中低纬海气相互作用的耦合型态及其年代际振荡特征研究

采用北半球500hPa高度场和北太平洋海温场月平均资料（1951－1995），借助于SVD分析方法，对北太平洋地区海气相互作用的耦合型态的季节及其年代际变化特征作诊断分析。结果表明：（1）在大气－海洋相互作用过程中，与厄尔尼诺（或拉尼娜）事件有关的SST分布型起着重要作用，而与此耦合的大气则表现为类似于PNA型遥相关的变化。其中冬季（1月）海气相互作作用的耦合程度较高，具体为厄尔尼诺事件对应着高度场的PNA流型。而与拉尼娜相对应的夏季500hPa高度场类似于东亚－太平洋（PJ）流型，但在4个季节中，夏季的海气相关耦合程度相对较差。春秋季同属于过渡季节，秋季海气之间的相关耦合不及春季紧密。（2）1976年前后海气耦合分布型态发生明显变化，冬季500hPa高度场PNA流型加强，阿留申低压加深并向东南移动，1976年后的夏季500hPa高度场的PJ流型表现明显，而1976年前这个遥相关型并不显著。     

海气耦合系统中的季节内振荡模态

从海气相互作用的观点出发研究了热带大气季节内振荡产生的一种可能原因,发现在不考虑大气内部大尺度凝结反馈过程的条件下,线性简单海气耦合系统在真实的参数取值范围内存在一类和实际观测类似的季节内振荡模态,这种模态可以不稳定缓慢东传或西传或表现为驻波,海洋边界波反射效应对这种振荡模态的形成无根本性影响。这一结果为解释洋面上观测到的热带大气低频振荡的局地特征提供了理论背景。     

热带海气耦Kelvin波的弱相互作用

本文在简单的热带气耦合方程组中,引进基本风场和平均海流的作用以后,对热带海气耦合Ｋｅｌｖｉｎ波的不稳定性进行了讨论,得到其耦合不稳定的判据条件,并且分析了它的传播结构特征。     

印度洋冬季风异常海气环流耦合模态分析

本文对印度洋冬季风异常海气环流耦合主要模态做了分析和讨论,得到以下结果:第一模态海面和低空大气环流的异常主要发生在东印度洋海域上空,而上层大洋环流的异常则主要反映了印度洋冬季风环流的异常,并主要体现在西向赤道暖流和东向赤道逆流上。第二模态的大气环流相应异常主要发生在孟加拉湾、阿拉伯海和赤道印度洋上空,而上层大洋环流异常除与第一模态类似外,还包括索马里暖流的明显异常。第一、二模态分别是印度洋冬季风的偏东、偏西模态,也是其主、次模态;均有约4年的年际变化,还分别有约18、22年的年代际变化;该主、次模态分别在1976年及1976、1986年有突变发生;这样印度洋冬季风有约4年的年际变化,并在1976年出现明显突变。该主、次模态的年代际变化周期也是冬季北太平洋海气联合复EOF分解第二、第一模态的年代际变化周期,这反映两大洋之间有密切联系,这是因冬季蒙古西伯利亚高压是南亚、东亚冬季风的共同源头,对两大洋的大气环流异常都有明显影响。南亚冬季风偏强时印度洋的Hadley环流和赤道辐合带上的对流均偏强,反之亦然;且该冬季风的主、次模态都如此;这也反映了南亚冬季风大气环流异常与冬季热带大气环流异常之间的耦合关系。当该主、次模态发生正、负异常变化时,近表层热带印度洋海温异常分别呈现横贯大洋的南北向跷跷板变化以及大洋东、西向的跷跷板变化;但前者是主要的。印度洋冬季风对印度洋偶极子起着抑制作用,这是该偶极子在冬季最弱的原因。在热带印度洋,大气低空垂直运动下沉、上升区域都分别大致位于该大洋近表层的下沉、上升运动区域之上,这构成了海气相互作用的负反馈机制,并有助于南亚冬季风、Hadley环流、赤道辐合带以及印度洋中冬季风环流的维持和稳定。     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟Ⅰ：局地海气相互作用

