高大动低频资料

第四章热带大气动力学（1）首先讨论Kelvin波要求V=0，由(4.1)式、(4.2)式得到（课件）（2）赤道波种——Kelvin波推导4种赤道自由波的色散关系图赤道拦截波必须为离散值n=1,2,3……的一些波动组成，有高频的重力惯性波和低频的Rossby波。当n=0时，为一混合波，其高频部分与重力惯性波类似；低频部分与Rossby波类似当n=-1时，Kelvin波依附于赤道存在，赤道以外，很快频散为0。（3）吉尔模式方程(4.44)取纬圈半地转近似，此即吉尔模式。（4）吉尔模式的简单解向东：Kelvin向西：Rossby现在来求方程(4.31)，(4.33)和(4.38)的解。引进变量uprupq解的第一部分代表向东传播并阻尼的开尔文波解的第二部分在物理上代表向西传播的罗斯贝长波第五章低频动力学1.利用再分析资料对热带大气ISO的主要观测特征和活动规律进行讨论，包括其生命循环过程、传播特征、谱特征、空间分布、季节变化和垂直结构等（1）生命循环（周期）：10-20d统称为低频；它没有严格的周期，表现为30—60d的宽频带振荡周期，典型周期为45d左右（2）传播特征：热带大气ISO主要以纬向东传和经向北传为主，但也有明显的西传情况，特别是在赤道以外的热带地区大气ISO的向西移动还是常见的现象；实际热带大气季节内振荡各种物理量,都呈明显的东传形式,,且在日界线附近都有传播特性的改变，风速和速度势的东传在过日界线后明显加快，西半球一般快于东半球；大气季节内振荡的振幅在印度洋和西太平洋地区最大、热带大气ISO在传播过程中表现为对流和环流的强烈耦合，ISO的对流主要位于低层异常的西风区，伴随ISO对流有低层水汽、风场、辐合上升运动的东传，而行星边界层的水汽辐合总是超前于ISO的对流，位于ISO对流的前方(东向)（3）谱特征：热带大气ISO主要表现为一种以纬向1波为主的季节内时间尺度上的东传扰动，西传扰动不明显。纬向风以东传为主，扰动具有纬向1—3波的水平结构，降水场除了纬向1波外，2-3波的扰动也较为明显。季节内时间尺度上的东传分量上有最大的谱能量，西传分量谱值相对较小（4）空间分布：热带大气ISO在主要对流区的热带印度洋和西太平洋上空相对更为显著，其他地区也有它的活动，尤其是在对流层的上层。与低层850hPa有很大的差异，200hPa大气季节内振荡活动在印度洋和西太平洋相对而言是弱的，而在东太平洋最强。空间分布上，夏季主要分布在北半球5—20°N的南亚和西太平洋地区，冬季则主要分布在南半球20—5°S的印度洋和中西太平洋的狭长地带，春秋作为过渡季节介于冬夏之间；850hPa季节内动能和降水的空间分布特征：850hPaISO动能的大值区主要分布在热带印度洋和西太平洋，在夏秋季节的东太平洋ISO动能也比较大，量值接近西太平洋地区的ISO动能。降水主要分布在热带印度洋、西太平洋和南太平洋辐合带，空间分布上也存在明显的季节性移动，冬季主要位于赤道以南的印度洋和南太平洋，夏季主要位于赤道以北的印度洋和西太平洋；但是，热带东印度洋的季节内振荡在经向上的季节性移动不如热带西太平洋明显。（5）季节变化：热带大气ISO在季节上表现为冬、春较强而夏、秋较弱的季节性特征。从冬夏来说200hpaISO空间分布的季节变化虽不如850hPa明显，但仍然有一定的季节差异，冬季北半球的南亚有较明显的大气ISO活动，到夏季原先在南半球的ISO低值区北移到南亚；另外在热带大西洋，冬季赤道以北有较强的大气ISO活动，赤道以南较弱，而夏季却相反。西太平洋大气ISO活动的季节变化不明显，赤道以南东太平洋大气ISO活动的季节变化也不是很明显。