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科普:发现热带外大气强迫制约ENSO循环的证据

已有 8151 次阅读 2014-2-2 17:33 |系统分类:科普集锦|关键词:学者| 厄尔尼诺, 文章, style, white, 拉尼娜现象

前一篇博文报告了我们投稿的遭遇,我想在这篇博文中介绍一下相关内容,由于牵涉专业知识较多(偏),我也没有太多的时间来组织文章,所以只能是很粗浅地介绍。

ENSO循环是指厄尔尼诺和拉尼娜现象在2-7年内周期性交替出现,多年来其变化原因被认为是热带内的海洋和大气相互作用所致。大家知道厄尔尼诺和拉尼娜的出现会给全球天气、气候带来很大异常且相对稳定,因此,如果能够预知ENSO事件的出现也就大致能估算到它们出现后会带来哪些气象灾害,所以ENSO信号被视为气候预测的最强信号,对ENSO事件的研究也被视为气象研究的最为重要的问题之一。对ENSO的动力学解释有相当的难度加之海洋资料的匮乏等原因,这类研究的进展颇为缓慢。

现行ENSO(延迟振子模型)理论认为:太平洋赤道内盛行的东北和东南信风使得赤道海洋质量和热量以海洋波动(罗斯贝重力波)的形式在西部堆积而太平洋东部由于海水上翻致冷,久而久之形成拉尼娜现象,即:赤道东太平洋面过冷而赤道西太平洋面过暖,这种西部的热量堆积也同时在酝酿积攒着一种相反的回复力,因此堆积不会永远持续下去,当信风慢慢减弱,这种堆积和信风的力量达到平衡时会停滞,在有其它因素例如MJO等的激发下,释放回复力,质量和热量会反而向东移动(以凯尔文波形式传播)并堆积,这种反向运动达到一定阶段就形成赤道东太平洋面异常偏暖而西太平洋偏冷的厄尔尼诺现象,然后在固有的地转偏向力作用下信风再度加强再慢慢形成向西的热量堆积,ENSO循环周而复始。延迟振子模型的这种解释虽然在不少方面得到了观测的印证,但始终无法解释为什么这种循环的周期之间差异会那么大,也就无法准确预测这两种现象何时出现和消失,传统上把这种无法预测的状态全部归因于混沌作用。但是,在守恒的气候系统中高低纬度的大气、海洋上的热量交换是不可或缺的,它必然或多或少影响ENSO循环,仅局限于热带内的这种解释明显是一个缺陷。现行ENSO理论显然没能包括这类原因。

最近我们在《Tellus A》上发表了发现热带外大气强迫作为强迫源而存在的不可忽视的证据的文章,我们通过筛选现行观测资料分析发现:厄尔尼诺和拉尼娜出现的间隔时间是不对称的,厄尔尼诺出现后马上转为拉尼娜事件的情形往往比拉尼娜快速转换成厄尔尼诺的情形要多很多,这和一种夏季在中纬度传播的被称为OKJ的大气中的准定常波列出现密切相关,这种大气波列会给ENSO循环带来不容忽视的影响,一般而言这种准定常的OKJ波列一直会在中高纬度传播,波列理论也证明它不可能直接传播到热带地区,但是我们发现由于这种传播的加强,它会在北太平洋中部形成巨大的反气旋,由于海气相互作用,海洋表面会形成类似反气旋式海流形式,而在这个反气旋的南端由于科里奥利力随纬度减小的缘故形成近地面北风以及向南的海流流向赤道东太平洋,从而引起向南的冷水平流并加强了东北信风,在适当时机便导致拉尼娜生成,这种传播可以视其为一种前兆信号,特别针对厄尔尼诺是否快速演变成拉尼娜而言有很强的指示意义。由于ENSO现象一般在秋、冬季节达到强盛,而此信号可被提前一个多季节探测到,所以这个发现给如何更准确的预报ENSO带来了福音,也给现行ENSO理论带来很大的冲击。我们确信把ENSO形成的主要物理成因扩展到来自全球范围大气的强迫是未来ENSO理论发展的必然的方向,我们计划以此为契机,创建一个更加完善的ENSO循环理论。


此图为论文中的图10,给出了厄尔尼诺如何在OKJ波列的传播中通过海气相互作用快速演变成拉尼娜的概念图。




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1 强涛

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