热带太平洋大气经圈和纬圈环流的年际及年代际变化

摘要

本文采用1951年1月-2010年12月共60年的NCEP/NCAR月平均再分析数据,计算不同经度、纬度的经向和纬向质量流函数,表征大气垂直环流。从季节、年际及年代际尺度,分析和讨论了热带太平洋局域Hadley环流和Walker环流以及全纬圈Hadley环流的主要特征。根据Hadley环流年际变化主要模态的空间分布,选取西太平洋区域(WP区:100°E~140°E)和中太平洋区域(CP区:170°E~150°W)的局域Hadley环流进行分析,并对太平洋上Walker环流的变化特征进行研究,发现太平洋局域Hadley环流和Walker环流之间有非常紧密的联系。全文主要结论如下:
　　1.全纬圈Hadley环流的主要特征
　　Hadley环流有显著的季节演变特征:冬、夏季节为跨赤道的单圈环流,春、秋季节为赤道准对称的双圈环流;Hadley环流年际变化主要发生于太平洋上空,与ENSO现象密切相关;较强的赤道准对称双圈异常Hadley环流多数会出现在El Nino(La Nina)盛期;强El Nino盛期前单圈夏季Hadley环流加强,而盛期后单圈夏季Hadley环流减弱,造成Hadley环流强的准两年振荡;60年来跨赤道单圈类冬季型环流线性增强;年代际变化主要表现为由1970年代中期至2000年的跨赤道单圈类冬季型异常环流,转变为近10年来类夏季型异常环流。非洲和南美大陆对长期线性趋势和年代际异常都有重要作用。
　　2.太平洋局域Hadley环流和Walker环流的主要特征
　　(1)季节变化:WP区域 Hadley环流主要受暖池加热的作用,热带地区上升区域强且宽;冬、夏季节为跨赤道的单圈环流,尤其夏季南支 Hadley环流可达20°N附近,表现为很强的夏季风特性,春、秋季节为赤道准对称的双圈环流;CP区域受西太平洋暖池和东太平洋冷舌的共同作用,Hadley环流分布与WP区相差较大,特别是环流跨赤道影响的范围很小,上升区分别在赤道南北两侧;Walker环流中心位置随季节有约10个经度的东西移动,秋冬季节偏东,夏季最西,中心强度在夏季最强,春季最弱。
　　(2)年际变化:WP和CP区Hadley环流以及Walker环流的年际变化都与ENSO关系密切,El Nino盛期对应着关于赤道对称的双圈异常环流,CP区为正向Hadley环流加强,即赤道区异常上升,WP区为负向Hadley环流异常,即赤道区异常下沉,而Walker环流减弱;La Nina盛期则相反;强El Nino盛期前春夏季WP和CP区都是跨赤道的单圈逆时针异常环流,Walker环流为赤道中太平洋异常上升,而强El Nino盛期后春夏季两区都是跨赤道的单圈顺时针异常环流, Walker环流为赤道中太平洋异常下沉,反映了强El Nino期间大气垂直环流的准两年振荡特性;但一般性El Nino和La Nina期间准两年振荡信号较弱。
　　(3)年代际以上变化:60年来WP区Hadley环流的北支有明显增强的趋势,南支环流有减弱的趋势;赤道中太平洋上空的异常下沉气流趋势使得 CP区Hadley环流和Walker环流都有明显的减弱趋势;2000年后的Walker环流和WP区Hadley环流都强于1980-1999年的平均环流,而CP区Hadley环流北支环流变强、南支环流变弱。
　　3.垂直环流与降水主要特征
　　垂直速度w可以分解为经向环流的垂直速度wm和纬向环流的垂直速度wz,在气候态、年际和年代际变化上,垂直速度与降水分布有很好的匹配关系;wm及其异常分布区域呈东西向带状,wz及其异常的区域呈南北向分布,可能与海陆分布相关;热带西(东)太平洋wm中心位置随季节的南北移动显著(不显著);年际变化主要模态是ENSO信号;热带地区wm异常和wz异常符号比较一致,但wm异常强度明显大于wz异常;中纬度地区两者量级差别不大,但符号有时相反,反映了异常经向环流和纬向环流相互减弱的特性;通过对中国南方和北方区域平均降水年际异常与wz、wm的相关分析得知,经向环流和纬向环流的变化对热带外降水异常作用的都比较重要。

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1. 前 言

1.1 研究Hadley环流和Walker环流的意义

1.2 经向环流的研究进展

1.3 Walker环流的研究进展

1.4 垂直环流的表征方式

1.5 本文拟研究的内容及章节安排

2. 资料方法介绍

2.1 资料来源及介绍

2.2 垂直环流的表征方法

2.3 统计方法介绍

3. 全纬圈Hadley环流的变化特征及与海温的关系

3.1 Hadley环流的气候态分布及季节演变

3.2 Hadley环流的年际变化特征及其与海温的关系

3.3 Hadley环流的年代际变化

3.4 全纬圈平均的西风角动量季节及ENSO期间的变化

3.5 本章小结

4. 太平洋局域Hadley环流以及纬向环流的变化

4.1 经向环流区域的选取

4.2 局域Hadley环流和热带地区纬向环流的季节变化

4.3 局域Hadley环流和Walker环流的年际变化

4.4 局域Hadley环流和Walker环流的年代际变化

4.5 局域平均的西风角动量季节及ENSO期间的变化

4.6 本章小结

5. 垂直环流与降水

5.1 垂直运动经向和纬向环流分量的季节特征

5.2 垂直环流与降水

5.3 本章小结

6. 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 论文创新之处

6.3 讨论与展望

参考文献

致谢

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