控制MJO季节变化及年际变化的关键因子研究

发布时间：2020-09-03 08:23

　　虽然过去研究已指出季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)的季节变化特征,但调控MJO季节变化的关键因子尚未明确。本论文利用RMM(Real-time Multivariate MJO)指数和新提出的RMM-r指数定义了 1979年-2014年的MJO事件,并分析了不同季节里MJO事件的变化特征。结果表明,北半球冬(12-2月)春(3-5月)季时MJO事件的发生频次更高、强度更强、持续时间更长。而在夏(6-8月)秋(9-11月)季时,MJO事件的发生频次、强度和持续时间均减弱。冬春季较强的MJO事件同样表现出更大的东传分量与西传分量的比值。为了解释大尺度背景场如何影响MJO的季节性变化,我们利用能模拟出类似MJO特征的两层半模式进行一系列敏感性试验,模式模拟结果显示,低层水汽(垂直风切变)的变化是影响MJO强度(传播)季节变化的关键大尺度因子。与MJO较弱的夏秋季相比,北半球冬春季时,赤道附近较丰富的低层水汽可支持MJO对流和环流中心的强度发展,而较弱的东风切变(或西风切变距平)则有利于MJO东传分量的增强。冬春季节的MJO受海温年际变化的影响,也显示出明显的年际变化。利用合成分析方法,我们对比分析了 MJO活动强弱年的冬春季环境场特征,结果显示,MJO活动强年时,印度洋到西太平洋地区的水汽更丰富,且盛行较强的垂直东风切变异常和低层纬向西风异常,而赤道东太平洋则相反。两层半模式敏感性试验进一步探索大尺度背景场对MJO年际变化相对贡献,结果证明海洋性大陆至赤道西太平洋地区充足的低层水汽会促进MJO活动的发生发展,东太平洋上的异常垂直西风切变则有利于MJO的东传。利用参与MJOTF/GASS多模式比较项目的24个全球环流模式的模拟资料,进一步明确目前影响模式中MJO季节和年际变化的关键过程。通过计算各模式中MJO东传信号的季节差异与相应大尺度背景场季节差异之间的相关关系,我们发现,模式中低层纬向风场(u850)与MJO东传信号的季节性呈现出较好的正相关关系,即模拟好u850是提高全球模式模拟MJO季节变化能力的关键。关于模式中MJO年际变化的研究则表明,赤道西太平洋地区充沛的水汽促进MJO强度的发展,东太平洋上的异常垂直西风切变则有利于MJO的传播。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P429;P456
【部分图文】：

分布情况,指数表示,振幅,全年气候

南京信息工程大学硕士学位论文逡逑图３．１基于ＲＭＭ邋（ａ）和ＲＭＭ－ｒ邋（ｂ）指数的ＭＪＯ振幅在气候平均（１９７９－２０１４）各季节及全年的逡逑概率密度函数（ＰＤＦ）分布。箱线图表示振幅的累积分布函数（ＣＤＦ）达到５－２５％邋（蓝色）、２５－５０％逡逑（绿色）、５０－７５％邋（橙色）和７５－９５％邋（红色）的值。黑线是各季节以及全年气候平均的平均值。其逡逑中，春季定义为３－５月（ＭＡＭ）、夏季为６－８月（ＪＪＡ）、秋季为９－１１月（ＳＯＮ）、冬季为１２－２月逡逑（ＤＪＦ），全年（ＣＬＭ）是邋１－１２邋月。逡逑ＲＭＭ－ｒ指数（图３．１ｂ）拥有跟ＲＭＭ指数（图３．１ａ）类似的概率密度函数（ＰＤＦ）逡逑季节分布特征，但也存在一些差异。例如，对于ＲＭＭ指数，冬季时ＲＭＭ振幅的ＰＤＦ逡逑分布非常接近全年气候平均（ＣＬＭ）的情况。而在ＲＭＭ－ｒ振幅中，与全年气候平均（ＣＬＭ）逡逑相比，冬季时明显偏向大值区。从ＲＭＭ－ｒ振幅的ＰＤＦ分布中可以发现，强ＭＪＯ活动逡逑发生在冬季和春季（图３．１ｂ），ＲＭＭ振幅的分布情况则是春季时的强度相对更强。而逡逑且，北半球夏季时ＭＪＯ强度较弱的特征在ＲＭＭ－ｒ指数分布图上表现的更为清晰。因此，逡逑使用ＲＭＭ－ｒ指数时

