高大動低頻資料

1、第4章 熱帶大氣動力學（1） 首先討論Kelvin波要求V=0，由(4.1)式、(4.2)式得到（課件）（2） 赤道波種Kelvin波推導4種赤道自由波的色散關(guān)系圖赤道攔截波必須為離散值n=1,2,3的一些波動組成，有高頻的重力慣性波和低頻的Rossby波。當n=0時，為一混合波，其高頻部分與重力慣性波類似；低頻部分與Rossby波類似當n=-1時，Kelvin波依附于赤道存在，赤道以外，很快頻散為0。（3） 吉爾模式方程(4.44)取緯圈半地轉(zhuǎn)近似，此即吉爾模式。（4） 吉爾模式的簡單解向東：Kelvin 向西：Rossby現(xiàn)在來求方程(4.31)，(4.33)和(4.38)的解。引進變量

2、解的第一部分代表向東傳播并阻尼的開爾文波解的第二部分在物理上代表向西傳播的羅斯貝長波第五章低頻動力學1. 利用再分析資料對熱帶大氣ISO的主要觀測特征和活動規(guī)律進行討論，包括其生命循環(huán)過程、傳播特征、譜特征、空間分布、季節(jié)變化和垂直結(jié)構(gòu)等（1） 生命循環(huán)（周期）：10-20d統(tǒng)稱為低頻；它沒有嚴格的周期，表現(xiàn)為3060 d的寬頻帶振蕩周期，典型周期為45d左右（2） 傳播特征：熱帶大氣ISO主要以緯向東傳和經(jīng)向北傳為主，但也有明顯的西傳情況，特別是在赤道以外的熱帶地區(qū)大氣ISO的向西移動還是常見的現(xiàn)象；實際熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩各種物理量,都呈明顯的東傳形式,且在日界線附近都有傳播特性的改變，風速

3、和速度勢的東傳在過日界線后明顯加快，西半球一般快于東半球；大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的振幅在印度洋和西太平洋地區(qū)最大、熱帶大氣ISO在傳播過程中表現(xiàn)為對流和環(huán)流的強烈耦合，ISO的對流主要位于低層異常的西風區(qū)，伴隨ISO對流有低層水汽、風場、輻合上升運動的東傳，而行星邊界層的水汽輻合總是超前于ISO的對流，位于ISO對流的前方(東向)（3） 譜特征：熱帶大氣ISO主要表現(xiàn)為一種以緯向1波為主的季節(jié)內(nèi)時間尺度上的東傳擾動，西傳擾動不明顯。緯向風以東傳為主，擾動具有緯向13波的水平結(jié)構(gòu)，降水場除了緯向1波外，2-3波的擾動也較為明顯。季節(jié)內(nèi)時間尺度上的東傳分量上有最大的譜能量，西傳分量譜值相對較?。?） 空間

4、分布：熱帶大氣ISO在主要對流區(qū)的熱帶印度洋和西太平洋上空相對更為顯著，其他地區(qū)也有它的活動，尤其是在對流層的上層。與低層850 hPa有很大的差異，200 hPa大氣季節(jié)內(nèi)振蕩活動在印度洋和西太平洋相對而言是弱的，而在東太平洋最強。空間分布上，夏季主要分布在北半球520N的南亞和西太平洋地區(qū)，冬季則主要分布在南半球205S的印度洋和中西太平洋的狹長地帶，春秋作為過渡季節(jié)介于冬夏之間；850 hPa季節(jié)內(nèi)動能和降水的空間分布特征：850 hPa ISO動能的大值區(qū)主要分布在熱帶印度洋和西太平洋，在夏秋季節(jié)的東太平洋ISO動能也比較大，量值接近西太平洋地區(qū)的ISO動能。降水主要分布在熱帶印度洋、

5、西太平洋和南太平洋輻合帶，空間分布上也存在明顯的季節(jié)性移動，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，熱帶東印度洋的季節(jié)內(nèi)振蕩在經(jīng)向上的季節(jié)性移動不如熱帶西太平洋明顯。（5） 季節(jié)變化：熱帶大氣ISO在季節(jié)上表現(xiàn)為冬、春較強而夏、秋較弱的季節(jié)性特征。從冬夏來說200hpa ISO空間分布的季節(jié)變化雖不如850 hPa明顯，但仍然有一定的季節(jié)差異，冬季北半球的南亞有較明顯的大氣ISO活動，到夏季原先在南半球的ISO低值區(qū)北移到南亞；另外在熱帶大西洋，冬季赤道以北有較強的大氣ISO活動，赤道以南較弱，而夏季卻相反。西太平洋大氣ISO活動的季節(jié)變化不明顯，

