ENSO和MJO对北太平洋西部热带气旋的影响外文翻译资料

 2022-11-15 16:40:48

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ENSO和MJO对北太平洋西部热带气旋的影响

Adam H. Sobel 纽约，NY，哥伦比亚大学

Eric D. Maloney 西雅图，华盛顿，华盛顿大学

摘要：以前的研究表明，对流层下层的罗斯贝波积累可能是北太平洋西部夏季天气尺度扰动发展的重要机制。本文通过计算大气季节内振荡（MJO）和厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）不同相位的850hPa正压波动活跃通量散度，研究波动累积的季节内和年际间的变化。间接地，在不排除其他影响的情况下，这些结果表明了先前确定的关于热带气旋生成统计和这两种模式的变化（MJO和ENSO）之间的关系背后的物理机制。

介绍

观测研究已经证实了西北太平洋（WP）热带气旋的统计资料与较长时间尺度的气候波动之间的关系，例如大气季节内振荡（Madden Julian振荡）（MJO）[Liebmann et al.,1994]和厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）[Lander, 1994；和其中的参考文献]。

热带气旋生成的一个必要因素是提前存在的低层天气尺度涡度的增强[Zehr, 1992]，例如在WP中与“热带低压型”（TD型）扰动有关[Reed and Recker, 1971; Nitta and Takayabu, 1985; Lau and Lau, 1990, 1992; Takayabu and Nitta, 1993; Dunkerton, 1993; Dunkerton and Baldwin, 1995; Chang et al., 1996; Sobel and Bretherton, 1999]（回顾早期的工作，见Wallace [1971]）。最近的研究表明，由TD型扰动在WP中的放大导致的对流层下部罗斯贝波的积累，是由那里强烈的大尺度辐合造成的[Holland, 1995; Sobel and Bretherton, 1999]。这种大规模辐合的位置和强度是由MJO和ENSO调制的，因此人们可以预期对流层下层的Rossby波积累也会受到类似的调制。热带气旋在西太平洋的发生发展也可能通过适当的天气尺度初期扰动数量的相关变化而得到类似的调节。

Sobel and Bretherton [1999]利用Plumb [1986]定义的活动通量，计算了假设在850hPa时间平均流量中，层状正压扰动的传播，从而量化了波的累积速率。本文对代表MJO和ENSO不同阶段的数据子集进行了类似的分析。关于MJO与北太平洋东部热带气旋之间的关系，最近也有人提出与我们类似的论点（尽管语言不同）[Maloney and Hartmann, 2000; Hartmann and Maloney, 2000]。

数据与方法

本文使用国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）1979-95年期间的850hPa再分析风场[Kalnay et al., 1996]。使用每年5月15日到11月15日每天两次的观测数据。回归分析表明，当用850hPa的单层分析诊断时，TD型扰动近似按线性正压涡度动力学传播[Sobel and Bretherton, 1999]。敏感性试验（未展示）表明，在对流层其他更低的层次模拟计算也得到了类似的结果。

正压普拉姆波活动通量的定义为

其中上划线代表时间平均， “ rsquo; ”表示时间平均值的偏差，phi;是纬度，p是压力，zeta;是相对涡度，zeta;a是绝对涡度。在线性、WKB动力学下，M满足守恒关系。

假设的等值线大致呈纬向分布，

而u＝（u,v）是水平速度。SM是一个源项或汇项，它可以包括斜压效应和其他被忽视的过程以及强迫本身。在“接近平面波的极限”中，满足群速度特性。

cg是群速度。在这个极限中扩展（2）中的通量散度项，

RHS上的第一个项相当于一个平流项，它不会因群速度定义的轨迹而改变波包振幅。第二式改变振幅（为了论证而忽略S），定义局部增长时间尺度为。当然，若S=0，振幅用M测量，则在波包上没有完整的振幅变化。然而，与平流非模态正压转换有关的涡流动能可能会有净增加。

厄尔尼诺

拉尼娜

不同

图1. 850 hPa群速度的多年辐合辐散，其中SOI小于（顶图）或大于（中间图）-0.2，顶图减去中间（底图），单位为10-6s-1。

在本研究中，上划线（包括上撇号）不是通过整个数据记录的平均值来计算的，而是通过ENSO或MJO不同阶段的平均值来计算的。ENSO的不同阶段由南方振荡指数（SOI）定义[Chelliah, 1990]，该指数为6-10月份的平均值。使用临界值-0.2，分别在6-10月平均SOI低于或高于该值的年份单独进行计算；之所以选择-0.2，因为它将数据精确地分为一半。MJO的位相由Maloney and Hartmann [1998]编录的索引定义。该索引仅在MJO事件期间定义，总共占数据记录的54%。只有下面部分数据用于MJO计算。

扰动被及时过滤以分离天气频率；该滤波器在2～6天内有完整的功率，在1.5～11天内降到半功率。滤波本身可能不能消除热带气旋的所有影响，从而导致一些潜在的偏差，虽然这个值应该很小，因为在 “风暴路径”扰动的东部，大部分扰动尚未经历气旋生成 [Sobel and Bretherton, 1999]。

