南半球環(huán)狀模與ENSO的關(guān)系研究.pdf

1、本文使用1979-2002年ERA-40氣象觀測(cè)資料分析了南半球春、夏季南半球環(huán)狀模(SAM)與El Nino-Southern Oscillation(ENSO)的關(guān)系。論文的主要目的是解答為什么在La Nina期間南半球環(huán)狀模事件多為正位相,而在El Nino期間則多為負(fù)位相事件。為此我們對(duì)緯向平均緯向風(fēng)、Elliassen-Palm通量、兩個(gè)波破碎判別指數(shù)(Wave Breaking Index, Wave Breaking Po

2、tential Index)等物理量進(jìn)行了合成分析。對(duì)于激發(fā)SAM形成的物理機(jī)制,本文研究的結(jié)果是波-流正反饋?zhàn)饔?。SAM發(fā)展前10天左右,對(duì)流層的基本流場(chǎng)首先發(fā)生改變,出現(xiàn)類SAM正位相或類SAM負(fù)位相型緯向平均風(fēng)異常。受基本緯向風(fēng)場(chǎng)的激發(fā),由于風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改變所引起的瞬變Rossby波破碎在環(huán)狀模發(fā)展過(guò)程中起到了促進(jìn)作用,波破碎產(chǎn)生的動(dòng)量通量輸送使初始風(fēng)場(chǎng)異常放大,這又激發(fā)了更多Rossby波破碎。這一系列改變重復(fù)發(fā)生,從而最終導(dǎo)致了

3、環(huán)狀模型風(fēng)場(chǎng)偶極子結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。在本文的表述中,我們還是簡(jiǎn)單的認(rèn)為是Rossby波的破碎驅(qū)動(dòng)生成類SAM模態(tài),而基本流場(chǎng)的初始擾動(dòng)決定了SAM發(fā)展的位相。本文中定義了兩個(gè)診斷變量用以研究天氣尺度Rossby波破碎。首先,我們提出了預(yù)測(cè)Rossby波破碎可能性的指數(shù)(Wave Breaking Potential, WBP)。這一指數(shù)是建立在緯向平均基本流場(chǎng)特征上,綜合考慮了緯向平均風(fēng)的經(jīng)向切變和位渦切變這兩個(gè)重要因素,從而將計(jì)算的無(wú)量綱的

4、Rossby波破碎時(shí)間尺度作為定量衡量波破碎可能性的指標(biāo)。其次我們還建立了另一個(gè)利用2PVU層的位溫梯度反號(hào)來(lái)判斷Rossby波破碎強(qiáng)度的波破碎指數(shù)(Wave Breaking Index,WBI)。以SAM事件合成的WBI值與E-P通量分析結(jié)果一致:WBI值的最明顯變化位于急流北側(cè),表明SAM的發(fā)展主要表現(xiàn)為急流向赤道一側(cè)的反氣旋式(LC1)Rossby波破碎的改變,而急流向極地一側(cè)的WBI值的變化相對(duì)較小。分析結(jié)果表明ENSO期間緯

5、向平均風(fēng)場(chǎng)、E-P通量、波破碎可能性指數(shù)、波破碎指數(shù)等基本流場(chǎng)特征都發(fā)生了顯著變化。La Nina(El Nino)現(xiàn)象對(duì)南半球大氣基本流場(chǎng)的預(yù)調(diào)制表現(xiàn)為急流向赤道側(cè)的反氣旋式Rossby波破碎在此區(qū)域加強(qiáng)(減弱),從而激發(fā)SAM正位相事件。WBI的概率分布函數(shù)分析顯示,La Nina(El Nino)對(duì)應(yīng)急流向赤道一側(cè)的強(qiáng)(弱)反氣旋式波破碎的頻繁發(fā)生。波破碎特征及其對(duì)背景流場(chǎng)的依賴性很好地解釋了ENSO期間SAM事件的正、負(fù)位相發(fā)生

6、偏移的原因。此外,研究發(fā)現(xiàn)南北球春季對(duì)流層的SAM/ENSO事件多由平流層的SAM信號(hào)引導(dǎo)。當(dāng)El Nino發(fā)生時(shí),對(duì)流層內(nèi)急流的向極地一側(cè)(60°S附近)易于出現(xiàn)頻繁的天氣尺度波破碎,通過(guò)能量串級(jí)作用,這些天氣尺度波的破碎將能量傳遞給更低頻波動(dòng)(行星尺度波),進(jìn)而造成向平流層傳播的行星尺度波強(qiáng)度增強(qiáng)(表現(xiàn)為平流層內(nèi)的垂直向上的E-P通量矢量異常),致使平流層極渦受到更大的擾動(dòng),平流層的緯向風(fēng)場(chǎng)減速(緯向平均東風(fēng)異常)。相反,在La N