【摘要】：本文首先應用海洋渦旋判別資料、高分辨率衛(wèi)星觀測資料、CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析資料和 WRF(Weather Research and Forecasting)數(shù)值模式研究了黑潮延伸區(qū)海洋渦旋對大氣的影響及其機制,并進一步揭示了大氣對海洋渦旋響應的季節(jié)差異特征。接著采用高分辨率衛(wèi)星觀測資料和再分析資料等研究了春季黑潮延伸區(qū)海洋鋒經向位置變化和強度變化特征及其對大氣的影響。在此基礎上,評估了第五次耦合模式比較計劃(CMIP5)中不同海洋分辨率模式對黑潮-親潮延伸區(qū)海洋鋒的模擬情況,并研究了與海洋鋒相聯(lián)系的海表溫度模擬誤差和東亞副熱帶西風急流(EASJ)模擬誤差之間的聯(lián)系,強調了準確描述海洋鋒的重要性。主要結論如下:(1)與冷渦相聯(lián)系的海表溫度負異常能夠減小海表風速,減弱潛熱、感熱通量,引起云中液態(tài)水含量、水汽含量和降水率減小,暖渦反之。海表風散度異常與下風方海表溫度梯度呈線性相關,表明動量垂直混合機制在海洋渦旋影響大氣的過程中起著重要作用。渦旋引起的垂直速度異常能夠穿越邊界層,同時海表溫度異常與對流降水異常之間也具有顯著的正相關關系,這表明海洋渦旋能夠影響自由大氣。通過對冬季兩個典型中尺度渦旋的個例分析還發(fā)現(xiàn),中尺度海洋渦旋能夠影響大氣瞬變擾動強度,該影響可達自由大氣中低層。大氣瞬變擾動強度在暖(冷)渦下游上空出現(xiàn)極大(小)值,平流作用和斜壓能量轉換貢獻顯著。(2)觀測、再分析資料分析和WRF模擬結果均表明大氣對黑潮延伸區(qū)中尺度海洋渦旋響應存在顯著的季節(jié)差異。海表風速、海氣熱通量、云中液態(tài)水含量和降水率在冷季的響應強于暖季,其中冬季最強,夏季最弱。邊界層高度響應則是暖季強于冷季,可能是由于暖季垂直混合弱,虛位溫垂直梯度的變化較強。此外,緯向擾動動量的垂直輸送、風速和垂直速度的響應均是冷季強于暖季,且響應的最大伸展高度在冷季明顯大于暖季。大氣響應的季節(jié)差異與背景大氣邊界層的穩(wěn)定度緊密聯(lián)系,大氣越不穩(wěn)定,風速、熱通量和垂直速度等對渦旋的響應越強。(3)春季黑潮延伸區(qū)海洋鋒的經向位移存在明顯的年際、年代際變化。春季黑潮延伸區(qū)海洋鋒與6月高空急流的南北位置和降水雨帶有較好的對應關系:當春季海洋鋒偏北(南),6月高空急流、風暴軸和雨帶亦偏北(南)。對應于春季海洋鋒偏北,6月副熱帶高壓偏北,其西北側的西南氣流控制朝鮮半島南部和日本本州島大部地區(qū),有利于降水量的增加。同時,春季黑潮延伸區(qū)海洋鋒強度有著顯著的年際變化。從20世紀90年代中后期開始,海洋鋒強度變化振幅顯著增大。在黑潮延伸區(qū)海洋鋒偏強年,同期黑潮延伸區(qū)北側海表溫度降低,南側海表溫度升高,東亞-西北太平洋上空出現(xiàn)異常反氣旋,使得我國中東部、朝鮮半島和日本島中部降水明顯增多,偏弱年反之。總體上,海洋鋒強度的變化主要通過影響氣溫分布來改變大氣斜壓性,從而對大氣環(huán)流產生作用。(4)CMIP5模式中低(高)分辨率海洋模式模擬的黑潮-親潮延伸區(qū)海洋鋒偏南(北),該區(qū)海表溫度相比集合平均偏低(高)3K(2K),該差異主要源于海洋熱輸送的差異。此外,海洋模式分辨率較低(高)的海氣耦合模式模擬的EASJ位置在四個季節(jié)均偏南(北),而EASJ的經向位置又與黑潮-親潮延伸區(qū)海表溫度緊密相關。因此,海氣耦合模式對黑潮-親潮延伸區(qū)海洋鋒更為準確的描述可以改善其對EASJ經向位置的模擬。
【圖文】：