检验了一个全球海气耦合模式对北大西洋年际气候变率的模拟,讨论了导致这种年际变率型的物理机制,并分析了其对年代际变率的可能影响。北大西洋冬季SST的主导变率模态,在经向上表现为三核型,自北而南出现“- -”的带状距平型;最大距平中心位于副极地大洋、中纬度大洋的西部以及热带海域,耦合模式较为真实地再现了这一特征。与三核型SST异常相对应的大气环流型表现为北大西洋涛动,具有显著的正压结构。上述异常型主要发生在年际尺度,具有3—4年的谱峰;在次年代际尺度上,也存在谱峰。分析表明,模式中三核型SST异常的产生,主要来自大气的强迫,NAO增强,中纬度大洋上的西风减弱,海洋感热和潜热通量损失减少,中纬度大洋得到的净热通量增加,导致SST出现正距平;在包括Labrador海在内的副极地大洋,NAO增强、冰岛低压加深,气旋性环流增强,来自高纬度的冷空气吹过洋面,海气温差加大,大洋的感热通量损失增加,SST降低。热带地区东风的增强,也是导致那里SST降低的重要机制。三核型SST异常对大气的反馈作用较弱,文中没有证据表明它能够影响到北大西洋地区的年代际气候变率。     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（II）

为了分析热带海气耦合系统中不稳定扰动究竟由哪种自由波占主导地位，根据本文第I部分提出的热带海气耦合模式，讨论了取耦合系统中不同的径向模时耦合波的性质，即分别讨论了大气长Rossby波和海洋长Rossby波、大气Kelvin波和海洋长Rossby波、大气长Rossby波和海洋Kelvin波的耦合波以及考虑了大气和海洋中所有这些波动时耦合波的性质。结果指出，这些耦合波对海气耦合模式中参数的取值很敏感，不同的参数可以产生性质不同的耦合波。本文的结果也说明了海气耦合系统的性质与热带大气的性质和结构有很大关系。     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（Ⅰ）

西文建立了一处简单的热带海气耦合模式，模式大气和海洋中含了Ｋｅｌｉｖｎ波和长Ｒｏｓｓｂｙ波。在赤道β平面近似下，讨论了取耦合系统中最大径向模时，即大气和海洋中只存在Ｋｅｌｉｎ波时耦合波的性质。结果指出，向东传的耦合Ｋｅｌｖｉｎ波可以出现不稳定性，并且由于海气相互作用，在长波部分可以产生向西传的耦合Ｋｅｌｖｉｎ波。耦合Ｋｅｌｖｉｎ波的性质与模式中所选用的参数有很大关系，当大气与海洋中自由波的频率相差     

区域海气耦合模式对1998年5～8月东亚近海海况的模拟研究

采用区域海气耦合模式对1998年5～8月东亚近海海况进行了模拟研究。耦合模式模拟出了黑潮海流及其右侧的大尺度反气旋式涡旋,对南海表层海流的模拟也与实际基本相符,并模拟出了南海海流受季风影响较大的特点。模式也模拟出了伴随西南季风爆发及推进而发生的海温突增及暖水区北推过程。这为进行区域气候变化与区域海气相互作用问题的研究开辟了一条新途径。     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（I）

本文建立了一个简单的热带海气耦合模式，模式大气和海洋中包含了Kelvin波和长Rossby波。在赤道β平面近似下，讨论了取耦合系统中最大径向模时，即大气和海洋中只存在Kelvin波时耦合波的性质。结果指出，向东传的耦合Kelvin波可以出现不稳定性，并且由于海气相互作用，在长波部分可以产生向西传的耦合Kelvin波。 耦合Kelvin波的性质与模式中所选用的参数有很大关系，当大气与海洋中自由波的频率相差很大时，耦合波的性质与没有海气相互作用时自由波的性质非常接近；只有当大气与海洋中自由波的频率相差不太大时     

