大气对北太平洋副热带中尺度海洋涡旋响应的复杂性

论文总字数：13598字

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

1 引言 1

2 资料及方法 2

2.1资料 2

2.2方法 3

3 不同尺度的暖涡与大气的耦合关系 4

3.1 海表风速异常 5

3.2 降水和总云量 6

3.3 大气物理量的垂直分布特征 8

4 不同尺度的冷涡与大气的耦合关系 10

4.1 海表风速异常 10

4.2 降水和总云量 10

4.3 大气物理量的垂直分布特征 12

5 结论 13

参考文献 15

致 谢 16

摘 要

本文利用高分辨率的卫星和再分析资料，采用滤波、合成分析相结合等方法，对2002-2009年北太平洋副热带地区不同尺度大小的海表风速与海表温度同位相的涡旋上空大气物理量进行了分析，所得结果如下：

（1）在北太平洋副热带地区，半径尺度更大的暖涡对大气的强迫更显著。其上空正降水量和云量正异常更强。从暖涡上空大气对应的垂直变量来看，暖涡上空负位势高度异常的差别不大，但低层大气的相对湿度正异常更强，上升运动（负的垂直速度）更强。

（2）不同半径的冷涡上空大气响应的差异不如暖涡上空显著。不同半径的冷涡上空云和降水异常差异较暖涡的差异弱一些，冷涡上空大气垂直方向上大气变量的差异也较暖涡上空的差异小一些。冷涡上空低层大气存在一些差异：半径更大的冷涡上空大气低层相对湿度负异常更强，下沉运动更显著，但不同半径大小的冷涡上空位势高度正异常的差异较小。

关键词：北太平洋副热带，不同尺度，中尺度海洋涡旋，海气关系

Abstract

In this paper, the high resolution satellite and reanalysis data are used to analyze the atmospheric physical quantity of the oceanic eddies with sea surface wind speed and the sea surface temperature in phase over the subtropical North Pacific in 2002-2009. The results are follows:

(1) In the subtropical North Pacific, warm eddies with larger radius force the atmosphere more significantly. There are more precipitation and cloudiness over the warmer eddies with larger radius. From the vertical variable above the warm eddies, the difference of the negative geopotential height above the warm eddies is not significant, but the relative humidity in the lower atmosphere is more significant, and the upward movement (negative vertical velocity) is stronger.

(2) The response of the cold eddies over different radius is not as significant as that of the warm eddies. The difference of cloud and precipitation anomalies over the cold eddies with different radius is weaker than that of the warm eddies. The difference of atmospheric variables in the vertical direction above the cold eddies is also smaller than that in the warm eddies. There are some differences in the lower atmosphere over the cold eddies: the relative humidity in the lower atmosphere over the larger eddies radius is smaller and the descending motion is more obvious. But the difference of the geopotential height negative anomalies over the cold eddies with different radius is smaller.

Key words: the subtropica North Pacific, different scales, mesoscale oceanic eddies, air sea relationship

1 引言

由于海洋的湍流性质，中尺度涡旋无所不在^[1-3]。这些短暂的和近似圆形的海表温度锋面对大气环境造成的影响还尚未得到充分的研究。像墨西哥湾流这样的稳定的静止锋会导致明显的大气变化^[4]。然而，中尺度的海洋涡流对大气的影响，除了对风以及在某些情况下对云量的影响，还没有系统地确定。

Frenger等^[5]利用卫星数据，研究了在南大洋中超过60万个体涡流的大气状况。结果显示，海洋涡流在局部影响着近地表的风、云的性质和降雨。所观测到的大气变化规律与海洋表面温度异常与海洋涡旋有关的机制与大气边界层的湍流变化相一致。在气旋涡旋的情况下，这一修改触发了近地表风的减弱，云的分数和含水量的下降，以及降雨的减少。我们得出的结论是，如此大规模的海洋结构可以显著地影响更大的大气低压系统，而这些低压系统在纬度的研究中很容易通过。

马静等^[6]对冬季黑潮延伸区暖、冷两个中尺度海洋涡旋的分析，结果表明海表温度(SST)与近海面风速的正相关关系在涡旋的动态合成图上清晰可见，暖(冷)涡上空对应10-m风速的极大(小)值，即海洋对大气的强迫作用在日时间尺度上表现显著。

虽然海洋和大气形成了紧密的相互作用的系统，但人们普遍认为这些相互作用主要发生在天气和全球尺度上。在这些尺度上，大气通过浮力变化和风的动量输入来驱动海洋，海洋通过热量和水分通量影响大气。

然而，目前还不清楚海洋和大气在中尺度上的相互作用有多强，尤其是在温带地区。已知的是，中尺度海洋表面温度(SST)异常与近地表风和反照率有关^[7,8]。在不同的墨西哥湾流环和大型前沿(如半永久阿古拉斯回流)中探测到风和云的同时变化。此外，还观测了墨西哥湾流和黑潮的降雨率变化^[9]。

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