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哈得莱环流的对称变化及相关机理

作者:协同中心 · 发布时间:2017-10-31 14:04:33 · 浏览量:1582

   我中心孙博博士利用NCEP、ERA-40、JRA-55等再分析资料研究了哈得莱环流热带上升支在过去几十年间的变化,结果表明北半球和南半球的哈得莱环流上升支发生了非对称的变化。三组再分析资料中的南半球哈得莱环流上升支(STAB)在过去几十年均表现为持续增强的趋势,而北半球哈得莱环流上升支(NTAB)则表现为减弱趋势,且三组再分析资料中NTAB的年代际-多年代际变率有明显差异。STAB和NTAB的非对称变化主要由热带海温的非对称变化引起。过去几十年间,STAB(范围:10°S-5°N)下方海温的增暖趋势高于NTAB(范围:5°N-15°N)下方海温的增暖趋势,这直接导致了STAB和NTAB的非对称变化。

  研究还进一步分析了STAB/NTAB与热带海温在年际变率以及年代际-多年代际变率方面的关系。在年际变率方面,STAB和NTAB的变率主要受东太平洋型ENSO影响:在厄尔尼诺条件下,STAB增强,而NTAB减弱,反之亦然;在年代际-多年代际变率方面,STAB和NTAB的变率与全球热带海温及其非对称变化有关,而不是仅受太平洋海温影响,这一点与年际变率不同。

  赤道东太平洋海温主导着STAB和NTAB的年际变率,这主要是由于赤道东太平洋海温的年际变率明显大于其他地区海温的年际变率。同样,在年代际-多年代际变率方面,STAB下方的海温在STAB/NTAB与海温的相互作用关系中起着主导性的作用,也是由于STAB下方的海温的年代际-多年代际变率大于NTAB下方海温的年代际-多年代际变率。

  STAB和NTAB的非对称变化引起了一系列效应,包括南、北半球哈得莱环流交界线的南移以及热带降水的非对称变化。此外,此研究揭示了哈得莱环流上升支与哈得莱环流上层(300-100hPa)经向风的关系。结果表明,在年际和年代际尺度上,北半球哈得莱环流上层经向风与STAB的变率一致,而南半球哈得莱环流上层经向风则与NTAB的变率一致。这一关系表明南、北半球哈得莱环流及其对能量、动量的向极输送并不是相对独立的两个系统,而是紧密耦合在一起的一个整体。本文对这一关系背后的机制作了初步推测,但仍需要进一步深入的研究。                                                                                                                                                                                                    

                                                                                                                                                                              

    

                                                                                                                                                       

              图1. (a,c,e)1958-2001期间再分析资料中全球纬向平均垂直速度w(彩色阴影,单位:10−3 Pa s−1)以及径向流函数(等值线,单位:109 kg s−1)的气候态。(b,d,f)1958-2001期间再分析资料中全球纬向平均垂直速度w的线性趋势【彩色阴影,单位:10−3 Pa s−1 (10 yr)−1】。(b,d,f)中的点状阴影表示95%显著性水平;等值线表示w的气候态(单位:10−3 Pa s−1),其中实线表示正值,虚线表示负值,粗实线表示0等值线。绿色垂直线表示南、北半球哈得莱环流分界线。
     

                                                                                                                                                                             

                                                                                     图2. (a)NTAB和(b)STAB指数的标准化时间序列。NTAB/STAB指数的计算方法为:NTAB/STAB上方850-200hPa w×(−1)的平均值,指数越大(小)表示NTAB/STAB越强(弱)。

   

                                                                                                                                             

 

图3. 由去趋势并标准化后的(a,c,e)NTAB和(b,d,f)STAB指数回归得到的海温距平(单位:°C)。(a,b)为ERSST海温关于NCEP指数的回归,(c,d)为HadISST海温关于ERA-40指数的回归,(e,f)为COBE海温关于JRA-55指数的回归。(a,c,e)中的紫色矩形区域表示中北太平洋区域,(b,d,f)中的紫色矩形区域表示Nino 1+2区域。点状阴影区表示95%显著性水平。图中横线表示南、北半球哈得莱环流交界线。



 

 

 

 

   

 

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