北半球冬季季节内振荡海气耦合过程中的尺度相互作用

Scaleinteractionintheair-seacoupledprocessesassociatedwiththeMadden-JulianOscillationduringborealwinter

论文作者：

高迎侠

指导老师：

徐邦琪，李天明，NicholaP.Klingaman

培养院系：

大气科学学院

专业名称：

气象学

研究方向：

季节内振荡，海气相互作用，尺度相互作用

读博感言：

非常幸运遇到超级nice的导师和小伙伴们，伴我砥砺前行！

研究背景/选题意义/研究价值

季节内振荡（MJO）作为延伸期预报的主要可预报来源，对其准确模拟和预报至关重要。然而当今全球环流模式对MJO模拟仍存在较大误差，主要问题在于模式无法正确掌握海气相互作用机制在MJO对流中的作用，对不同尺度系统之间相互作用的物理机制不够明确。

本文紧跟国际研究前沿，探讨MJO海气相互作用机制，理清高频扰动对MJO的升尺度反馈作用，从而弥补MJO动力学上的相对短缺，为其正确模拟和预报提供科学与技术参考依据，进一步有望提升延伸期预报能力。

研究内容

1.利用多套观测资料和全球高分辨率再分析资料，明确海表面潜热通量（LHF）在MJO发展及传播中的影响。季节内LHF支持对流发展，但不利于MJO的向东传播。

图1RMM位相3（左列）和位相7（右列）中，20–90天带通滤波的OLR（等值线；Wm-2）和LHF（阴影；Wm-2）的水平合成，LHF数据来自于(a,h)OAFlux,(b,i)ERA-I,(c,j)MERRA,(d,k)CFSR,(e,l)NCEPR1,(f,m)NCEPR2和(g,n)20CR。最外侧虚线（实线）起始于-5(5)Wm-2，间隔为5Wm-2。图中的阴影和等值线均通过95%信度检验。

2.通过对边界层动量的影响和对海表面热通量的调整，揭示海表面温度对MJO反馈作用的物理机制和定量贡献。季节内海温在对流东侧引起辐合作用，支持对流活动，并有助于对流东传。

图2通过对(a,g)LHF，(b,h)SHF和(c,i)LHF+SHF的调整，20–天带通滤波的SST对20–天带通滤波的(a–c)和(g–i)σ（m）/σ（t）的贡献率，数据来自于ERA-I。(d–f)和(j–l)与(a–c)和(g–i)相同，只是数据来自于MERRA。

3.借助于再分析资料诊断和ECHAM4数值模式，探讨高频扰动如何升尺度反馈至MJO对流活动。高频扰动贡献的季节内LHF与对流处于同位相，对MJO发展和东传速度均起到支持作用。

图3赤道地区（10°S–0°），20–90天带通滤波的OLR（等值线；Wm-2）和LHF（阴影；Wm-2）的RMM位相－经度演变，季节内LHF分别基于(a)总场和(b)“L–H升尺度方法”而计算得到，数据来自于（左列）ERA-I和（右列）MERRA。最外侧虚线（实线）起始于-5(5)Wm-2，等值线间隔为5Wm-2。

4.利用混合层温度诊断方程和LICOM2.0数值试验，阐明高频风速对季节内海温的影响。高频风速通过影响LHF和海温趋势而对季节内海温起到正贡献（6.2%）。

图4CTRL（黑色实线）和EXP_noHF（蓝色虚线）中，参考区域内（o–oE,15oS–5oS），20–90天带通滤波的(a)T-5m，(b)和(c)LHF的位相演变。(c)中向下为正。

主要创新点

1.利用多套全球高分辨率再分析数据和MJO外场观测数据，从“对边界层动量的影响”和“对海表面热通量的调整”两个物理机制出发，定量揭示海温对MJO对流传播的正贡献；

2.相对于MJO对高频扰动的调控作用，升尺度反馈机制