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用新的时间标准化方法来验证MJO“水汽模态”理论的合理性

作者:王璐  发布时间:2021/08/23 21:10:39  浏览量:

MJO(Madden-Julian Oscillation)是热带大气季节内尺度上的主导模态,它表现为大尺度的对流-环流耦合系统沿赤道缓慢东移。影响MJO东移的关键物理过程是什么,一直是科学界争论的焦点。近年来有学者提出MJO是个水汽主导模态(moisture mode)。

王璐教授和李天明教授合作研究,指出关于MJO东传的“Moisture mode”理论目前存在两种不同观点(见图1):第一种观点认为MJO的移动是由于垂直积分的湿静力能异常倾向的东西不对称性引起的,当异常倾向相对于MJO对流中心表现为东正西负的时候,有利于MJO对流东移。而第二种观点认为MJO的东移是由于边界层水汽向东超前于对流中心引起的,对流中心东侧的边界层水汽累积产生对流不稳定,激发新的对流,而原来的对流逐渐消失。第一种观点本质上是利用一维平流方程的观点来理解MJO对流移动,意味着MJO对流中心向东平滑移动;而第二种观点的本质是对流中心东侧有新对流发展起来,而原中心位置的对流不断衰亡,这意味着MJO对流中心的东移是非连续的、是跳跃的。观测中MJO的移动更符合哪一种观点的解释?

研究提出了一种时间标准化方法来衡量MJO对流中心的移动,并与传统的超前-滞后回归方法的结果进行了对比。结果表明两种方法得到MJO对流移动的速度是一致的(约5m/s),而新方法揭示出MJO对流中心东移是非连续的、跳跃的。印度洋上的MJO对流东移和西太平洋上MJO对流东移特征都是一致的(见图2)。因此,第二种观点的物理机制在观测中更为常见。

该研究揭示了MJO传播的复杂性,有利于进一步理解影响MJO东移的关键物理过程。论文现已在《Journal of Climate》上正式刊出。

图1关于MJO东传的“Moisture mode”理论目前存在的两种不同观点示意图。(a)用垂直积分的湿静力能异常倾向的东西不对称性来解释MJO东移;(b)用边界层水汽超前于对流中心、激发新的对流来解释MJO东移。

图2(a)用传统的超前-滞后回归方法来衡量MJO对流中心的移动;(b)用时间标准化方法来衡量MJO对流中心的移动。降水(填色);垂直积分的MSE(等值线)

论文信息:

Wang L, Li T, 2020: Reexamining the MJO Moisture Mode Theories with Normalized Phase Evolutions. Journal of Climate, 33, 8523-8536. DOI: 10.1175/JCLI-D-20-0202.1

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