6、赤道以南東太平洋大氣ISO活動的季節(jié)變化也不是很明顯。西太平洋地區(qū)夏秋季節(jié)的850 hPa的ISO活動要明顯弱于冬春季節(jié)；但在印度洋地區(qū)ISO強度的季節(jié)差異就不是那么明顯，在夏季也有很強的ISO的活動，主要與南亞地區(qū)強夏季風活動有關(guān)。（6） 垂直結(jié)構(gòu)：在垂直結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為對流層上、下反相的“斜壓”特征，上層西風對應(yīng)下層的東風，下層的暖區(qū)對應(yīng)下層的冷區(qū)。緯向風振幅850hpa與200 hPa相比要明顯弱得多。2 熱帶大氣ISO的季節(jié)轉(zhuǎn)換與氣候背景場的關(guān)系季節(jié)變化（1） SST:熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩的季節(jié)轉(zhuǎn)換同熱帶SST的季節(jié)變化是一致的，但它們的振幅并不完全一致，當大氣ISO在夏季達到第二個譜峰時，熱帶

7、SST并不是最高的，而在5月份熱帶SST最高時大氣ISO卻比較弱,因為5月份出現(xiàn)SST的極值更多是由于赤道中太平洋冷舌的減弱而不是印度洋和西太平洋暖池的增暖。（2） OLR:熱帶大氣ISO的季節(jié)轉(zhuǎn)換與熱帶地區(qū)對流活動的季節(jié)變化也是一致的。冬季強的對流活動主要分布在南半球的105S這一范圍，夏季則出現(xiàn)于北半球的105N的范圍，強的對流區(qū)對應(yīng)強的大氣ISO活動（3） 緯向風：ISO的季節(jié)轉(zhuǎn)換同對流層低層850 hPa平均緯向風隨季節(jié)的變化也有很好的對應(yīng)關(guān)系，大氣ISO在冬季和夏季的兩個譜峰分別對應(yīng)冬季和夏季兩個最大的西風極值，表明熱帶大氣ISO一般發(fā)生在平均西風區(qū)（4） 降水：熱帶大氣ISO活動的

8、季節(jié)性同降水的季節(jié)變化也有很好的對應(yīng)關(guān)系，由冬季到夏季降水中心由南半球越過赤道進入北半球，季節(jié)內(nèi)振蕩的兩個譜峰分別對應(yīng)著兩次降水中心。（5） 水汽通量散度：大氣ISO空間分布的季節(jié)變化同低層850 hPa水汽通量的季節(jié)變化也有很好的對應(yīng)關(guān)系，強的水汽輻合區(qū)對應(yīng)強的大氣ISO活動，弱的輻散區(qū)對應(yīng)弱的大氣ISO活動空間分布（1） SST:850 hPa季節(jié)內(nèi)振蕩的活動一般位于SST的較暖區(qū)域（2） OLR:印度洋和西太平洋的強對流區(qū)總是對應(yīng)強的大氣ISO活動（3） 水汽通量散度：850 hPa水汽輻合區(qū)的分布同大氣ISO的活動有很好的對應(yīng)關(guān)系，無論冬夏，強的大氣ISO基本活躍在強的水汽輻合區(qū)，冬季

9、位于赤道以南，夏季位于赤道以北（4）動能：無論冬夏其季節(jié)內(nèi)振蕩主要發(fā)生在平均西風區(qū)或弱的緯向風速區(qū)，在強的平均東風區(qū)熱帶大氣ISO的活動也很弱。東風區(qū)的大氣ISO活動一般都很弱。3. 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的時空演變特征2.5.1 熱帶大氣ISO的緯向傳播2.5.2 熱帶大氣ISO指數(shù)序列的構(gòu)建2.5.3 熱帶大氣ISO的生命循環(huán)過程1 熱帶大氣ISO水平結(jié)構(gòu)的演變(1) 風場與降水場(2) 850和1000散度場(3) 降水、風、低層水汽和散度在熱帶大氣ISO的傳播過程中1000 hPa的輻合有超前于對流(降水)的特征。而850 hPa的輻合與對流基本是同位相的，而行星邊界層的水汽輻合巳被認為對

10、維持熱帶ISO東傳起著重要的作用計算了在緯向每一個經(jīng)度格點上10S10N平均3060 d濾波的各個物理量之間的關(guān)系（1） 與ISO相聯(lián)系的行星邊界層的輻合在印度洋和西太平洋明顯的超前于ISO的對流(降水)515d左右，最大的相關(guān)在印度洋和西太平洋，數(shù)值超過了0.4（2） 而850 hPa的散度和降水的高相關(guān)主要是二者的同時相關(guān)，最大的相關(guān)在印度洋和兩太平洋也超過了0.4（3） 對于水汽而言，1000 hPa和850 hPa的水汽與降水的關(guān)系也基本上以同時為主表明了在熱帶大氣ISO傳播過程中行星邊界層的水汽輻合對ISO對流的發(fā)生有超前性。2 熱帶大氣ISO的垂直結(jié)構(gòu)演變、（1）顯示了熱帶大氣季節(jié)

