全球大气能量的时空特征及变化趋势分析

摘要

大气能量学是大气科学重要的组成部分,了解大气能量的时空分布和变化特征,能够为大气科学研究,尤其是气候变化研究提供新的思路和手段。本文基于1948~2016年NCEP逐月再分析资料,从大气的总能量及其内能、位能、潜热和动能的分布、变化趋势和主模态变化等方面阐释了全球大气能量变化的整体特征。主要结论如下:(1)除高海拔地区外,总能量呈现从赤道向两极逐渐递减的分布,且全球大部分地区呈增加趋势,内能和位能的分布和变化与总能量较为接近;潜热能的极大值区和显著变化区均位于赤道及低纬地区;动能的极大值区分布在中纬度长波槽和西风急流出口区,其在南半球双西风急流区的变化最为显著。(2)总能量呈现出不连续的阶段性跳跃式增长特征;北半球的总能量多于南半球,而增速却慢于南半球,即两半球间的能量呈趋同趋势;海洋上空的总能量多于陆地,且海陆间差额有增大趋势;火山爆发事件可能对大气能量在年际尺度上的减少有重要作用。(3)大气各能量第一模态的空间特征与其各自变化趋势分布非常相似,并先后在1975年左右发生了年代际突变。就第二模态而言,大气的总能量、内能和位能从整体上反映出南北极与其它地区呈反向变化的特征;部分低纬度地区的潜热能与其它地区呈反向变化;动能主要呈现从热带太平洋向南北两极的经向波列分布;它们的时间系数均有一定的多年代际变化特征,可能与气候系统的内部变率有关。