中层大气对不同类型El Nino事件响应机制及其与中层大气QBO活动相互作用研究

Middle atmosphere have important interactions with not only the troposphere but also with ionosphere and thermal layer. As the most important interannual variation of tropical troposphere, El Nino events have significant influences on temperature variations of the tropical and polar stratosphere and mesosphere. Recent studies reveal that there are different types of El Nino events, which have different influences on the stratospheric temperature variations, especially for Southern hemisphere stratosphere. However, the mechanisms of the different types of ENSO influence the stratosphere and the mesosphere are still not clear in present studies. By using the satellite data and reanalysis data, we will explore the characteristics and the physical process of the stratosphere and mesosphere response to the different types of El Nino events by statistical analysis technique. The model simulation would further reveal the process and mechanism of different types of ENSO influence the middle atmosphere variations and their interactions with QBO. We expect to understand the interaction of the middle atmosphere and troposphere interannual variations better through this research.

中层大气活动与对流层以及电离层和热层变化都存在重要的相互作用。而El Nino事件作为热带对流层中最强的年际变化信号，对热带和极地的平流层和中间层大气的温度变化都有明显影响。近年的研究发现El Nino事件中存在不同的类型，而不同类型的ENSO事件对平流层大气温度变化有着不同的影响，尤其是发现不同类型的ENSO事件对南半球平流层温度变化有不同的影响，但是目前对不同类型的ENSO信号向平流层和中间层传播机制的理解还比较缺乏，对较高的中间层大气受El Nino Modoki影响的相关研究也比较缺乏。本研究拟利用卫星资料和再分析资料，通过统计分析研究平流层和中间层大气对不同类型El Nino事件的响应特征及低层扰动传播的物理过程，并通过模式模拟分析深入研究不同类型ENSO影响中层大气变化的过程和机制，以及与QBO等中层大气变化事件的相互作用，从而更好的理解中层大气与低层大气变化的相互作用。

通过对欧洲中尺度天气预测中心的ERA-Interim 以及MERRA再分析资料进行分析，本项目研究了中太平洋厄尔尼诺事件对南半球平流层尤其是在南半球春季(9-11月)的影响。结果显示，中太平洋厄尔尼诺对南半球最显著的影响出现在9月前后，而不是之前研究中认为的11月或12月，并揭示了中太平洋厄尔尼诺事件通过调南半球行星波扰动从而影响南半球极区平流层的机制。这一结果为不同类型厄尔尼诺事件对平流层的影响提供了新的认识，本项目还通过对用“动力定制”(SD)全大气公共气候模式(SD-WACCM)，研究了MJO对南半球冬季平流层和中间层大气的影响，发现南半球中层大气在MJO第1相位后30天及MJO第5相位后10天有显著的响应。MJO引起的对流活动会激发南半球对流层行星波的活动，进而影响了南半球平流层环流变化，从而引起南极平流层温度增加。在南半球中间层，MJO调制南半球中高纬度纬向风场变化，进而通过“关键层”过滤机制影响传播至中间层的重力波的上传和破碎，从而引起在中间层中高纬大气环流。这一结果首次揭示了对流层季节内活动对中层大气的影响机制，为进一步理解中层大气与低层大气活动耦合提供了新的理论依据。