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西半球环流型形成和维持的能量学机制


发布时间:2019-10-24浏览次数:111


在次季节到季节时间尺度上,理解大气环流变异和解释大尺度气候异常的重要科学基础之一是大气低频流型(包括大气遥相关型)的观测发现和动力学机制。其中,早期发现的太平洋-北美型、北大西洋涛动型、西太平洋型是解释北半球冬季大气低频变率的主要模态。近年,通过聚类分析新发现了一个在冬季从北太平洋跨越北美延伸到北大西洋的行星尺度大气低频流型,被我们命名为西半球环流型(Bao and Wallace 2015; Tan et al. 2017)。我们在之前的研究中分析了西半球环流型形成和维持的波动机制,揭示了低频罗斯贝波和天气罗斯贝波在西半球环流型形成和维持上的不同作用。

从大气能量循环看,大气低频流型的形成和维持不仅直接来自于正压转换(从背景气流中获取低频扰动动能),还来自于斜压转换(从背景场获取扰动有效位能再转换为扰动动能)。因此,对西半球环流型进行能量学分析可以更好地认识其形成和维持的物理本质。研究表明,背景气流的正压转换对西半球环流型扰动动能有较弱的正贡献;而与背景场正压转换及高频正压反馈的能量贡献相比,冷北美大陆东部和暖西大西洋之间的纬向温度梯度背景场所提供的斜压转换则最有效地将平均有效位能转换为扰动有效位能。能量学分析说明西半球环流型是通过大气内部过程就可以形成和维持的低频模态,气候背景场解释了西半球环流型形成的地理位置,这与西太平洋型的形成维持机制非常类似。

1.西半球环流型对应的温度或风场异常(红蓝等值线)和压转换CP(阴影);棕色等值线是冬季气候平均的温度场。从左到右边分别是CP和温度异常、CP第一项(背景场温度纬向梯度贡献项)和纬向风异常、CP第二项(背景场温度经向梯度贡献项)和经向风异常。上行500hPa,下行850hPa

研究成果以“Energetics of the Western Hemisphere Circulation Pattern”为题发表在最新一期的《Journal of Climate》,南京大学博士研究生谭鑫为论文第一作者,鲍名副教授和任雪娟教授共同指导。本研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。

论文链接:

https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-19-0211.1

https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-17-0158.1


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