第九讲中高纬度海气相互作用

《大洋环流和海气相互作用的数值模拟》 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 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 中高纬度与热带海气相互作用的不同中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁” 亚澳季风区的海气相互作用

Correlation Coefficients between the observed and MME hindcasted June-August precipitations (1979-1999) Fig. 1

El Nino region(10oS-5oN, 80oW-180oW) WNP (5-30oN, 110-150oE) Asian-Pacific MNS (5-30oN, 70-150oE) Area averaged correlation coefficient skills

Obs. SST-Rainfall Correlation MME SST-Rainfall correlation (a) Observation (b) Multi-Model ensemble hindcast Fig. 2

亚澳季风区的海气相互作用，不单纯地表现为海洋对大气的强迫，大气对海洋的反馈作用亦很显著；亚澳季风区的海气相互作用，不单纯地表现为海洋对大气的强迫，大气对海洋的反馈作用亦很显著；对亚澳季风的气候预测，需要利用海气耦合模式。

太平洋的年代际变率 • PDO (Pacific Decadal Oscillation)

Pacific Decadal Oscillation - PDO • Long-lived El –Nino like pattern of variability • PDO events persist 20 -30 years • Climatic fingerprints more visible in the North Pacific North American sector with only secondary signatures in the tropics • Causes of PDO are not known

PDO is a Strong Signal on the Interdecadal Time Scale in the Pacific Two Full PDO Cycles in the past century cool PDO regimes: 1890-1924 & 1947-1976 warm PDO regimes: 1925-1946 & 1977-1997 Regime Shift: 1920s, 1940s, 1976/77 PDO Index: PC1 of EOF analysis North Pacific SST anomalies poleward of 20ºN

关注科学问题的起因往往是朴素的

(After Mantua et al. 1997)

PDO产生的机制：目前有争议 北太平洋海温低频变率（大于10yr）主导模态的很大一部分，受到来自热带的强迫的影响。而海洋对热带外ENSO响应的反馈作用，则比较复杂，至少强度不强。热带太平洋以外区域的海气耦合过程，能够在一定程度上改变PNA区域的大气环流距平分布。但是其作用的大小，依赖于季节循环以及北太平洋区域内外的海气相互作用。

Alexander et al. 2002, J.Clim

耦合模式中北太平洋独立于ENSO的海温模态 (Zhou et al. 2002, Advances in Atmospheric Sciences，19, 1127-1147).

Atmosphere GAMIL LOW(72*40L26) Ocean 1.0*1.0 L30 LICOM Coupler Land Sea-ice LASG/IAP气候系统模式模拟的PDO Flexible Global Ocean Atmosphere Land System model of IAP/LASG (FGOALS)

(After Zhu Yimin)

PDO的形成机制： 源于热带海气耦合系统内部、源于中纬度海气耦合系统内部、热带和中纬度相互作用形成了PDO，其中热带不稳定海气相互作用起着信号放大作用。 • 海气耦合模式在PDO研究上可以有所作为。

关于北太平洋年代际变率的总结 • 北太平洋存在20 –30年准周期的年代际振荡现象（PDO）； • PDO与ENSO现象在信号上有相似之处，但本质上是两种独立的现象； • PDO的形成机制目前有争议； • 北太平洋的年代际变化（PDO），是检验海气耦合模式的重要大尺度海气相互作用现象；在其机制研究上，耦合模式可以有所作为。（本讲总结之五）

本讲所关注的科学问题 中高纬度与热带海气相互作用的不同中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁”

中高纬度与热带海气相互作用的异同点 • 从对流的角度看，热带大气和极地海洋是不稳定的，热带海洋和极地大气相对稳定； • 热带大气和高纬海洋的作用非常相似，都能够引起其子系统内表层和深层的强烈混合，且都是由重力不稳定这一物理机制引起的。 • 暖SST和热带大气决定着中层大气的状态，与经向环流相联系；极地海洋深对流及相关混合过程决定着深海水团的特征，与大洋经圈环流相联系。

中纬度海气相互作用典型特征 • 热带外中纬度地区的海气相互作用，主要表现为大气对海洋的强迫，特别是在冬季； • 气候学研究中，为考察海表温度的异常对大气的强迫作用，常利用SST强迫AGCM，这类试验假设了在海气相互作用过程中，海洋对大气的强迫是主要的，而大气对海洋的反馈过程则可以忽略。这在热带海洋上可能是一个合理的近似，但对热带外海洋、尤其是在冬季来说，则未必正确。

关于中纬度海温对大气强迫作用的基本结论 中纬度地区的海温变化，的确能够影响到边界层以上的大气变化，但是较之大气内部变率的幅度而言，这种影响只能算是中等强度的。从线性响应的角度看，大气对海温变化的响应强度，在500hPa高度场上为20mk-1。

关于“大气桥”的总结 • 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。

第九讲中高纬度海气相互作用