西太平洋地区夏秋季节的850hPa的ISO活动要明显弱于冬春季节；但在印度洋地区ISO强度的季节差异就不是那么明显，在夏季也有很强的ISO的活动，主要与南亚地区强夏季风活动有关。（6）垂直结构：在垂直结构上表现为对流层上、下反相的“斜压”特征，上层西风对应下层的东风，下层的暖区对应下层的冷区。纬向风振幅850hpa与200hPa相比要明显弱得多。2．热带大气ISO的季节转换与气候背景场的关系季节变化（1）SST:热带季节内振荡的季节转换同热带SST的季节变化是一致的，但它们的振幅并不完全一致，当大气ISO在夏季达到第二个谱峰时，热带SST并不是最高的，而在5月份热带SST最高时大气ISO却比较弱,因为5月份出现SST的极值更多是由于赤道中太平洋冷舌的减弱而不是印度洋和西太平洋暖池的增暖。（2）OLR:热带大气ISO的季节转换与热带地区对流活动的季节变化也是一致的。冬季强的对流活动主要分布在南半球的10º—5ºS这一范围，夏季则出现于北半球的10º—5ºN的范围，强的对流区对应强的大气ISO活动（3）纬向风：ISO的季节转换同对流层低层850hPa平均纬向风随季节的变化也有很好的对应关系，大气ISO在冬季和夏季的两个谱峰分别对应冬季和夏季两个最大的西风极值，表明热带大气ISO一般发生在平均西风区（4）降水：热带大气ISO活动的季节性同降水的季节变化也有很好的对应关系，由冬季到夏季降水中心由南半球越过赤道进入北半球，季节内振荡的两个谱峰分别对应着两次降水中心。（5）水汽通量散度：大气ISO空间分布的季节变化同低层850hPa水汽通量的季节变化也有很好的对应关系，强的水汽辐合区对应强的大气ISO活动，弱的辐散区对应弱的大气ISO活动空间分布（1）SST:850hPa季节内振荡的活动一般位于SST的较暖区域（2）OLR:印度洋和西太平洋的强对流区总是对应强的大气ISO活动（3）水汽通量散度：850hPa水汽辐合区的分布同大气ISO的活动有很好的对应关系，无论冬夏，强的大气ISO基本活跃在强的水汽辐合区，冬季位于赤道以南，夏季位于赤道以北（4）动能：无论冬夏其季节内振荡主要发生在平均西风区或弱的纬向风速区，在强的平均东风区热带大气ISO的活动也很弱。。东风区的大气ISO活动一般都很弱。3.热带大气季节内振荡的时空演变特征2.5.1热带大气ISO的纬向传播2.5.2热带大气ISO指数序列的构建2.5.3热带大气ISO的生命循环过程1．热带大气ISO水平结构的演变(1)风场与降水场(2)850和1000散度场(3)降水、风、低层水汽和散度在热带大气ISO的传播过程中1000hPa的辐合有超前于对流(降水)的特征。而850hPa的辐合与对流基本是同位相的，而行星边界层的水汽辐合巳被认为对维持热带ISO东传起着重要的作用计算了在纬向每一个经度格点上10ºS—10ºN平均30—60d滤波的各个物理量之间的关系（1）与ISO相联系的行星边界层的辐合在印度洋和西太平洋明显的超前于ISO的对流(降水)5—15d左右，最大的相关在印度洋和西太平洋，数值超过了0.4（2）而850hPa的散度和降水的高相关主要是二者的同时相关，最大的相关在印度洋和两太平洋也超过了0.4（3）对于水汽而言，1000hPa和850hPa的水汽与降水的关系也基本上以同时为主表明了在热带大气ISO传播过程中行星边界层的水汽辐合对ISO对流的发生有超前性。2．热带大气ISO的垂直结构演变、（1）显示了热带大气季节内振荡的纬向风以纬向1波的结构缓慢东传的特征；（2）热带大气ISO的纬向风扰动随高度呈现出明显的西倾，表现为对流层上层的风场和下层的风场成相反的位相。