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Formation mechanisms of WNPAC:Review

2018-12-13
renql

2018年12月上旬,TimLi来sysu交流,在5日和6日分别作了两个关于ENSO的review报告。
12月6日报告题目:Formation Mechanisms of Western North Pacific Anomalous Anticyclone during El Nino: A Review

summary

ENSO通过WNPAC影响成熟期6个月后的东亚夏季风降水,在这个报告中TimLi回顾了六种WNPAC发展和维持的物理机制。

  • 印度夏季风与ENSO呈同时负相关,东亚夏季风在EINino盛期后6个月,梅雨降水显著增强。
  • 在ENSO发展年夏季,西北太平洋是气旋,有利于西北太平洋台风的生成;衰弱年夏季是反气旋,西北太平洋台风生成数量减少。

报告中说到冬季Indian Ocean东部是大气强迫海洋(由于大气降水减少,导致云减少,太阳短波辐射增多,顶部海水增多),西部是海洋强迫大气(由于暖的海水使得空气上升形成对流,降水增多),如下图所示:

一、 Local Air-Sea Interaction (Wang et al. 2000)

强调了西太平洋局地冷海温对WNPAC产生的重要作用,当然东太平洋的暖海温也有一定的作用。

但是西太平洋的冷海温到ENSO衰减年夏季变弱(如下图所示),因此局地海气相互作用只能维持DJF(1)和MAM(1)的WNPAC。那么ENSO衰减年夏季的WNPAC是由什么维持的呢?

二、 Indian Ocean Capacitor Effect (Xie et al. 2009, JC; Wu, Zhou and Li 2009, JC)

为解释WNPAC在ENSO衰减年夏季的维持,提出印度洋电容效应,以解释IOBW如何维持ENSO衰减年夏季WNPAC。

在ENSO衰减年JFMAMJJA,印度洋呈现这个海域增暖IOBW的现象。当然在ENSO发展年JASOND,印度洋呈现偶极子模态IOD

三、 Combination Mode due to Nonlinear Interaction between ENSO and annual cycles (Stuecker, Jin, et al. 2015, J. Climate)

TimLi及WangBin等人似乎都不认同这个理论,反驳的理由如下:

  1. C-Mode中认为存在1.2年和0.8年的显著周期,但TL及WB他们从热带中挑出六个区域做谱分析,并没有这个显著周期;此外还运用滤波的方法滤出热带地区1.2年周期的波动,发现其标准差非常地小;
  2. C-Mode中WNPAC的爆发时间普遍晚于观测时间;
  3. 最严重的缺陷是缺少物理机制的解释。为什么ENSO循环和年循环相互作用产生的就必须是反气旋,而不是气旋呢?

四、 Moist enthalpy advection/Rossby wave modulation

大气内部动力学机制在ENSO遥相关产生WNPAC中起了什么作用。主要讲了以下两个方面(Wu B, T Zhou and Tim Li, 2017a, b, J. Climate):

  1. 为什么WNPAC在ENSO发展年的秋季开始发展,从大气的湿热焓平流输送角度出发解释(Moist enthalpy advection)。因为在秋季,西北太平洋区域平均的湿热焓输送由正变为负,即输送到西北太平洋的能量减少,于是产生反气旋。
  2. 在ENSO发展年,西北太平洋是强大的气旋,为什么随着ENSO的发展,该气旋减弱并东退至北太平洋东部,使得反气旋有机会在西北太平洋发展(如下图所示)。在这样的一个过程中,SSTA的模态是差不多的。为此提出一个Rossby波调整理论(Rossby wave modulation theory)。该理论主要通过Equivalent beta effect ( = 地球beta + 环境涡度随y的变化)变化而提出,因为秋季11月时,西北太平洋区域环境涡度随y的变化为负,与地球beta相互抵消,使得Equivalent beta几乎等于0,于是Rossby wave responce在西北太平洋减弱甚至消失,因此由东太平洋暖海温通过Rossby wave responce在西北太平洋激发出的气旋响应在秋季东退,使得WNPAC有机会发展。

Rossby wave responce之所以存在是因为beta不为0,当beta为0时,则不存在Rossby wave responce。

五、 An inter-basin coupled mode across IO-WP warm pool and central Pacific cold SSTA forcing (Wang et al. 2013, Xiang et al. 2013)###

对夏季850hPa的气压场做了EOF,得到第一模态场是东北-西南延伸的反气旋,第二模态是东南-西北延伸的反气旋。
对于第一模态,说到印度洋夏季的西风导致印度洋有暖异常,该暖异常通过Rossby波响应在该处产生东风异常。why?

六、 Tropical Atlantic Capacitor Effect (Li et al. 2017)

讲得有点急也没听懂,但好像会通过两种机制影响WNPAC

提问环节

  1. 为什么印度洋海温对EINino的响应有很强的季节依赖性?
  2. EINino海温异常最大值位于东太平洋,但对流的异常大值区在海温异常值的西边,与海温异常大值去没有很好地对应,为什么?因为降水的发生对海温有一个阈值要求,而东太平洋由于其海温本身较低,即使有一个高的海温异常,但它总的海温可能仍低于发生对流的海温要求。
  3. 一般认为热带地区是海温驱动大气主导,中高纬地区是大气影响海洋。但TimLi认为这个太笼统了,要分辨究竟是哪个影响哪个,还是要看具体的物理过程,不能一概而论。当降水和海温是正位相时,则是海温影响大气;负位相时,则是大气影响海温。当有90°的位相时,则既有大气影响海温也有海温影响大气,例如MJO。
  4. CP的反气旋比EP的偏弱偏西

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