大气斜压性垂直结构的改变对温带急流低频变化的影响机理研究

The low-frequency (10-30 days) latitudinal displacement of eddy-driven jet is a manifestation of the annular mode (the dominant mode of extratropical variability) on the zonal wind field. The positive feedback between the transient eddies and the zonal flow anomalies is suggested to be responsible for the zonal wind persistence. Previous studies made great progress in understanding the dynamical mechanism for the low-frequency variability of eddy-driven jet in the context of climatology. However, the dynamical cause for the change of jet variability under global warming is not well understood. Recent study indicates that changes in the vertical structure of baroclinicity could be the cause for such jet variation. Through the data diagnosis, dynamical theoretical analysis and numerical simulation, this project is proposed to study the mechanisms through which changes in the vertical structure of baroclinicity can affect the low-frequency variation of the summertime eddy-driven jet in the Southern Hemisphere under global warming. In addition, the relative importance of the impact of baroclinicity change on the barotropic and baroclinic feedback mechanisms will be quantified. This study will help not only understanding the dynamical processes for the low-frequency variability under climate change, but also assessing the circulation response to climate forcing.

温带急流在10-30天的南北偶极变化，是中高纬大气环流低频变化的主导模态“环状模”在纬向风场上的体现。瞬变涡旋与纬向平均流之间的正反馈，是维持温带急流持续异常的一个主要原因。近年的研究在解释气候态背景下温带急流低频变化的动力机制方面取得了很大进展。但是，对于全球变暖背景下温带急流低频变化的响应机制还不清楚。研究显示，大气斜压性垂直结构的改变可能是造成急流低频变化发生改变的一个重要原因。本研究着眼于其背后的动力学机制，利用资料诊断分析、动力学理论和数值模拟试验相结合的方法，分析全球变暖背景下，大气斜压性垂直结构的改变对南半球夏季温带急流低频变化的影响过程，对波流相互作用中的正压机制和斜压机制的相对贡献进行定量诊断。该项研究对理解气候变化对大气低频变率的影响机理，评估大气环流对气候强迫的响应等有重大的理论及现实意义。

瞬变涡旋与纬向平均流之间的正反馈，是维持温带急流低频振荡的一个主要原因。近年的研究在解释气候态背景下温带急流低频变化的动力机制方面取得了很大进展。但是，对于全球变暖背景下温带急流低频变化的响应机制还不清楚。本项目实施三年期间，研究组利用诊断分析、动力学理论分析和数值模式模拟相结合的方法，分析了大气斜压性垂直结构的改变对温带急流低频变化的动力学机制。主要的研究成果包括：（1）通过设计理想化的数值试验，揭示了低层斜压性的变化对温带急流位置变化和低频振荡的影响机理，提出了“高层控制”的新机制；（2）利用近年来新发展的有限振幅波作用密度诊断方法，明确了波流相互作用中的正压机制和斜压机制在温带急流低频变化中的相对贡献；（3）通过对ERA-Interim逐日再分析资料的诊断分析，揭示了秋季北大西洋次季节海温变化影响北大西洋涛动的动力学过程，指出了“马靴型”海温异常对北大西洋涛动次季节预测中的关键作用。这些研究成果不仅是对大气环流低频变化核心机制的重要发展，也为预测大气环流的持续性异常提供了科学基础。申请人依托该项目发表第一作者SCI学术论文4篇，发表第二作者SCI论文1篇，其中第一资助论文1篇。