结果

ENSO

图一的前两个图（a和b）显示了多年群速度散度的计算，其中季节平均SOI分别为正和负。在这两种情况下，纵向的散度舌实质上是定向收敛的，表面局部振幅的增长通过波的积累，在5-10N附近存在。线性正压涡度动力学假设只沿这个舌，有一个相当好的近似值，特别是菲律宾东部。幸运的是，这也是发生扰动放大的区域 [Sobel and Bretherton, 1999]。底部的图（C）显示出了两者之间的差异，图1a减去图1b。该图表明，在厄尔尼诺年间（SOIlt;0.2），舌部平均的波动活动通量辐合幅度略大于拉尼娜年。然而，主要的区别是，在厄尔尼诺年期间，较高的值稍微向东延伸，在(c)中，最大值中心在5N,160E就证明了这一点。虽然一些研究表明了西太平洋热带气旋频率与ENSO之间的关系，但大多数（包括据我们所知、最近的）并没有。然而，在厄尔尼诺年，研究发现热带气旋发生的典型位置向东移[Lander, 1994]。图1所示的厄尔尼诺年大部分的群速度收敛的东延与上述结果一致。

MJO

图2的前两个图显示了MJO两个阶段的平均群速度散度。第一张图是阶段5-8（活跃阶段）的平均值，第二张图是阶段1-4（抑制阶段），它们是由Maloney and Hartmann [1998] 定义的MJO复合事件（见他们研究的图15）。虽然这些作者使用850hPa的纬向风异常来定义异常相，但我们根据西太平洋感兴趣区域的20-80天降水异常的征兆来定义活跃相和非活跃相（参见Maloney and Hartmann [1998]的图15）。差异图（底图）表明，活跃阶段比不活跃阶段辐合更强，在感兴趣的区域内，收敛量平均为1times;10-6s-1。这个值占总数的很大一部分(大约30-50%)。大辐合舌在活动阶段向北微移。

5-8阶段（活跃阶段）

1-4阶段（抑制阶段）

不同

图2. 850hPa上MJO群速度散度合成的活跃（顶图）和抑制（中间图）阶段，以及顶图减去中间的差（底图），单位同上。

相关研究已发现西太平洋热带气旋的生成在MJO活跃期比抑制期更为频繁，这是因为大量初期低压的存在，而不是因为风暴形成发展的百分比增加 [Liebmann et al., 1994]。在MJO活跃期位相中，较大的波动累积速率可以解释这一结果。给定一个西太平洋上固定的波动活动通量，较大的波动活跃通量辐合将导致较大的平均局部增长率，因此，大量的TD型扰动达到足够的振幅时，将被标记为“低压”。

讨论

波动累积理论假定了传播到该区域的罗斯贝波是存在的。与典型的TD型扰动相比，假设这些罗斯贝波具有更大的空间尺度和更小振幅，这种假设有利于气旋生成。需要注意的是，将TD型扰动的特征作为正压罗斯贝波，这种描述在动力学上是不完备的。TD型扰动与强对流有关，因而与辐合/辐散环流也有关，但对其传播特性影响很小。此外，这种理论还忽略了这些波源可能存在的季节内或年际变化。虽然从传出的长波辐射数据中已经诊断出行星尺度的赤道罗斯贝波，但这些波源还没有得到最终的确定 [Wheeler and Kiladis, 1999; Wheeler et al., 1999]。成熟的热带气旋本身也可能是一个重要的来源，因为它们会辐射罗斯贝波[Davidson and Hendon, 1989; Holland, 1995; Ferreira and Schubert, 1997; Sobel and Bretherton, 1999]。

热带气旋与具有更大的空间和时间尺度的可变性模式之间的关系已经用其他术语加以描述，例如用季风槽的位置或强度来描述[Zehr, 1992; Harr and Elsberry, 1995a, b]。这种描述往往是基于统计分析，而不是动态的分析，因此不一定与这里提出的理论不一致。然而，由于低层流动辐合在很大程度上决定了群速度的辐合，这与季风槽区对流增强有关，这种增强的对流也可能通过其他与天气尺度涡旋波动没有直接联系的动力机制，来增加气旋发生发展的可能性。

结论

1979-1995年和850 hPa的NCEP/NCAR再分析资料曾被用于计算波动活动通量散度，类似于Sobel and Bretherton [1999]的理论，但计算是在代表MJO和ENSO不同阶段的数据子集上进行的。主要结论如下：

  • 与北半球夏季TD型扰动风暴路径相关的大型波动活跃辐合舌在El-Nintilde;o年比在La-Nintilde;a年向东延伸，在MJO活跃期比在抑制期更强；
  • 在不排除其他因素的情况下，这些结果为先前观测到的热带气旋统计结果提供了一种可能的物理解释，即平均生成位置在El-Nintilde;o年向东移动，并且热带气旋在MJO活跃阶段比抑制阶段活动更频繁。如果波动的积累是西太平洋中TD型扰动发展的一个重要机制，并且热带气旋发生的频率在很大程度上受到具有足够大振幅的此类扰动的有效性的限制，那么如观测到的那样，群速度的计算将得出预期中热带气旋统计的季节内和年际变化。

致谢 南部振荡指数数据来自大气和海洋联合研究所的网页。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）在气候和全球变化方面的博士后奖学金（AHS），由美国大学大气研究公司（University Corporation for Atmospheric Research）资助。EDM由国家自然科学基金气候动力学项目授予ATM-9873691的资助。

参考文献

Chang, C. P., J. M. Chen, P. A. Harr, and L. E. Carr, Northwestward-propagating wave patterns over the tropical western north Pacific during summer, Mon. Wea. Rev., 124, 2245-2266, 1996.

Chelliah, M., The global climate for June-August 1989: a season of near normal conditions in the tropical pacific, J. Climate, 3, 138-162, 1990.

Davidson, N. E., and H. H. Hendon, Downstream development in the southern hemisphere monsoon during FGGE/WMONEX, Mon. Wea. Rev., 117, 1458-1470, 1989.

Dun

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