大气低频振荡的变频特征及其机制研究

本项目利用小波分析、带通滤波、相关分析、EOF等统计、诊断分析方法以及数值模拟和数值试验方法，重点研究大气低频振荡的变频特征及其物理机制，揭示大气低频变化的信号强度和振荡频率随时间、空间的变化特征及其与主要天气、气候系统的相互联系，旨在确定大气低频振荡周期在不同季节、不同地区的分布特征及其可能的影响机制，初步揭示非绝热加热在大气低频振荡频率变化中的作用。同时，还通过计算波数-频率域能量方程各项，特别是波-波、波-流非线性相互作用对大气低频振荡频率变化的影响，进一步揭示中高纬地区大气低频振荡频率变化的物理本质。此外，利用较高分辨率的气候模式对大气低频振荡及其变频特征进行数值模拟和数值试验，揭示并验证大气低频振荡周期变化的物理机制。利用全球主要气象业务中心的多模式集合预报结果（TIGGE资料）讨论业务模式中大气低频振荡的变频特征及其可预报性问题。

在国家自然科学基金项目资助下，依托于南京信息工程大学于2012年1月~12月对大气低频振荡的变频特征及其可能机制进行了分析，取得了一些新的研究成果。. 在项目资助期间利用1980~2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料和由美国国家海洋及大气局（NOAA）提供的OLR资料以及1981~2009年第二代最优插值的全球海表温度（SST）资料，采用功率谱分析、小波分析、时-空谱分析、Wheeler-Kiladis时--空交叉谱分析、时滞相关分析、概率分布分析等方法对热带地区大气低频振荡变频特征及其与海温、非绝热加热的联系等关键问题进行了研究。同时还利用新一代大气气候模式CAM5对海温异常强迫对热带大气低频振荡频率的变化的影响进行了数值试验。 . 研究结果表明，热带大气低频振荡的周期均存在明显的季节和区域变化。其表现为，冬季周期范围更长，夏季相对较短。同时，夏季的中心周期较冬季中心周期短。热带印度洋地区的低频周期范围较热带西太平洋地区的低频周期范围更长。在热带印度洋地区，中心周期倾向于更短的低频周期，而在热带西太平洋地区则倾向于更长的低频周期。 . 热带大气低频振荡频率的变化也存在明显的季节变化。热带地区大气低频振荡周期随季节转换的变化主要有四个类型，即I 型——小波显著低频周期由长周期向短周期变化；II 型——由短周期向长周期变化；III 型——周期维持在某一个频段内变化不明显；IV型——周期向两个频段变化。 .热带大气低频振荡周期的变化与海温呈非线性负相关关系。热带大气低频振荡周期的变化主要受到非绝热加热过程变化的影响。在对流层内，非绝热加热率的变化滞后于海温的变化，当对流层中、下层，特别是中层非绝热加热率增高时，热带印度洋地区大气低频振荡周期有缩短的趋势，而当非绝热加热率减小时，周期则有变长的趋势。 . 数值试验的结果以及结合有关移动性波动CISK理论表明，海温的变化会影响其对大气的热力作用，从而影响热带地区能量的交换，进而影响热带地区的对流活动的强弱。对流活动增强或者减弱又会影响其潜热的释放。整个个过程使得对流层中下层的非绝热加热过程发生变化，从而导致热带大气低频振荡周期发生改变。