【摘 要】
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Madden-Julian Oscillation(MJO)是热带大气季节内尺度上最活跃的模态,对全球天气和气候有着十分重要的影响。MJO活动具有明显的海气耦合和年际变化特征,与热带太平洋和印度洋的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)存在显著的联系。然而,由于热带SST与MJO活动之间的关系表现出复杂性特征,目前两者之间的联系和机理并不十分清楚,这阻碍了对MJO年际变
【基金项目】
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国家杰出青年科学基金(42125501); 国家自然科学基金资助项目(42088101); 国家重点研发计划(2018YFC1506002)
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Madden-Julian Oscillation(MJO)是热带大气季节内尺度上最活跃的模态,对全球天气和气候有着十分重要的影响。MJO活动具有明显的海气耦合和年际变化特征,与热带太平洋和印度洋的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)存在显著的联系。然而,由于热带SST与MJO活动之间的关系表现出复杂性特征,目前两者之间的联系和机理并不十分清楚,这阻碍了对MJO年际变率及其相关气候影响的准确理解和认识。本文基于多种观测和再分析资料并结合统计动力诊断分析方法,探究了MJO异常活动与热带太平洋和印度洋主要海温变率的联系、机制及其对夏季长江流域降水的影响。主要结论如下:(1)三次超强El Ni(?)o事件成熟期对西太平洋地区MJO活跃度的影响不一致。1982/83、1997/98和2015/16是有观测数据以来最强的三次El Ni(?)o事件,依据经典的Ni(?)o3.4海温指数,尽管这三次事件的发展演变和峰值强度都十分类似,但1982/83和1997/98年El Ni(?)o事件冬季西太平洋地区MJO的对流受到严重的抑制,而2015/16年MJO的对流及活跃性则异常偏强。进一步地分析发现,虽然三次超强El Ni(?)o事件的中心强度类似,但2015/16年El Ni(?)o冬季暖海温中心的纬向位置较另外两次事件发生了明显的西移,其偏西的暖海温中心导致了该年西太平洋地区没有显著的SST负异常,西太平洋背景态水汽能够继续为MJO对流稳定发展提供有利的大尺度背景场。相较而言,1982/83和1997/98年El Ni(?)o事件期间西太平洋SST则有显著的负异常,西太平洋水汽显著减少,MJO的活动因而受到严重抑制。由此可见,El Ni(?)o海温异常东西纬向位置差异对MJO具有重要的影响。(2)ENSO组合模态在ENSO影响MJO活动中扮演着重要的作用。ENSO与MJO之间的关系存在较大不确定性,传统的SST指数难以准确刻画海温与MJO活跃度之间的复杂关系。ENSO组合模态是ENSO与热带SST年循环相互作用的结果,其对ENSO的时空复杂性及ENSO对西太平洋地区气候影响均具有较好的刻画能力,使用ENSO组合模态能够有效地抓住ENSO对西太平洋地区MJO活动的影响。统计结果表明,ENSO组合模态与MJO活动在西太平洋地区具有显著的负相关关系,其在西北太平洋表现的局地反气旋环流有效地抑制了低层水汽,进而抑制了MJO的发展。此外,随着MJO活动位置自冬季到春季的季节性北移,ENSO组合模态与MJO活跃性之间的关系也渐进增强并在春季达到峰值。由此可见,考虑ENSO组合模态及其强弱特征,我们能够更准确地抓住ENSO对西太平洋MJO活动的调制作用。(3)夏季印度洋海温一致增暖模态能够使得MJO在印度洋地区的停滞时间增加。热带印度洋能够通过电容器效应储存前期El Ni(?)o海温使得印度洋SST在春夏季增强,其增暖一致模态的年际变率对局地MJO的停滞时间存在显著影响。一方面,异常增暖的热带印度洋SST有利于增加赤道上低层水汽含量增加、大气气温升高,有利于MJO对流停留在赤道;另一方面,印度洋暖海温东侧激发的低层东风作用也不利于MJO向东北方向的传播。两者的共同作用均有利于MJO活动在印度洋区域传播的减缓或停滞,增加印度洋MJO的停滞时间。这种动力机制同样适用于印度洋MJO活动的长期趋势变化,全球增暖背景下印度洋迅速增暖的SST和加强的低层东风,使得MJO在印度洋的停滞时间有明显的增长趋势。(4)MJO在印度洋地区的停滞日数能够影响长江中下游地区的降水日数,且两者之间关系在2000年前后发生了年代际增强。当MJO在印度洋地区活跃时,其激发的西北太平洋反气旋环流异常有利于向长江流域地区输送低层水汽,使得长江中下游地区降水增多。当MJO在印度洋地区停滞日数增多时,长江中下游地区夏季降水日数显著增加,且主要表现为大雨以上量级降水日数的增多。进一步研究发现,两者之间的年际关系存在明显的年代际变化,主要表现为2000年之前二者关系不显著,而在2000年之后变得显著。这种MJO停滞与降雨日数联系的年代际变化可能与热带海洋SST变率的年代际减弱有关。
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