对流层高层季节内振荡的振幅在200hPa附近最大，对流层低层振荡振幅在700hPa附近最大，并且对流层上层的振幅要大于对流层低层的振幅，对流层高低层东西风位相的转换在400hPa附近。（3）低层的垂直运动要超前于上层，呈现出西倾的特征；且低层水汽超前于高层，伸展到对流区的前方；散度场)也表现出明显的“斜压”特征，对应对流区低层辐合高层辐散，行星边界层辐合延伸至对流的前方，显现出西倾的特征，表现出水汽辐合的超前性，对维持热带大气ISO东传起着重要作用2.6夏季南亚季风区热带大气ISO的经向传播2.6.2经向传播特征经向上以从赤道向北传播为主，但同时也有从赤道向南的传播；ISO的向北传播主要出现在北半球夏半年(5—10月)，此时正好是南亚夏季风期间，传播一般从赤道附近地区向北最远传播到25ºN。另外，ISO降水的北传有明显的年际变化热带大气ISO北传的空间演变过程————图2.30超前16d时热带大气ISO对流中心位于赤道西印度洋(55ºE附近)，强度较弱；然后它沿着赤道向东传播，强度不断加强。到超前6d，最大的对流中心位于赤道中印度洋(80ºE附近)，中心强度达到了16W/m2，其后向东的传播基本停止，并开始向北传播，而且强度仍然不断加强；到滞后0d时对流中心向北传播到7.5ºN，强度达到最大值为24W/m2。之后，ISO对流区继续向北移动，强度开始减弱。到滞后16d，ISO对流达到最北，中心位于孟加拉湾北部、热带大气ISO在印度洋的向北传播有一个十分重要的特征：就是在最明显的北传期(-6~6d)是先向北扩展，然后在较高纬度上形成一个新的中心，而在赤道以南仍保持着一个大值中心，其后北边中心不断增强，而南面的中心逐渐减弱。另外，可以注意到在从超前0d前对流位于中东印度洋，主要的ISO对流区基本在向北传播，没有明显的东传信号；但从滞后0d开始，印尼到热带西太平洋地区出现了逐渐增强的ISO对流信号，可以看到，这些东传对流信号与向北传播的对流信号似乎是相对独立的。2.6.3北传ISO的垂直结构、图2.321.3热带大气季节内振荡与ENSO的关系在ElNino发生之前，热带大气ISO异常活跃，而在ElNino期间，ISO则相对偏弱，两者有明显相互作用()。而且，强热带大气ISO对导致热带太平洋地区的西风爆发，进而激发出异常的海洋Kelvin波和ElNino事件。大气季节内振荡对厄尔尼诺的激发作用（1）春、夏季热带西太平洋大气ISO可能在E1Nino的形成中起着重要的作用（2）在ElNino成熟之前的春、夏季，赤道中西太平洋地区大气ISO动能出现了明显的正异常，当ElNino成熟以后，大气ISO动能又明显减弱。这个结果不仅清楚地表明热带大气ISO与ENSO有密切关系，而且可以认为赤道中西太平洋大气ISO的异常增强对ElNino事件有重要地激发作用，因为大气ISO的异常增强在先（3）大气ISO的明显系统东传的确同E1Nino的发生有关。（4）强(弱)东亚冬季风可以在赤道中西太平洋地区激发出持续的强(弱)大气ISO，进而通过海气的相互作用有利于激发E1Nino(LaNina)ENSO对热带大气季节内振荡的影响（1）在ElNino爆发前赤道西太平洋上的大气ISO明显增强，而在E1Nino爆发之后那里的大气ISO却明显减弱，以致在E1Nino的成熟期，大气ISO与Nino3区的SSTA有显著的负相关。这在一定意义上可以认为EINino事件对大气ISO有抑制作用。（2）ElNino的影响不仅使得热带大气ISO减弱，还使得热带大气ISO的结构趋于正压性。