季节变化,全球,海表温度,海温

子仍须进一步明确。一些研究（Ｋｎｕｔｓｏｎ邋ａｎｄ邋Ｗｅｉｃｋｍａｎｎ邋１９８７；邋Ｈｅｎｄｏｎ邋ｅｔａｌ．邋２００７）发现逡逑海表温度（ＳＳＴ）的季节变化是ＭＪＯ季节性的原因。暖ＳＳＴ随季节在赤道南北两侧移逡逑动，与ＭＪＯ活跃区的变化一致（Ｋｎｕｔｓｏｎ邋ａｎｄ邋Ｗｅｉｃｋｍａｎｎ邋１９８７）。图３．４展示了全球逡逑（０－３６０°邋Ｅ）平均的海表温度（ＳＳＴ）的季节变化特征。在太阳直射赤道的春秋季时，逡逑ＳＳＴ的大值区出现在赤道附近。夏季，暖海水会随着太阳向北移动，冬季则向南移动。逡逑由此推知，春季时赤道上的暖海温可能有利ＭＪＯ活动增强（Ｈｅｎｄｏｎ邋ｅｔａｌ．邋２００７），但是，逡逑秋季时海温在赤道上也有较大的分量，为什么秋季ＭＪＯ并非如春季和冬季那样活跃？逡逑以下需要进一步回答这一个问题。逡逑ＳＳＴ逦ｕｎｉｔｓ：邋ｄｅｇＣ逡逑１逦ｉ邋Ｉ邋ｌ邋ｉ逡逑２０Ｓ邋Ｊ逦＾逡逑Ｄｅｃ邋Ｊａｎ邋Ｆｅｂ邋Ｍａｒ邋Ａｐｒ邋Ｍａｙ邋Ｊｕｎ邋Ｊｕｌ邋Ａｕｇ邋Ｓｅｐ邋Ｏｃｔ邋Ｎｏｖ邋Ｄｅｃ邋Ｊａｎ逡逑图３．４全球（０－３６０°邋Ｅ）平均海表温度的季节变化。单位：°Ｃ。逡逑图３．５比较了冬春季（图３．５ａ）和夏秋季（图３．５ｂ）的ＭＪＯ对流活动地理分布差异，逡逑这两个季节分别对应有较高的ＭＪＯ事件频次与强度和较低的ＭＪＯ事件频次与强度。从逡逑图中可以发现，除了印度洋与海洋性大陆的小部分地区，赤道附近的绝大多数地区呈现逡逑出冬春季ＭＪＯ活动比夏秋季更为活跃的特征。所以

垂直风切变,物理量,单位,低层水汽

逦２４逦３２逡逑图３．６同图３．５，物理量变为垂直风切变场（ｕ２００－ｕ８５０），单位：ｍｓ－１。逡逑低层水汽对ＭＪＯ的发展同样扮演着重要角色（Ｚｈａｎｇ邋２００５；邋Ｗａｌｉｓｅｒ邋２００６；邋Ｈｓｕ邋ａｎｄ邋Ｌｉ逡逑２０１２）。图３．７展示了是冬春季（图３．７ａ）与夏秋季（图３．７ｂ）的低层（１０００－７００ｈＰａ）逡逑比湿，以及两者之间的差值（图３．７ｃ）。我们发现，低层水汽丰沛的区域与暖海温区较逡逑为相似，都位于暖池区和热带辐合带（ＩＴＣＺ）区域（图３．７ａ、图３．７ｂ）。在北半球冬春逡逑季（夏秋季）时，低层水汽大值区出现在赤道及其以北（南）地区。从季节的差值场（图逡逑３．７ｃ）上可以看出，除了印度洋的部分地区，赤道附近的绝大部分地区都为水汽的正异逡逑常区，这说明冬春季时大气低层的湿度比夏秋季大，较丰沛的水汽可能也是有利赤道地逡逑区邋ＭＪ？发展的条件（Ｚｈａｎｇ邋ａｎｄ邋Ｄｏｎｇ邋２００４；邋Ｈｅｎｄｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００７）。逡逑２２逡逑

【参考文献】