中纬度北太平洋海洋锋区变异对大气环流的影响

Midlatitude oceanic front zone is the key region of midlatitude ocean-atmosphere interaction, and the atmospheric transient eddy dynamics is the key dynamical process through which the midlatitude oceanic front variability can impact on the atmospheric circulation. This project plans to focuse on the midlatitude North Pacific oceanic front zone. By observational analysis, dynamical diagnoses and GCM numerical simulation, the variation characteristics of midlatitude oceanic front and its relationship with atmospheric transient eddy activities and atmospheric circulation will be investigated, the processes and mechanism how the anomalous oceanic front affects the atmospheric circulation anomalies through atmospheric transient eddy dynamics will be discovered, and the influences of seasonal background as well as the intensity, scale and meridional position of oceanic front on the atmospheric response are also analyzed. These studies will help us further understand the dynamical mechanism of midlatitude ocean-atmosphere coupling and the cause of the climate variability over East Asian-North Pacific region.

中纬度海洋锋区是中纬度海洋影响大气的关键区，而大气瞬变涡旋动力过程是中纬度海洋锋区异常影响大气环流的关键动力学过程。本项目拟以中纬度北太平洋海洋锋区为研究对象，通过高分辨资料的观测分析、动力学分析和大气环流模式的数值模拟，分析北太平洋中纬度海洋锋区的变异特征及其与大气瞬变涡旋活动和大气环流异常的关系，揭示海洋锋区异常通过大气瞬变涡旋活动引起大气环流异常的过程和机制，分析不同季节背景、海洋锋区强度、尺度和南北移动对大气环流响应的影响。这些研究对于深入认识中纬度海气耦合动力学机制，理解东亚-北太平洋地区的气候异常成因具有重要的理论和现实意义。

中纬度海洋锋区是中纬度海洋影响大气的关键区，而大气瞬变涡旋动力过程是中纬度海洋锋区异常影响大气环流的关键动力学过程。本项目以中纬度北太平洋海盆尺度海洋锋区为研究对象，定义了新的特征指数来定量表征副热带海洋锋区和副极地海洋锋区的强度和经向位置，利用观测分析、动力学理论分析和简单线性模式的数值模拟，项目揭示了与PDO相联系的北太平洋海气系统年代际异常的分布结构以及这种异常形成的动力学机制，并讨论了不同季节背景对大气环流响应的影响。研究结果表明，与PDO相联系的中纬度年代际异常具有相当正压的大气低（高）压位于冷（暖）水之上的冷槽（暖脊）结构，这种典型的年代际异常配置结构可以由如下中纬度不稳定海气相互作用过程维持。在PDO暖位相，与阿留申低压增强相伴随的表层西风增强，通过增加海洋向大气的热通量输送和驱动向南的海洋表层Ekman流导致北太平洋中部海温降低，而冷的海温异常增强了副热带地区的经向海温梯度，引起副热带海洋锋区增强。作为大气边界层对于海洋锋区异常的调整，大气低层温度梯度也增强，因而大气低层斜压性增强，瞬变涡旋的发展更加旺盛，相应的瞬变涡旋热量和涡度输送都增强。瞬变涡旋的涡度输送强迫是所有大气强迫中占主导的一项，会使大气在西风异常北侧形成相当正压结构的低压响应，从而增强初始的西风异常和阿留申低压异常。这个过程表明中纬度海气相互作用会提供一种正反馈机制，使得初始的异常维持和发展，也是观测到的中纬度北太平洋海气系统年代际异常形成的基本原因，而在这个正反馈过程中，海洋锋区和大气瞬变涡旋是不可或缺的部分。与冬季相比，夏季北太平洋副极地海洋锋区强度偏弱，位置略偏北，副热带海洋锋区基本消失。与冬季年代际异常表现为气候态强度的增强不同，夏季的年代际异常主要表现为气候态的南北位置移动，对应着副极地锋区的南北移动。本项目的研究结果对于理解中纬度海气耦合动力学机制及年代际气候变异的形成机理具有重要科学意义。