11、內(nèi)振蕩的緯向風以緯向1波的結(jié)構(gòu)緩慢東傳的特征；（2）熱帶大氣ISO的緯向風擾動隨高度呈現(xiàn)出明顯的西傾，表現(xiàn)為對流層上層的風場和下層的風場成相反的位相。對流層高層季節(jié)內(nèi)振蕩的振幅在200 hPa附近最大，對流層低層振蕩振幅在700 hPa附近最大，并且對流層上層的振幅要大于對流層低層的振幅，對流層高低層東西風位相的轉(zhuǎn)換在400 hPa附近。（3）低層的垂直運動要超前于上層，呈現(xiàn)出西傾的特征；且低層水汽超前于高層，伸展到對流區(qū)的前方；散度場)也表現(xiàn)出明顯的“斜壓”特征，對應(yīng)對流區(qū)低層輻合高層輻散，行星邊界層輻合延伸至對流的前方，顯現(xiàn)出西傾的特征，表現(xiàn)出水汽輻合的超前性，對維持熱帶大氣ISO東傳起著

12、重要作用2.6 夏季南亞季風區(qū)熱帶大氣ISO的經(jīng)向傳播2.6.2 經(jīng)向傳播特征經(jīng)向上以從赤道向北傳播為主，但同時也有從赤道向南的傳播；ISO的向北傳播主要出現(xiàn)在北半球夏半年(510月)，此時正好是南亞夏季風期間，傳播一般從赤道附近地區(qū)向北最遠傳播到25N。另外，ISO降水的北傳有明顯的年際變化熱帶大氣ISO北傳的空間演變過程圖2.30超前16 d時熱帶大氣ISO對流中心位于赤道西印度洋(55E附近)，強度較弱；然后它沿著赤道向東傳播，強度不斷加強。到超前6 d，最大的對流中心位于赤道中印度洋(80E附近)，中心強度達到了16W/m2，其后向東的傳播基本停止，并開始向北傳播，而且強度仍然不斷加強

13、；到滯后0 d時對流中心向北傳播到7.5N，強度達到最大值為24W/m2。之后，ISO對流區(qū)繼續(xù)向北移動，強度開始減弱。到滯后16 d，ISO對流達到最北，中心位于孟加拉灣北部、熱帶大氣ISO在印度洋的向北傳播有一個十分重要的特征：就是在最明顯的北傳期(-66 d)是先向北擴展，然后在較高緯度上形成一個新的中心，而在赤道以南仍保持著一個大值中心，其后北邊中心不斷增強，而南面的中心逐漸減弱。另外，可以注意到在從超前0 d前對流位于中東印度洋，主要的ISO對流區(qū)基本在向北傳播，沒有明顯的東傳信號；但從滯后0 d開始，印尼到熱帶西太平洋地區(qū)出現(xiàn)了逐漸增強的ISO對流信號，可以看到，這些東傳對流信號與

14、向北傳播的對流信號似乎是相對獨立的。2.6.3 北傳ISO的垂直結(jié)構(gòu)、圖2.321.3 熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩與ENSO的關(guān)系在El Nino發(fā)生之前，熱帶大氣ISO異?；钴S，而在El Nino期間，ISO則相對偏弱，兩者有明顯相互作用()。而且，強熱帶大氣ISO對導致熱帶太平洋地區(qū)的西風爆發(fā)，進而激發(fā)出異常的海洋Kelvin波和El Nino事件。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩對厄爾尼諾的激發(fā)作用（1） 春、夏季熱帶西太平洋大氣ISO可能在E1 Nino的形成中起著重要的作用（2） 在El Nino成熟之前的春、夏季，赤道中西太平洋地區(qū)大氣ISO動能出現(xiàn)了明顯的正異常，當El Nino成熟以后，大氣ISO動能又明顯減弱。這個結(jié)果不僅清楚地表明熱帶大氣ISO與ENSO有密切關(guān)系，而且可以認為赤道中西太平洋大氣ISO的異常增強對El Nino事件有重要地激發(fā)作用，因為大氣ISO的異常增強在先（3） 大氣ISO的明顯系統(tǒng)東傳的確同E1 Nino的發(fā)生有關(guān)。（4） 強(弱)東亞冬季風可以在赤道中西太平洋地區(qū)激發(fā)出持續(xù)的強(弱)大氣ISO，