在谊。期间相对偏弱例如,在前有较强一天振荡动能的赤道中西太平洋地区,丘。期间其动能却明显偏小图给出了一。“一,“一“和“一“,“一地区上一。天振荡的纬向风平方的时演变可以看到,在一年和一年两次如事件之前,有异常强的一天振荡动能,而在如 期间一天振荡动能却相对偏弱热带地区的射 出长波辐射能较好反映热带大气的一天振荡的活动,分析的变化,也能表现热带大气季节内振荡同的关系从图可以看到,无论在赤道印度洋还是赤道西太平洋地区,的一天振荡的强度在年月之后及年月之前相对明显偏弱
10、,同样说明了如对热带大气季节内振荡有一定的削弱作用眺甘一日奢国一八八八、 入入、八,八、八八爪拢一一飞、色国闷。八曰州川川浅浅尸八、八孙翩、习夕, ,滩伙山卜卜一、琴 侧闷一一吕图,一年间赤道印度洋,“一,。,。一及赤道西太平洋,。一,。,。一地区,的一天带通滤波值的时间变化图中实线和虚线分别表示赤道印度洋和赤道西太平洋地区情况地球物理学报卷门目日、蕊俪工日队、飞书俞图赤道中东太平洋地区上一天振荡的纬向风平方值的时间变化一“,一地区一“,“一地区。同赤道印度洋和赤道 中西太平洋地区的一天振荡减弱一样,在一年和一年两次如期间,赤道中东太平洋地区的一天振荡的动能也处于较弱的时期 图,尽管减弱不及在
11、印度洋和西太平洋地区那么厉害因此,在如期间,热带大气的季节内振荡被明显削弱,尤其是在赤道印度洋和赤道中西太平洋地区关于在如情况下热带大气季节内振荡明显减弱的动力学机制,我们将另文详细讨论,下面仅从大气运动的能谱角度给予初步解释就时间域而论,可 以粗略地把大气运动分为瞬变扰动、低频振荡变化和准定常三部分瞬变扰动也就是天气尺度扰动,其时间尺度为几天 低频变化包括准双周一天 振荡和大气季节内振荡准定常运动的时间尺度可认为大于天大家知道,同如 相伴的赤道东太平洋海表水温的异常及南方涛动指 数的异常都将持续年以上,因此是准定常变化五。之前,热带大气季节内振荡的异常加强,可能是瞬变扰动 大范围积云对流 的
12、能量大量转换成低频振荡能量的结果 而在谊。期间,热带大气季节内振荡的减弱,则是大气低频振荡能量大量转换成准定常能量的必然结果由此可见,对热带大气季节内振荡的影响,以及热带大气季节内振荡对于如的激 发,实际上在大气内部存在着能量传输过程四、影响热带大气季节内振荡的数值模拟在关于热带 大气季节内振荡的数值模拟试验中,同样可以看到对热带大气季节内振荡的影 响数值模拟用的是一个层全球谱模式一,空间分辨率为个谐波,模式包括了大气中的基本物理过程,能较好模拟热带大气季节内振荡的活动在第一个数值模拟试验中,所用的是随时间变化的气候平均值,其结果可代李崇银等热带大气季节内振荡和的相互关系、。日狱爪、卜引、八,
13、夕产司刁里爪,一口口、了例尸、图数值模拟的对流层上部热带大气一“平均一天振荡动能的纬向分布控制试验用气候平均值异常试脸用,年之值表 大气的一般情况在第二个模拟试验中,是用年的观测值,可视为有谊。事件的结果 比较上述两个模拟试验结果,可看到对热带大气季节内振荡的影响图是模拟的夏季月对流层上部热带大气一天振荡动能的纬向分布两个试验结果的比较可 以看到,无论是扰动动能的极值还是纬向平均值,云。情况下热带大气季节内振荡的动能都要比正常情况时偏小,说明如事件的发生对热带大气季节内振荡有明显减弱作用,这同资料分析结果完全一致一系列的研究已经表明,热带大气季节内振荡具有对流层上层和下层反相的“斜压 ”垂直结
14、构 特征,在风场和气压场 位势高度场上都有清楚反应图是控制试验模拟的热带大气季节内振荡的地面气压 实线和对流层上部温度虚线 的纬向分布,两者主要表现为反相的“斜压”性质,尤其是对于占主要分量的纬向波数的扰动图是异常试验的模拟结果,实线和虚线更主要地表现 出一致的正压性质,尤其是对于纬向波数的扰动更显著类似地,模拟得到的热带大气一天振荡在纬向风场上也有同图相似的结果 图略因此,数值模拟结果清楚地表明,助事件有使得热带大气季节内振荡的垂直结构趋向正压性的作用如事件影响热 带大气季节内振荡的垂直结构的模拟结果同观测资料的分析结果也是一致的例如,年月如刚开始热带大气季节内振荡的垂直结构就比年夏季更多地
15、表现出正压特性图略对于实际大气或模式大气的运动来讲,可以将海温异常作为一种外强迫有关大气对外源强迫响应的一些研究表 明咖,与积云对流加热反馈大气 内部强迫不同,外源强迫比较有利于在大气中激发产生正压不稳定模,这种外源强迫激发的正压不稳定低频模态同已有的热带大气季节内振荡相叠加,这可能是在如情况下热带大气季节内振荡结构趋向正压性的重要原因当然,热带大气季节内振荡在外源强迫下其结构 发生改变的动力学过程,尚需深人研究地球物理学报卷入坟 自、俞尸一一茄一喻林日川卜口卜一一一一一口备卜月二,食 词、 声、,栖艺止巴价众一“七一一一舜不筋石一分一一谕图数值模拟的热带一“大气季节内振荡的地面气压实线和对流
16、层上部。温度虚线的纬向分布控制试验用气候平均异常试验用年观测五、结语本文通过资料分析和数值模拟,揭露了和热带大气季节内振荡的相互联系和相互影响,得到了一些有意义的结果热带大气季节内振荡有极明显的年际变化,这种年际变化同有密切联系在如发生之前一个月左右,赤道中西太平洋地区的大气季节内振荡异常偏强 通过海气藕合相互作用,扰动被增幅减频,这种异常强的季节内振荡可能是激发如的重要机制赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强,同强的东亚冬季风活动以及东亚中高纬度地区一天振荡的较强活动有关,表明如 事件的发生可能 同全球大气季节内振荡的活动异常都有关系对热带大气季节内振荡有明显的影响,如 期间热带大气季节内振荡偏弱,说明如这种甚低频振荡对热带大气季节内振荡有一定削弱作用同时,如还使热带大气季节内振荡的垂直结构趋向正压性不 同时间尺度气候系统 间存在着相互作用,深人研究其相互关系和相互作用,将会为气候预告和预测提供科学依据和方法致谢澳大