热带西太平洋暖池局地海气相互作用的季节依赖性

采用美国伍兹霍尔海洋研究所的客观分析海气通量项目最新发布的海气热通量和相关气象场、NOAA提供的向外长波辐射和表面风场等数据,研究了暖池区域(144～154 °E,1～6 °N)局地海气相互作用的季节依赖性,并探讨可能对其产生影响的外强迫。结果表明,暖池区域海气相互作用在3月显著表现为受ENSO影响的海洋对大气的强迫,而在6月则显著表现为以局地作用为主的大气对海洋的反馈。当海洋强迫大气占主导时,海温趋势(dSST/dt)的年际变化的数值小于海温;而当大气反馈海洋占主导时,海温趋势的年际变化数值大于海温。ENSO会减弱暖池区域3月海洋对大气的强迫,而6月大气对海洋的反馈受ENSO影响不大;去除印度洋偶极子(IOD)影响后海气关系基本维持不变。3月ENSO通过增强暖池上空的对流,减少短波入射,从而使海温呈降低趋势,减弱海洋对大气的强迫。      

热带印度洋的大尺度海气相互作用事件

分析了热带温跃层上海温距平资料后指出 ,在印度洋东西方向的海温距平分布呈现出距平符号相反的偶极子现象 ,在大气中的纬圈环流即Walker环流上也呈现出与海温距平相协调的或匹配的上升和下沉分支 (距平意义下 )分布。这一分析表明 ,印度洋也存在和太平洋类似ENSO的大尺度海气相互作用事件     

THE AIR-SEA INTERACTION WAVES IN THE TROPICS AND THEIR INSTABILITIES

By using a simple air-sea coupled model,the interaction of Rossby waves between the air and sea inthe tropics is discussed.It is shown that the coupling of Rossby waves in the two media produces notonly the westward propagating waves,but also a type of new wave which moves eastward.The eastwardpropagating waves exist in the scope of comparatively long wavelengths and this scope is governed bythe intensity of the air-sea interaction.In addition,instability may appear in both the eastward and west-ward propagating waves,and the wave amplifying rates are also governed by the intensity of the air-seainteraction.In the end,a possible explanation to ENSO events is given in terms of the air-sea interactionwaves.     

热带海气相互作用波及其不稳定性

本文利用一个简单的海气耦合模式,讨论了热带海洋和大气中Rossby波的相互作用。结果指出,海洋和大气中向西传播的Rossby波耦合后,不仅存在着向西传播的波动,而且还可以产生一类向东传的新波。这种向东传播的波动出现在波长较长的波段范围内,这个范围的大小受海气相互作用强度的制约。另外,波动可以出现不稳定性,向西和向东传的波均有不稳定现象发生,不稳定增长率也受海气相互作用强度的制约。最后,根据所得到的海气相互作用波,对ENSO现象作了一个可能的解释。     

海气相互作用的零维模式

利用文献[4],本文求出了考虑海气耦合时零维模式的平衡态,讨论了它们的稳定性和现代气候的敏感性问题。 结果表明:气候系统存在三个平衡态,两个稳定态分别表示冰期和间冰期气候;当考虑海气作用时,现代气候条件下的敏感性比不考虑海气作用时小,外参数变化为1%,温度平均变化为1°K左右。 在此基础上,就随机模式的反馈系数提出了不同的看法,对随机分析作了简略探讨,并用实际资料进行了检验。      

THE ROLE OF MERIDIONAL WIND STRESS IN THE TROPICAL UNSTABLE AIR-SEA INTERACTION

1INTRODUCTIONAsshowninobservationalfacts,theevolutionofElNi駉displaysastheamplitudeexpansionandmigrationofanomalousdisturbancesinair-seacouplingsystems.Theoreticaladdressofthephenomenonhasbeenattemptedfromtheaspectofcouplingdynamics.Theresultsshowthattheair-seainteractionsystemincludesakindofunstablemode,whichispropagatingindirectionsdeterminedbyfactorsgoverningSSTchanges.Withanair-seacouplingmodel,Lau[1]wasamongtheearliestpeoplewhodiscoveredunstablestationarywavemodesintheair-seaintera…     

