第九讲 中高纬度海气相互作用第九讲 中高纬度海气相互作用

中国科学院大气物理研究所 LASG

Dec 15 2006

《大洋环流和海气相互作用的数值模拟》

周天军

E-mail: zhoutj@lasg.iap.ac.cn

http://web.lasg.ac.cn/staff/ztj/index_c.htm

本讲关注的科学问题

1.中高纬度与热带海气相互作用的不同

2.中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈

3.热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁”

4. 亚澳季风区的海气相互作用

热带海气相互作用和热带外海气相互作用是两个独立的问题吗？

热带海洋影响热带外海洋热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁”变化的“大气桥梁”

热带海洋通过遥相关型影响热带外大气

Trenberth, K. E. ; Branstator, G. W. ; Karoly, D. ; Kumar, A. ; Lau, N.-C. ; Ropelewski, C. 1998,Progress during TOGA in understanding and modeling global teleconnections associated with tropical sea surface temperatures, J. Geophys. Res. Vol. 103 , No. C7 , p. 14,291 (97JC01444)

赤道中东太平洋强劲的年际变率信号 El Nino事件，能够通过引发热带外大气环流的变化，进一步影响热带外海温的变化，从而构成联接热带与热带外大洋年际变化的“大气桥梁”。 “ 大气桥梁”的发生，是通过 Hadley 环流、 Walker 环流、 Rossby 波、以及准定常流与“ storm track” 的相互作用实现的。如果说在ENSO 事件的发生和发展过程中，“局地”海气相互作用起了非常重要的作用的话，则可以认为“大气桥”强调的是遥相关。

(After Lau N. G.)

(Alexander et al. 2002, J.Clim., Fig.2)

CORRELATION: SST(FMA) vs NINO INDEX (NDJ)OBSERVATION

The Atmospheric Bridge

(From Gabriel Lau)

Total of 16 realizations

1950 1999

GFDL R30 14-Layer GCM

Prescribed SST in Deep Tropical Central / Eastern

Pacific

Two-way couplingwith a variable-depth

ocean mixed-layer elsewhere

SSTAnomaly

Prescribed

SST Predicted byMixed Layer

Model

Experiment Design

SST ClimatologyPrescribed

(From Gabriel Lau)

CORRELATION: SST(FMA) vs NINO INDEX(NDJ)MODEL

OBSERVATION

(Alexander et al. 2002, J.Clim., Fig.2)

(Alexander et al. 2002, J.Clim., Fig.3)

Alexander et al. 2002, J.Clim

观测中印度洋、热带大西洋、热带外北太平洋和南太平洋伴随 El Nino 出现的海温变化，通过模式试验可以再现；

由于模式中的 SST 强迫源只加在热带，赤道中东太平洋以外区域的海温变化，只能来自通过“大气桥梁”的热带强迫。

North Pacific

OBSERVATIONRegression: 200 mb Height vs NINO3

DJF

Jan-Feb(1)

(From Gabriel Lau)

Indo-Western Pacific

(From Gabriel Lau)

气候系统模式的结果

耦合模式北太平洋 SST 对 El Nino 的响应

N Pac

Nino 3

(Zhou et al. 2002, Advances in Atmospheric Sciences ， 19, 1127-1147).

耦合模式耦合模式 NinoNino 指数与北太平洋海温超前滞后关系指数与北太平洋海温超前滞后关系

Nino3 leadsNino3 leadsN Pac leadsN Pac leads

(Zhou et al. 2002, Advances in Atmospheric Sciences ， 19, 1127-1147).

周天军、俞永强、宇如聪、张学洪、李肇新， 2004，印度洋对 ENSO事件的响应：观测与模拟，大气科学， 28(3)， 357-373.

强调“大气桥”不排斥海洋反馈热带外海洋的反馈作用的确存在

(From Gabriel Lau)

(From Gabriel Lau)

CORRELATION: 200 mb [Z] vs NINO3.4 in Jan(1)

(From Gabriel Lau)

赤道中太平洋的冬季平均海温，与随后的春季海温，在印度洋、热带大西洋、热带外北太平洋和南太平洋，都存在着显著的相关，这意味着这些区域的海温变化，通过“大气桥梁”，受到来自热带太平洋的强迫影响。

总 结总 结

赤道太平洋的 SST 距平与北太平洋、热带北大西洋、印度洋的海温变化，在北半球冬春季节存在显著联系。与 ENSO 相关联的 SST 距平，在夏季的西北太平洋、秋季的印度洋，同样很强劲。“ 大气桥”驱动 SST 距平的主要途径，是表面热通量的变化，但是在北太平洋中部， Ekman 输送在产生SST 距平中的作用，同样不容忽视，尽管具体过程还不是很清楚。大气桥对热带外海洋的影响，不仅仅局限在年际尺度上的 SST 变化，它还影响到混合层的厚度、盐度、上层海洋的季节变化，以及北太平洋 SST 的低频变率。

围绕着联系热带太平洋和其它大洋气候变率的“大气桥梁”，来自观测和模拟上研究，主要有以下结论：

热带和中高纬纬度的海气相互作用，并非彼此孤立；热带太平洋，能够通过“大气桥梁”，影响到热带外大洋的海温变化；赤道中太平洋的冬季平均海温，通过“大气桥”，影响到随后的春季印度洋、热带大西洋、热带外北太平洋和南太平洋海温；“ 大气桥”驱动 SST 距平的主要途径，是表面热通量的变化。近年还有工作强调海洋通道的作用。

关于“大气桥”的总结

（本讲总结之四）