表風速的正相關關系在全球普遍存在，但關于物理機制的爭論仍在繼續(xù)（Ｓｍａｌｌ邋ｅｔ邋ａｌ．，逡逑２００５；邋Ｓｚｏｅｋｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００４；邋Ｓｐａｌｌ，邋２００７）。逡逑Ｓｍａｌｌｅｔａｌ．邋（２００８）總結了大氣邊界層對海洋鋒的響應過程（圖１．２）。在強風條件逡逑下（圖１．２ａ），氣溫沒有足夠的時間與海表溫度達到平衡。此外，盡管海表浮力通量很逡逑強，但強平流作用仍然使得內部邊界層獲得緩慢發(fā)展。與此同時，表面穩(wěn)定度的快速變逡逑化增大海表粗糙度，動量收支方程中的混合項（Ｆｍｉｘ）增大，引起大動量下傳。在這種逡逑情景下，氣溫和氣壓變化較小，且由海表向高處衰減。在弱風條件下（圖１．２ｂ），氣溫逡逑有足夠的時間向海表溫度調整，氣團能夠通過浮力通量獲得快速上升（受水平平流影響逡逑�。瑑炔窟吔鐚友杆侔l(fā)展。在逆溫層下，強浮力通量致使氣溫異常均一。但由于逆溫逡逑８逡逑

逑度較大，渦旋中心分布在１７２°＿１７４．５°Ｅ、２８．５°—３１．５°Ｎ較為廣闊的范圍內。該渦旋的逡逑面積于１月２９日達到最大（形態(tài)見圖２．１ｂ），緯向跨度近２度，經向跨度為３度左右，逡逑屬典型中尺度海洋渦旋。另一個個例是在１５４°邋—邋１５６Ｔ、３０°—３５°Ｎ范圍內移動的冷渦，逡逑路徑見圖２．１ｃ。該冷渦持續(xù)時間為２００６年１１月３日至１２月３１日，１２月２９日該冷渦逡逑面積達最大（形態(tài)見圖２．１ｄ），緯向跨度近２度，經向跨度則大于３度，也屬于典型中逡逑尺度海洋渦旋。逡逑３２邋邐邋＇Ｓ：邐逡逑３１邋３１邋ｂ邋0逡逑２８邋邐邐邐邋２８邋邐逡逑１７２邐１７２．５邐１７３邐１７３．５邐！７４邐１７４．５邐１７５邐１７２邐１７２．Ｓ邐１７３邐１７３．５邐１７４邐１：４．ｆ）邐１７５逡逑３５．５邋邐邋３４邋邐——邐逡逑：：Ｃ＾Ｙ邐；；逡逑；：：：：邋Ｌ邋＾逡逑３０．５邐邐邋３０邋邐逡逑１５４．５邐１５５邐１５６邐１５Ｂ．５邐１５４邐１５４．５邐１５５邐１５５．５邐１５６邐１５６．ｆｉ逡逑圖２．１暖渦（ａ，邋ｂ）、冷渦（ｃ，邋ｄ）路徑（ａ，，邋ｃ）（圓點表示渦旋初始位置，三角形表示渦旋終點位逡逑置）和形狀（ｂ，邋ｄ）邋（１月２９日的暖渦形狀及１２月２９日的冷渦形狀）逡逑（２）動態(tài)合成方法逡逑為跟蹤移動中的中尺度海洋渦旋，考慮其結構、周圍環(huán)境的分布及變化，參照李英逡逑等（２００５）提出的跟隨熱帶氣旋的動態(tài)合成方法，類似得到跟隨海洋渦旋中心的動態(tài)合逡逑成分析方法
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P732.6

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本文編號：2693547