冬季北太平洋中纬度大气对热源和涡度强迫的响应

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中纬度大气对SST异常的响应过程是理解中纬度海气相互作用机理的关键问题,本文以中纬度大气对与SST年代际异常相关的大气异常强迫源的响应机理研究为核心,首先使用了59年的NCEP/NCAR再分析资料,分析揭示了冬季气候平均大气非绝热加热、瞬交加热和瞬变涡度强迫的分布特征,同时进一步研究了位于北太平洋区域的与SST年代际异常相关联的强迫异常的典型空间分布型及其与大气异常型的配置关系,在此基础上,利用线性斜压模式(LBM),分别针对理想化热源强迫和涡度强迫以及实际热源和涡度强迫异常开展大气响应的数值模拟,分析了大气对不同类型强迫的响应结构和影响因子,讨论了不同类型强迫对大气高度场异常的相对贡献。通过这些研究,揭示了中纬度大气对SST异常响应的基本特征和决定性因子,为理解中纬度海气相互作用机理和中纬度气候异常成因提供了理论基础。  研究结果表明,冬季气候平均的非绝热加热主要分布在热带区域,其加热中心位于对流层中层,而瞬变加热主要分布在非绝热加热相对较弱的中高纬度区域,体现了瞬变涡旋活动对非绝热加热的重新分配,其最大加热中心位于300hPa左右,两种加热的量级相同。瞬变涡度强迫主要分布在对流层高层,其分布特征是正负强迫在纬向上呈带状交替分布,在南半球,瞬变涡度强迫在经向上与涡旋驱动的副极地急流正交,从而通过瞬变涡旋的涡度输送来维持急流。  通过对大气强迫异常的研究表明,当北太平洋海温在年代际尺度上异常变冷时,与之相联系的热源强迫和涡度强迫都出现了正异常变化,总的热源强迫异常的最大值中心位于对流层高层,主要是由瞬变加热所贡献,在对流层低层,主要是由非绝热加热所贡献。热源强迫的正异常中心位于大气位势高度低压异常中心的下游。瞬变涡度强迫的正异常中心主要分布在对流层高层,与位势高度场的低压异常中心基本处于同位相,但略偏向下游位置,从而维持和增强低压中心。  LBM试验结果表明,大气对热源强迫的响应既可以出现相当正压结构也可以出现斜压结构,主要取决于热源与背景西风急流的相对位置以及热源的垂直结构,对于与观测类似的北太平洋东部深厚热源,大气响应具有斜压结构;而大气对不同水平位置、不同尺度和垂直结构的涡度强迫的响应总是表现为同位相的具有相当正压结构的低压。大气对实际热源和涡度强迫异常响应的模拟也得到了类似的结果,表明大气异常是非绝热加热、瞬变加热和瞬变涡度强迫这三类强迫源共同作用的结果,而瞬变涡度强迫则对维持大气异常的相当正压结构具有更主要的贡献。
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