文档介绍：北半球夏季热带印度洋大气季节内振荡的季节活动特征
齐艳军
中国气象科学研究院,北京,100081
摘要
利用高分辨率的卫星资料和其它观测资料,对北半球夏季热带印度洋地区的大气季节内振荡(ISO)做位相合成分析,揭示并讨论了该地区ISO活动(产生、发展、传播及其周期演变过程)的季节变化特征。在春末夏初(5月份)和盛夏(6-8月份)季节,ISO对流的产生、发展和传播等活动特征不尽相同。不同季节ISO对流初始生成的位相和地理位置存在差异。从位相的演变看,ISO对流降水的发展和传播反映了ISO活动的季节变化。ISO对流异常在不同季节的活动特征反映了海表温度和低层水汽分布的季节变化。地面辐合对一个新对流异常的产生起了重要作用,海气相互作用同样也对ISO的产生起了促进作用。
关键词:热带印度洋大气季节内振荡活动特征季节变化
引言
热带地区大气季节内振荡(ISO),尤其是热带印度洋地区30-60天周期的季节内振荡已被众多学者广泛研究。在北半球夏季,赤道印度洋和热带西北太平洋的ISO活动及其异常分别与印度夏季风和南海夏季风有着密切联系,进而对南亚和东亚地区的天气和气候异常都有重大影响[1-8]。
热带大气季节内振荡(ISO)活动有明显的季节特征。早在70年代初,Madden和Julian[9-10]就观测到热带大气存在45-50天周期的振荡(MJO),并指出这种振荡具有纬向波数1的扰动及向东传播的特征。然而,以向东传播为主的MJO最初是在北半球冬季观测到的。在北半球夏季,以向东传播为主的MJO明显减弱[11],且在印度洋北部,大气季节内振荡向北传播[1,2],而在西北太平洋主要向西向北传播[4,6]。在北半球夏季,ISO活动除了在不同地区传播的方向不同外,在时间尺度上也有不同的振荡周期。热带印度洋ISO的振荡周期大约为35天[12],而在西北太平洋存在准双周和20-30天周期[13]的ISO活动。
北半球夏季,赤道印度洋是大气季节内振荡对流最易于产生的地区之一[11]。Wang等[14]指出了引起印度夏季风活跃/中断的ISO对流活动异常的发生源地。在北半球夏季,ISO有明显的季节变化[15],在初夏印度洋季风区ISO主要向北传播;而在夏末热带西北太平洋的ISO以向西北方向传播为主,此时印度洋的ISO减弱。本文主要研究的是在北半球夏季热带印度洋地区ISO活动的季节变化特征。和以往研究不同的是,本文利用最新的TRMM(热带降雨观测卫星)和其它卫星观测资料来探讨海洋上大气季节内振荡的季节活动特征,高分辨率的卫星资料用来揭示大气季节内振荡的细微时空结构,分析研究ISO演变的动力和热力过程。
资料和方法
资料
近年来不断丰富和改进的高分辨率卫星资料被广泛应用于热带海洋地区天气气候的研究中
[14]。文中对1998~2003年北半球夏季的大气季节内振荡(ISOs)进行合成分析,使用了由TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星/TMI(TRMM Microwave Imager)提供的降水、海表温度等要素的观测资料,TRMM卫星观测的范围是40°S - 40°N纬度之间的全球海洋区域,° x °经纬度。风场和辐合/辐散资料来自于纬向观测范围更广一些(75°S-75°N)的美国NASA/Jet Propulsion Laboratory的QuikSCAT辐射计的观测,° x °经纬度。其中TMI的降水(rain-rate)、海表温度(sst)是3天平均的逐日资料,QuikSCAT的风场资料是一天两次求平均的逐日资料。由于TMI和QuikSCAT的观测资料只能覆盖海洋地区,文中还使用了TRMM / 3B42的降水资料来弥补陆地上数据的欠缺。3B42的降水资料混合了微波和红外的观测数据。另外,欧洲中长期天气预报中心(ECMWF)的ERA-40再分析资料的各标准等压面层的比湿、温度和垂直速度等用来揭示ISO位相演变的垂直结构分布。
分析方法
为了分离大气季节内振荡(ISO)的强信号,本文采用带通滤波的方法对TMI的降水、海表温度(sst),3B42降水和QuikSCAT的海表面风场以及辐合/辐散场、ERA-40再分析资料进行20-50天的滤波,通过分析这些要素的异常来研究北半球夏季热带印度洋地区ISO的发生、发展及其周期演变等季节活动特征。由于带通滤波后的ISO周期变化不规则,本文采用合成位相方法分析ISO的平均特征。
在降水的季节内变化最明显的热带印度洋(图1),我们选取赤道东印度洋地区(5°S-5°N,75-100°E)的TMI平均降水的时间序列作为参考来分析研究ISO的平均特征(图1中方框是研究所选的区域)。
图2a是赤道东印