太平洋海气相互作用的时空变化

本文根据1957-1976年赤道太平洋海温和北太平洋海平面气压的月平均资料,计算了它们之间全年(1-12月)逐月的时滞相关,分析了北太平洋副热带反气旋影响赤道海温和赤道海温对副高反馈的季节变化.发现它们之间的联系不同季节、不同地区有明显差异:副热带反气旋对赤道海温的影响(负相关)以春季最大,秋季最小;赤道海温的反馈,对副高的不同部分作用不同,对副高主体的作用(正相关)以冬半年最大、夏半年较小(尤其是盛夏),对西部副高脊的作用(负相关)相反,以夏半年最大,冬半年较小.其过渡期为5月和11月.同时对其季节变化的可能原因也提出了一些初步看法.其中特别强调了大型环流背景的基本状态(包括平均垂直环流)对海气相互作用过程的重要性.     

经向风应力在热带不稳定海气相互作用中的角色

利用1951-2000年北太平洋海温和副高特征量资料，探讨夏半年副高与前期海温的关系，发现影响副高活动的海温关键区赤道东太平洋前期信息最明显，从前期秋季持续至春季都保持与夏半年各月副高强度、西伸脊点位置的高相关；ENS0事件的形成超前于副高强度的转折约半年时间；El Nino年副高持续偏强偏西，La Nina年则相反，脊线位置也有所反映，但不如强度与西伸显著。在此基础上进一步分析表明，福建雨季降水、副高强度与Nino 3区海温存在着大约相一致的年代际振荡与突变时间；雨季降水分布的异常直接受到副高活动的影响，而副高活动又明显受ENS0循环的制约，因而关注赤道东太平洋海温异常及ENS0信息对福建雨季降水分布趋势的预测旦有重要意义。     

旱、涝年与海气相互作用

利用1951～1991年500hPa高度场和海温场以及1980～1991年TBB资料,采用合成分析方法研究了东亚季风区季节转换在旱、涝年的不同特征。发现旱、涝年海温场分布型的不同及其形成的海气相互作用的差异使得西太平洋副热带高压在涝年季节北进较平缓,其脊线位置稳定在25°N左右,强度较强,从而导致夏季风雨带在江淮流域停滞,形成江淮洪涝。文中还讨论了中南半岛对流和赤道干旱带的变化对江淮流域旱、涝的先兆作用。     

南海年际尺度海气相互作用的初探

本文分析了南海海洋大气系统短期气候变化中存在年际振荡的若干观测事实，提出了局地尺度南海海洋与低层大气相互作用的一种可能机制。针对南海表层水温距平和低层风场异常的相关，设计了一个类似与ＭｃＣｒｅａｒｙ和Ａｎｄｅｒ－ｓｏｎ（１９８４）模型的简化海气耦合模式。大气部分为随下垫面海温变化而变化的异常风应力阶梯函数与季节性风场的联合；海洋部分为非线性β－平面的约化重力模式。考虑南海海洋大气相互作用中存在的海温与低层大气风场变化之间反馈过程，耦合模式在气候积分中表现出一类约３ａ的周期性年际振荡。说明这个区域ＳＳＴ、低层大气风场年际振荡是南海海盆尺度的海气相互作用的反映，改进了关于南海ＳＳＴ年际振荡是海洋对大气应力甚低频强迫响应的认识     

不稳定热带海气相互作用中快波的过滤

Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ［１］明确指出在热带海气耦合系统中能够存在不稳定的海气相互作用。Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ等［２］的数值计算表明，由于海气相互作用，不稳定扰动可以向东传播。Ｙａｍａｇａｔａ［３］和Ｈｉｒｓｔ［４］从理论上也证明了海气之间存在着正反馈过程。巢纪平和张人禾［５］运用一个流场和压力场的高阶平衡近似，即在热带大气和海洋中只存在向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波时，得出了两种介质中向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波通过海气相互作用过程，可以产生向西传的不稳定波。并且在一定条件下，还可出现一类不属于Ｋｅｌｖｉｎ波的向东传的不稳定波，这些结果对解释ＥＮＳＯ事件的传播过程是值得参考的。