论文部分内容阅读
赤道东太平洋存在着显著的向西传播的海表面温度年循环。该海域年循环的形成机制不仅包括海气耦合动力因素,还包括赤道上的半年周期的太阳强迫以及赤道外的年周期的太阳强迫。赤道东太平洋气候平均态的经向不对称性将这种赤道外的年周期的太阳强迫携带到赤道上。尽管针对年循环的基本动力特征已经有了大量的研究,但是目前最新的气候模式依旧不能正确地模拟这个年循环。为了更好地了解这个耦合年循环的动力机制以及各个模式中模拟的年循环出现很大差异的原因,首先构建了一个耦合动力诊断框架来对赤道东太平洋SST年循环进行系统性地分析。该框架将年循环的动力机制分为内部动力因子和外部强迫因子。然后将该框架应用于ECMWF和GODAS再分析数据中,对观测中的SST年循环进行诊断分析。最后,该框架被用于诊断CMIP5的各个耦合模式模拟的年循环。 基于所谓的快波近似假设,能够诊断性地衡量表层海水热收支方程中各个热收支项对内部动力因子和外部强迫因子的贡献。其中一个内部动力因子是年循环的衰减率,它可以用来衡量年循环过程的内部稳定性,其机理与用于衡量厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)稳定性的Bjerknes(BJ)不稳定指数相似。再分析数据的诊断结果表明,SST年循环的衰减率由三个主要的负反馈机制和两个正反馈机制构成。其中,负反馈机制包括海洋平均流引起的负反馈过程、热动力的负反馈过程以及埃克曼抽吸引起的负反馈过程。而正反馈机制包括了海洋水平对流引起的正反馈过程和温跃层的正反馈过程。另外一个内部动力因子是SST年循环的西传速度,它主要来源于热动力过程、海洋水平对流以及埃克曼抽吸过程。而外部强迫的力度则主要取决于年周期和半年周期的外强迫因子。此外,将SST年循环的衰减率和西传速度结合在一起形成了一个相对的动力放大因子,该因子和外部强迫一同控制SST年循环的强度。总之,该动力学诊断框架结合了赤道太平洋年循环的动力机制,以一种十分简洁的方式将其分为内部动力因子和外部强迫因子。它可以用于诊断各种气候条件下不同模式模拟出来的年循环过程的动力特征和差异性。 还利用这个耦合动力诊断框架来检测CMIP5耦合模式中赤道太平洋SST年循环的差异性。结果表明模拟的年循环振幅偏弱的关键原因是外部强迫因子偏弱。有些模式模拟了正确的振幅和位相,但常常是由于内部动力因子和外部强迫因子的误差相互补偿的结果。通过将内部动力因子和外部强迫因子分解成各个反馈过程对它们的贡献,进一步地揭示了模式之间、模式和观测之间的巨大差异性。