北太平洋地区波流相互作用中的天气尺度Rossby波破碎问题

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中纬度天气尺度波在大洋上空自西向东和东北行径,并以波破碎的过程结束其生命史。天气尺度Rossby波破碎的过程可将能量从高频气流迅速传送给低频气流,从而加速大尺度急流,甚至在数日内移动急流的位置。在天气尺度波对急流异常的动力正反馈过程中,天气尺度Rossby波破碎过程是最关键的时段,通过对这种过程的研究,可揭示中纬度波流相互作用的动力正反馈本质。  本文利用1979-2010年NCEP-NCAR再分析资料,根据2PVU面上的位温判别出天气尺度Rossby波破碎事件。首先通过对波破碎事件的合成,分析了可能有利于天气尺度Rossby波破碎发生的高低频环流特征。随后定义了表征急流季节内变化EOF第一模态的指数,通过对高低指数的合成讨论了波破碎对急流季节内变化的可能影响。最后利用HadISST海温资料判别出两类厄尔尼诺事件(东太平洋型厄尔尼诺尼诺,和中太平洋型厄尔尼诺),并分别对其进行了大尺度环流场,风暴轴和波破碎频数异常的合成,给出了两类厄尔尼诺下的波流相互作用特征,以及波破碎对急流异常的反馈作用与过程。  研究表明,与反气旋式波破碎(AWB)相联系的高频环流表现为相当正压结构的、快速向东移动的天气尺度扰动,且扰动主要集中在高层。与气旋式波破碎(CWB)相联系的高频环流表现为向东北方向移动的天气尺度扰动,且扰动先从低层发展并上传。此时低层的扰动对应的是先后发生的反气旋式波破碎和气旋式波破碎。低频纬向风的切变对CWB的产生起主导作用,低频经向风切变和纬向风切变对AWB的产生同样重要。由此,AWB发生的位置不仅可以位于急流的南北侧,也可以位于与准定常行星波相联系的准定常槽脊处。位于东北太平洋的准定常高压脊不仅决定着冬季北太平洋AWB频数的气候态分布,其强度和位置的改变对AWB频数的年际变化也有显著的影响。两类波破碎都发生在关键层处,CWB所在的关键层宽度远大于AWB。  北太平急流季节内振荡的第一模态表现为瞬变扰动驱动的急流的南北摆动。AWB(CWB)通过瞬变动量通量对急流的北移(南移)起到推动的作用。急流偏南时无论强度还是持续时间都要显著大于偏北时。这是由于偏南时发生的CWB持续时间显著大于偏北时发生的AWB,使得CWB可以更持久地产生向南的瞬变动量通量,加速其南侧的急流。急流持续偏北(偏南)时AWB(CWB)更多地发生于急流的南侧(北侧)。这说明急流的位置和波破碎的发生存在相互的影响和作用。  东太平洋(EP)型厄尔尼诺年下北太平洋上的急流加强并向下游伸展,对应着类似PNA型的异常环流场。中太平洋(CP)型厄尔尼诺下的大尺度环流异常表现为急流向南的移动。两类厄尔尼诺下斜压性和风暴轴的异常中心都与高层纬向风的异常中心重合,说明了两类厄尔尼诺下急流异常对风暴轴异常的主导作用。北太平洋上EP型厄尔尼诺下AWB频数增加而CP型厄尔尼诺下CWB频数减小。AWB频数减小的区域其北侧(南侧)西风减弱(加强),CWB频数增加的区域其中心(南侧)西风减弱(加强)。对两类波破碎事件的合成显示AWB发生时北侧(南侧)西风加强(减弱),CWB发生时中心(南侧)西风减弱(加强),与波破碎异常频数和异常环流的关系一致。对两类波破碎瞬变动量通量的超前滞后合成显示其对大尺度环流存在显著的反馈。两类厄尔尼诺下去除波破碎后的合成则表明,波破碎的反馈对原本的异常中心起到加强振幅和改变位置的作用。
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