PDF《第20卷第3期》

⑦ ~ 尸第20卷 第 3期

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0 0年 9月 气象科学SCI ENTI A M ETEORO LO GI CA SI NI CA V0【 .

20, No.3 Sept ..

2 OO0 一个海气耦合环流模式 中的 E NS O 循环特征 及控 制机理(南京大学大气科学系 , 南京

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I 摘要本文利 用 中科院 大 气所两 层全 球大 气 环流 摸式 和 十四 层 热带 太平洋模式的 耦 合环 流摸 式100年 积 分中 的后

3 o年的月平均 输 出资 料,通过分 析薄 表面温度、上层海 洋 热容 量和 海表 面高 度异常的年 际 变化 , 揭示 了模式 ENS O 循环(包括其产生 、 发展,成熟和 消亡 过程) 的特 征 及其 控制 机理.结 果表明,控制本文耦 合环流模式 中ENS O 循 环的 机理 是.时滞 振子模态 , 这和 由中 闻复 杂 程度 耦合模式得到的 E NS O控制机理是一致的.反映了. 时滞振子 机制对于解释 E NS O控制机 理 具有 一 定的普 遍性.另补 . 分析结果也表 明,海表面高 度 异常 和上 层海洋热 容量异常 以及 温跃 层变 化具 有 动力上 的 一致性 . 引言关键词堂塑宣坚苎兰堕分类 号P7时滞 振子 机制 厄尔尼诺/ 南方涛动 ( E Ns O) 是 一涉及 其发生 、 发展 、 衰亡 和再现 的循 环过程 , 是年 际时 间尺度上最强的气候信号 , 对季节到年际气候 的可预报性有重要贡献….随着国际 TOG A(

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9 4 ) 计划 的完 成,人们对 E NS O 的研 究取得 了重要 进展0 ] , 主要有 三个方 面的成果 : 一是 在热带太平洋成功 建立了一个 E NS O实时观测 系统 { 二 是对 E NS O形成机 制的动力学 研究取 得重要进展 ;

三是揭示 了ENS O 事件有相 当程 度的可预 报性 .其中 , E NS O 的预报是 研究的 目标,ENS O 动力 机制 的揭示是 预报 的科学基 础,而实时 观测资料 及其 积累是 人 们研 究和 预报 E NS O 的必要前提.ENS O 循环 动力机制研 究需要解 决三个 主要 问题 [

3 ] : 一是 E N S O 暖( 或冷 ) 事件为 什么会 发生和发展即所谓 正反馈机制 问题 , 二是 E N S O 事件的 衰亡机 制和为什 么会表 现为冷 暖位相 之 间的转换即所 谓负反馈机制 问题 , 三是 E NS O 事件隔 多长 时间会再现即 涉及 其主周期 的所 谓时 问尺 度问题 自八十年 代中后期 , 基于Bjerknes假说 的海气耦 合波动及 其不稳定 的动力 分析理 论 的提 出和发 展, 正是从本质上解 决 了正反馈机制 问题C

4 3 . 然而 , 无论 是Bjerknes假说还是不 稳定海气相 互作 用理 论,都不 能解 释ENS O 循环 中的 … 端耋葑..项第一部分目隶九五掷一珂目的共 同资 助.维普资讯 http://www.cqvip.com

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0 气象科学2O卷 暖态 向冷态 或冷态 向暖态 的转换机理 .因此 , 模拟 ENS O循 环进 而揭示 E NS O 循 环中 的这 种 转换机理对 于理 解ENS O 的成 园是至关重要 的. 首 先成 功模拟 出和实际较 为类似的 E NS O变率的模式是 中间复杂程 度的海气耦 台模式 , 并且根 据这种海 气耦合模 式 的结果分 析人 们揭 示出 了控 制模式 E NS O现象的发 生、发展和消亡 的物理机制 与热带海 洋中Ro s s b y波 沿赤道 两侧的缓 慢西 传、Kelvin波沿 赤遭的缓慢 东传 、 R o s s b y波 在海 洋西边 界反射成东 传Kelvin波以及在大 洋中东部海 气耦 合系统 的不稳定发展有密切关 系.尽管还 存在其它机制控 制ENS O 循环 , 但 时滞振 子 机制较好地解 释了ENS O循环 中冷 暖态的转换 和ENS O循 环时 间尺 度性,因而受到较 为广泛 的注意 .由于这 种机制强调 E NS O 的信号 是 自西 向东传播的 , 并且是通 过赤 道海洋 动力渡缓 慢 传播 实现 的,具有 时滞效应 , 因此对 于ENS O 可预报性 的贡 献是 巨大 的 .大量 的事后预 报( Hi n d e a s t s ) 试验 表明,中间复杂程度的海气 耦合模式 由于能够包 含这 种 机理 , 对8O年代的 E N S O 事件显示 了相当的预报能力 . 中 间复 杂程度 的海气耦合 模式在 E NS O 动力机理 和 可预报性 研 究方 面起 了重 要推 动作 用,但由于其物理过 程 的过 于 简单 , 对于实际过 程的模 拟还是有 限的0 ] . 因此 , 利用垒球海气耦 合 环流模式 ( C GCM) 来模 拟和预测 E NS O是 当前国际 努力的 目标 ] .由于 时滞振子 模态是用较 为简单的大气 、 海洋耦合 模式 模拟 ENS O 循 环所得到 的结 论,它是 否能懈释 C GCM 中的ENS O行 为是当前耦合 GCM 模拟结果分析 中关 注的一个 问题 . 中国科学院大 气物理研 究所 发展 了一个海气耦 合环流模式 , 并对 E NS O 事 件进行 了试验 性预报,统计结果 显示该模 式对 ENS O 事件具有 令人鼓舞 的预 报技巧 , 同时利 用该模 式也 对 大气 和海 洋状况进行 了长期 数值 模拟 ] .本文 主要 内容就 是分析 该模 式模拟 热带 太平 洋ENS O 变率的能 力和控制模 式ENS O循环的机制 .