E-mail: zhoutj@lasg.iap.ac.cn 《大洋环流和海气相互作用的数值模拟》 第九讲 中高纬度海气相互作用 周天军 E-mail: zhoutj@lasg.iap.ac.cn Occurrence = 698; fatalities=10,570, http://web.lasg.ac.cn/staff/ztj/index_c.htm 中国科学院大气物理研究所LASG Dec 15 2006

本讲关注的科学问题 中高纬度与热带海气相互作用的不同 中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈 热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁” 亚澳季风区的海气相互作用

Correlation Coefficients between the observed and MME hindcasted June-August precipitations (1979-1999) Fig. 1

Area averaged correlation coefficient skills El Nino region (10oS-5oN, 80oW-180oW) WNP (5-30oN, 110-150oE) Asian-Pacific MNS (5-30oN, 70-150oE)

Obs. SST-Rainfall Correlation MME SST-Rainfall correlation (a) Observation (b) Multi-Model ensemble hindcast Fig. 2

亚澳季风区的海气相互作用，不单纯地表现为海洋对大气的强迫，大气对海洋的反馈作用亦很显著； 对亚澳季风的气候预测，需要利用海气耦合模式。

太平洋 的年代际变率 PDO (Pacific Decadal Oscillation)

Pacific Decadal Oscillation - PDO Long-lived El –Nino like pattern of variability PDO events persist 20 -30 years Climatic fingerprints more visible in the North Pacific North American sector with only secondary signatures in the tropics Causes of PDO are not known

PDO is a Strong Signal on the Interdecadal Time Scale in the Pacific Two Full PDO Cycles in the past century cool PDO regimes: 1890-1924 & 1947-1976 warm PDO regimes: 1925-1946 & 1977-1997 Regime Shift: 1920s, 1940s, 1976/77 PDO Index: PC1 of EOF analysis North Pacific SST anomalies poleward of 20ºN

关注科学问题的起因往往是朴素的

(After Mantua et al. 1997)

PDO产生的机制：目前有争议 北太平洋海温低频变率（大于10yr）主导模态的很大一部分，受到来自热带的强迫的影响。而海洋对热带外ENSO响应的反馈作用，则比较复杂，至少强度不强。热带太平洋以外区域的海气耦合过程，能够在一定程度上改变PNA区域的大气环流距平分布。但是其作用的大小，依赖于季节循环以及北太平洋区域内外的海气相互作用。

Alexander et al. 2002, J.Clim

耦合模式中北太平洋独立于ENSO的海温模态 (Zhou et al. 2002, Advances in Atmospheric Sciences，19, 1127-1147).

LASG/IAP气候系统模式模拟的PDO GAMIL LOW (72*40L26) Land Coupler Atmosphere Ocean Sea-ice 1.0*1.0 L30 LICOM Flexible Global Ocean Atmosphere Land System model of IAP/LASG (FGOALS)

(After Zhu Yimin)

PDO的形成机制： 源于热带海气耦合系统内部、源于中纬度海气耦合系统内部、热带和中纬度相互作用形成了PDO，其中热带不稳定海气相互作用起着信号放大作用。 海气耦合模式在PDO研究上可以有所作为。

关于北太平洋年代际变率的总结 北太平洋存在20 –30年准周期的年代际振荡现象（PDO）； PDO与ENSO现象在信号上有相似之处，但本质上是两种独立的现象； PDO的形成机制目前有争议； 北太平洋的年代际变化（PDO），是检验海气耦合模式的重要大尺度海气相互作用现象；在其机制研究上，耦合模式可以有所作为。 （本讲总结之五）

本讲所关注的科学问题 中高纬度与热带海气相互作用的不同 中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈 热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁”

中高纬度与热带海气相互作用的异同点 从对流的角度看，热带大气和极地海洋是不稳定的，热带海洋和极地大气相对稳定； 热带大气和高纬海洋的作用非常相似，都能够引起其子系统内表层和深层的强烈混合，且都是由重力不稳定这一物理机制引起的。 暖SST和热带大气决定着中层大气的状态，与经向环流相联系；极地海洋深对流及相关混合过程决定着深海水团的特征，与大洋经圈环流相联系。

中纬度海气相互作用典型特征 热带外中纬度地区的海气相互作用，主要表现为大气对海洋的强迫，特别是在冬季； 气候学研究中，为考察海表温度的异常对大气的强迫作用，常利用SST强迫AGCM，这类试验假设了在海气相互作用过程中，海洋对大气的强迫是主要的，而大气对海洋的反馈过程则可以忽略。这在热带海洋上可能是一个合理的近似，但对热带外海洋、尤其是在冬季来说，则未必正确。

关于中纬度海温对大气强迫作用的基本结论 中纬度地区的海温变化，的确能够影响到边界层以上的大气变化，但是较之大气内部变率的幅度而言，这种影响只能算是中等强度的。从线性响应的角度看，大气对海温变化的响应强度，在500hPa高度场上为20mk-1。

热带太平洋，能够通过“大气桥梁”，影响到热带外大洋的海温变化； 关于“大气桥”的总结 热带太平洋，能够通过“大气桥梁”，影响到热带外大洋的海温变化； 赤道中太平洋的冬季平均海温，通过“大气桥”，影响到随后的春季印度洋、热带大西洋、热带外北太平洋和南太平洋海温。