大气斜压性与环状模关系的模拟实验

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南(北)半球海平面气压场的第一个EOF模态呈纬向对称结构,表现为55°和35°纬圈上纬向风变化相反,即南(北)半球环状模,其中北半球环状模被认为是与北大西洋涛动同样的气候模态。南半球环状模和北半球环状模能影响全球很大范围的气候变化,因此对环状模动力机制以及时间变率的认识有助于理解气候系统的变化。作为10天至季节内尺度的气候变率,环状模没有明显的外强迫因子,因为海洋和其他下垫面的变化发生在更长的时间尺度上,并不能在10-100天尺度上对环状模产生显著影响。因此认为环状模由大气内部动力过程产生,即高频的天气系统的活动经非线性项的调整产生较低频的气候变率。   本文用斜压两层模式模拟了全球大气大尺度季节际变率的空间特征,并与实际大气做了简单的对比分析。模式中没有地形以及海陆分布,也不考虑水汽的作用,用人为给定的辐射平衡位温作为模式的强迫项。   通过试验模拟了中纬度斜压性(模式中表现为中纬度位温梯度的大小)对环状模解释方差的影响,表明仅大气内部动力过程足以产生环状模,即中纬度斜压波活动引起的动量通量的辐合辐散,使得中纬度和高纬度纬向风的变化相反;随着中纬度斜压性的增强,环状模愈显著,其方差解释率逐渐增强。这与实际大气接近,北半球环状模在北半球冬季最为显著。   本文还模拟了环状模对斜压区北移的响应。结果表明,随着斜压区的北移,中纬度西风急流轴显著北移,作为大气环流重要指示因子的环状模指数同样表现出显著的线性趋势。这与自20世纪全球气候变暖的背景下,南(北)半球环状模指数由负位相至正位相的增长基本一致。  
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