杨崧教授研究团队在大气对厄尔尼诺海温异常响应结构方面取得重要进展

我院杨崧教授(通讯作者)、胡晓明博士(第一作者)与佛罗里达州立大学 Ming Cai 教授和 Zhaohua Wu 教授合作在国际一流期刊《Climate Dynamics》上发表题为“Delineation of Thermodynamic and Dynamic Responses to Sea Surface Temperature Forcing Associated with El Niño”的论文,从大气热力和动力耦合响应的角度解释了为什么在厄尔尼诺成熟时期,典型的Gill响应在大气中上层较为明显,而低层大气位势高度场的响应分布更趋近于海表面温度异常的空间分布形态(图1)。

作者基于ERA-Interim再分析资料,构建了热带热力动力耦合响应框架,从能量的角度分析了气候系统内部各热力和动力过程如何相互调整,最终达到平衡(图2)。研究表明,厄尔尼诺成熟时期,低层大气异常主要是对海温异常相关的局地辐射加热的响应。来自地面的上长波辐射异常大部分被低层大气所吸收,绝大部分以辐射冷却的形式被消耗掉,另外有少部分能量用于驱动赤道中东太平洋上空的异常上升运动,同时将多余的能量从大气低层向中高层输运。因此,低层大气的位势高度或温度响应与海温异常的空间分布相似。在对流层中层,水汽反馈异常引起的辐射效应较弱。能量平衡的主要参与过程为潜热释放、大气垂直和水平能量输运,以及云的辐射效应。Gill响应分布主要受动力过程的控制,同时高云的辐射效应也加强了Gill响应结构中的垂直热异常,使Gill响应进一步加强。因此,在对流层中高层Gill响应结构较为清晰。

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图1. 厄尔尼诺冬季位势高度距平场(单位:m)在 (a) 175 hPa, (b) 250 hPa, (c) 400 hPa, (d) 600 hPa, (e) 800 hPa, and (f) 925 hPa 的合成场。打点区域表示置信度超过90%。纬向平均已被移除。

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图2. 水汽反馈(WV)、云反馈(CLD)、大气动力过程(DYN)、下层温度变化(Below)和上层温度变化(Above)引起的热带太平洋上空(90̊ E-90̊ W and 30̊ S-30̊ N)某层能量扰动。Total代表本层观测温度变化相关的长波辐射扰动。单位:W/m2

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