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期間則多為負位相事件。為此我們對緯向平均緯向風、Elliassen-Palm通量、兩個波破碎判別指數(shù)(Wave Breaking Index, Wave Breaking Po

2、tential Index)等物理量進行了合成分析。對于激發(fā)SAM形成的物理機制,本文研究的結(jié)果是波-流正反饋作用。SAM發(fā)展前10天左右,對流層的基本流場首先發(fā)生改變,出現(xiàn)類SAM正位相或類SAM負位相型緯向平均風異常。受基本緯向風場的激發(fā),由于風場結(jié)構(gòu)的改變所引起的瞬變Rossby波破碎在環(huán)狀模發(fā)展過程中起到了促進作用,波破碎產(chǎn)生的動量通量輸送使初始風場異常放大,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)狀模型風場偶極子結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。在本文的表述中,我們還是簡單的認為是Rossby波的破碎驅(qū)動生成類SAM模態(tài),而基本流場的初始擾動決定了SAM發(fā)展的位相。本文中定義了兩個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特征上,綜合考慮了緯向平均風的經(jīng)向切變和位渦切變這兩個重要因素,從而將計算的無量綱的

4、Rossby波破碎時間尺度作為定量衡量波破碎可能性的指標。其次我們還建立了另一個利用2PVU層的位溫梯度反號來判斷Rossby波破碎強度的波破碎指數(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值的變化相對較小。分析結(jié)果表明ENSO期間緯

5、向平均風場、E-P通量、波破碎可能性指數(shù)、波破碎指數(shù)等基本流場特征都發(fā)生了顯著變化。La Nina(El Nino)現(xiàn)象對南半球大氣基本流場的預(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(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)對應(yīng)急流向赤道一側(cè)的強(弱)反氣旋式波破碎的頻繁發(fā)生。波破碎特征及其對背景流場的依賴性很好地解釋了ENSO期間SAM事件的正、負位相發(fā)生

6、偏移的原因。此外,研究發(fā)現(xiàn)南北球春季對流層的SAM/ENSO事件多由平流層的SAM信號引導(dǎo)。當El Nino發(fā)生時,對流層內(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,通過能量串級作用,這些天氣尺度波的破碎將能量傳遞給更低頻波動(行星尺度波),進而造成向平流層傳播的行星尺度波強度增強(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,平流層的緯向風場減速(緯向平均東風異常)。相反,在La N