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本文研究了热带大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)对北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)季节内变化的影响及其机制。首先,利用实时多变量MJO指数和再分析资料,发现在MJO第3(6)位相滞后8-20天,正(负)位相NAO的发生频率显著增加,由此分析了滞后于MJO的大气环流异常以及伴随的异常天气尺度涡旋的演变。随后,从三个方面,探讨了MJO对NAO产生影响的机制,包括:1)从动力学的角度,利用不包含降水过程的美国国家海洋大气局地球流体动力学实验室(GFDL)干大气环流模式,给定MJO第3、6位相加热强迫及初值扰动进行试验,分析了固定MJO位相对NAO的影响及其关键的初值扰动区域;2)从动力-热力耦合相互作用影响的角度,通过耦合模式试验,模拟了移动MJO循环过程,讨论了移动的MJO循环对NAO的影响;3)从波流相互作用的角度,分析了MJO加热在印度洋地区引起的大气环流异常对北大西洋地区纬向风和涡旋移动相速度的影响,进一步探讨了MJO影响NAO的具体物理机制。本论文的主要结果如下: 1、观测中滞后于MJO的低频环流异常和天气尺度涡动异常的演变 对于MJO第3位相,在北太平洋中部出现显著的高度场正异常,并伴随着类似于负位相的PNA(Pacific-North American teleconnection pattern)波列,之后在北大西洋地区逐渐形成正位相NAO的偶极型分布。在纬向风上,在亚洲副热带地区,首先出现正异常,逐渐加强向北移动,同时NAO正位相发展,北大西洋中纬度急流加强并向北推移。MJO第6位相与第3位相的环流异常分布基本相反。在MJO第3(6)位相滞后12-24天,天气尺度涡动强迫(synoptic eddy vorticity forcing,EVF)的流函数倾向在北大西洋地区表现为北负南正(北正南负)的异常分布,有利于NAO正(负)位相的形成和发展。 2、大气模式中MJO第3、6位相加热强迫及初值扰动的响应 利用GFDL大气动力核模式,给定MJO第3位相非绝热加热强迫进行试验,结果能很好地模拟出类似观测中的热带外环流异常的主要特征,包括东北太平洋地区的反气旋异常、类PNA型的波列、以及类正位相NAO的异常。利用线性斜压模式(LBM),给定MJO第3位相对应的非绝热加热异常,进行诊断试验,结果表明:在观测中NAO正位相发展的前期,热带外大气异常在很大程度上可以用线性动力过程来解释。之后,非线性动力过程尤其是异常的天气尺度涡旋强迫对NAO的形成和维持起着关键作用。MJO第3(6)位相加热引起的北太平洋地区前期环流异常对NAO的发展可能并不重要。相比而言,其引起的印度洋地区环流异常对NAO的发展起着更关键的作用。 3、耦合模式对移动MJO循环的模拟以及热带外地区的响应 利用耦合模式(CFSv2),通过加入理想的MJO加热异常进行试验,结果不仅可以很好地模拟观测中的MJO移动循环,而且NAO的演变也出现明显的两个周期的波动。这两个波动不仅与MJO循环的两个周期相对应,而且大概滞后于MJO循环15天左右。随着MJO对流从热带印度洋东移至热带太平洋,纬向风正异常中心由亚洲副热带东移至太平洋副热带地区。这与正、负位相NAO演变期间,在亚洲副热带地区和北太平洋中部存在波活动通量大值区的结果是一致的。相比较而言,当MJO异常加热位于热带太平洋时,模拟的亚洲副热带急流异常的演变明显滞后于加热位于热带印度洋的情况。相应地,引起的NAO响应也滞后于加热给在热带印度洋的情况。总之,耦合模式中大气环流对MJO移动加热的响应演变与观测中MJO第3、6位相的滞后合成结果很相似。 4、MJO影响NAO的可能机制 利用GFDL大气动力核模式,模拟了MJO加热异常引起的大气初值异常的发展演变过程。对于MJO第3(6)位相,相比参照试验,印度洋初值扰动引起的天气尺度涡旋在北大西洋地区东移的相速度更快(更慢),有利于正(负)位相NAO有关的EVF的形成。经向风的响应类似于环球遥相关型,在北大西洋中纬度地区出现纬向风正(负)异常。这一结果与观测中,在MJO第3(6)位相,伴随亚洲副热带急流的增强(减弱),北大西洋中纬度地区的天气涡旋向东移动的速度较快(较慢),是一致的。 因此,本文提出MJO对NAO产生影响的可能机制:MJO第3(6)位相的加热异常首先引起印度洋地区的环流异常,通过类似环球遥相关型,在北大西洋中纬度地区造成纬向风偏强(偏弱),导致天气尺度涡旋向东移动的相速度更快(更慢),进而驱动正(负)位相NAO异常的形成。