北半球夏季跨半球大气遥相关型时空特征及其机制研究：基于Rossby波越赤道传播理论

Interhemispheric teleconnection is a common concern by the communities on global and regional atmospheric circulation. Significant interhemispheric teleconnection has been observed as a part of the Northern Hemisphere-Southern Hemisphere interactions. However, previous studies on this issue are based on short time period, incomplete in timescale, vertical height and circulation variables, and lack the discussions of the dynamic mechanisms. This program intends to investigate the global teleconnectivity on different low-frequency timescale at different levels for several circulation variables during boreal summer using the update long-term data, determine the existence and characteristics of interhemispheric teleconnection patterns. Backed up by the basis of the cross-equatorial propagation theory for Rossby wave, the maintenance mechanisms of these interhemispheric teleconnections will be investigated in terms of the Rossby wave propagation across the tropical easterly theoretically and numerically. As a result, the schematic diagram of the distribution and Rossby wave dynamics of the boreal summer tropospheric interhemispheric teleconnection patterns will be summarized. This program will provide a new understanding of the Northern Hemisphere-Southern Hemisphere interactions, and a new fundamental approach in researching teleconnection mechanisms.

跨半球大气遥相关是全球以及区域大气环流变化共同关注的课题。观测表明两个半球大气间相互作用伴随着显著的跨半球大气遥相关型。然而由于早期已有的跨半球大气遥相关型研究资料时间短，关注的时间尺度、垂直高度和物理量场不够全面，跨半球大气遥相关型的时空特征尚不清晰。本项目将利用最新的大气观测资料和多种统计方法，系统考察北半球夏季对流层不同高度、不同低频时间尺度、多个环流变量场上的全球大气遥相关型，确定跨半球大气相关型的存在，并分析其时、空特征和演变规律。结合申请人已有的Rossby波越赤道传播理论基础，进行理论分析和数值试验，考察这些跨半球大气遥相关型与Rossby波穿越东风带传播的关系，明确跨半球能量输送的途径，进而总结出北半球夏季对流层跨半球大气遥相关型分布和维持的动力机制概略图。项目的成功实施将为南、北半球大气相互作用提供新理解和认识，为研究大气遥相关形成和维持机制提供新的基础研究方法。

南、北两个半球大气间存在着显著的跨半球遥相关，这说明我们关注区域气候变率预测时不仅要考虑同一半球范围内信号的影响，还应该进一步考虑另一半球的信号是否存在影响。项目从观测资料分析中揭示了若干新的跨半球遥相关事实，其中包括低频流函数场上的越赤道传播的正压波列、北半球夏季北印度洋-西北太平洋对流活动对南半球气候的影响、海洋大陆桥海温异常与南美洲气温年际尺度上的联系等。这些结果为我们认识区域气候变率中跨半球信号的重要性提供了新事实，推动了我们对跨半球遥相关客观存在的关注和重视，为区域气候变率机制和预测研究强调了跨半球信号的作用和贡献。项目结合罗斯贝波传播理论、简单模型等论证了定常罗斯贝波的传播是这些跨半球遥相关现象的重要机制，并进一步在基础理论和工具方面提出了集合波射线方法，定量确定了定常罗斯贝波穿越赤道的窗口区、障碍区、穿越赤道时的主要特征属性和全球范围的波导，从理论上为我们理解两个半球相互作用提供了新的角度和定量研究方法，也进一步推广了罗斯贝波传播理论的发展和应用。