第九讲中高纬度海气相互作用.ppt

第九讲 中高纬度海气相互作用 中国科学院大气物理研究所LASG Dec 15 2006 中高纬度与热带海气相互作用的不同 Permanent 温跃层 中高纬度与热带海气相互作用的不同 中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈 中纬度海气相互作用典型特征 中高纬度海温异常对大气的弱反馈作用 北大西洋涛动（NAO） Winter in Bergen (62°N):Contributions of NAO and Gulfstream 这在热带海洋上可能是一个合理的近似，但对热带外海洋、尤其是在冬季来说，则未必正确。 冬季热带外海洋的SST和大尺度大气环流存在很强的相互关联。它来自两个方面： 一是热带海洋热状况的变化所引起的热带和热带外大气的相互作用，二是热带外大气环流变化对海洋的影响。 研究表明，热带外地区大气环流异常与海温异常之间的超前相关，大于它们之间的滞后相关（Wallace and Jiang, 1987），这就为大气对热带外海洋的强迫作用可能占主导地位，提供了观测上的证据。 基于海气耦合模式的研究也表明，热带外中纬度地区的海气相互作用，主要表现为大气对海洋的强迫，特别是在冬季（张学洪等，1998；Zhou et al. 2002）。 Cayan D R (1992)利用COADS资料的分析表明： 海表湍流热通量与SST异常有关联。这种关联在不同纬度和不同季节表现出不同的特征。 热带海洋和部分暖季的热带外海洋，由海洋向大气释放的潜热和感热通量异常，与SST本身的异常出现显著正相关，意味着潜热和感热异常主要由海洋的热状况异常决定。 在冬季的热带外海洋，向上的感热和潜热通量异常和SST的时间倾向异（而不是SST本身）的异常，存在显著负相关，最强的负相关出现在两大洋的20-40N之间副热带大涡所在区域，表明它们对于SST的变化具有决定作用。 Cayan D R (1992): 在冬季的热带外大洋上，由于辐射热通量处于最弱阶段，占支配地位的是湍流热通量。 30N以北：潜热和感热同等重要； 15-30N：潜热是主要的； 10N以南的热带海洋：短波辐射和潜热同等重要。 其中Ta和qa分别是大气的温度和比湿，Ts是海面温度（SST），qs(Ts)是饱和比湿，cp和LE分别是大气的定压比热和凝结潜热。CT ~1.0×10-3称为Stantan数， CE~1.2×10-3称为Dalton数。 基本概念：感热、潜热通量 右端各项顺序为：净的海表热通量、水平平流、垂直平流、垂直混合、水平混合和对流。 其中净海表热通量由向下的净短波辐射（S）、净长波辐射（L）、潜热和感热通量组成： 对热带外海洋而言，水平混合和垂直对流所产生的加热作用可忽略不计，因此，只考虑感热、潜热、水平平流、短波辐射、垂直平流和长波辐射6个因子的作用 表层海温的控制方程 基本原理： 由方程可知，净海表热通量异常直接与表层海温的倾向变化相联系； 向下的热通量异常与SST倾向异常的显著正相关，实质反映的是大气对海洋的强迫（向下的热通量增多，SST呈增暖趋势）。 由感热和潜热的总体公式可知，如果SST异常自身和向上的感热、潜热异常呈显著正相关（或者说SST异常与向下的感热、潜热异常呈显著负相关），则实质反映的是海洋对大气的强迫。 判断局地海气相互作用是海洋强迫大气还是大气强迫海洋的方法 张学洪等，1998，冬季北太平洋海表热通量异常和海气相互作用： 基于一个全球海气耦合模式长期积分的诊断分析，大气科学，22，511－521. 冬季北太平洋海表热通量异常和海气相互作用 热带外海洋的相关性高于热带：表明热带外海洋上潜热和感热异常对SST异常起决定作用 赤道海洋湍流热通量与SST异常呈显著负相关：赤道上主要是SST异常决定湍流热通量异常 感热、潜热、水平平流、短波辐射、垂直平流和长波辐射6个因子的作用？ 海气之间的热交换：感热、潜热、短波和长波辐射 海洋动力学过程产生的加热或冷却作用：水平和垂直平流 对每一因子的异常，定义其对SST倾向异常的归一化协方差： 影响SST异常的各种因子的相对重要性 大尺度大气环流的型式 以日本以东30-45N之间的正相关区为例，当EOF1表征的海平面气压场为负异常时，该区域将出现偏北或偏西北的地转风异常，它将冬季亚洲大陆上的冷干空气带到海洋上，加大了海气之间的温度和湿度差，使得海洋向大气输送的感热和潜热通量增加。 在这种情况下，该区域的风速具有正距平（因为冬季盛行西风或西北风），有利于加强向上的湍流热输送。 湍流热通量异常与近海平面气温本身的异常，在大部分热带外大洋呈显著正相关； 湍流热通量异常同近海面气温倾向之间，没有明显相关性。 冬季北太平洋的海气相互作用，主要地表现为大气对海洋的强迫作用。 根据上述