厄尔尼诺南方涛动双模态的物理本质.pdf

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1、厄尔尼诺/南方涛动双模态的物理本质ThePhysicalNatureofthetwomodesofENSO谢瑞煌黄菲教授金飞飞教授学术学位气象学气候动力学201365谨以此论文献给我所有的亲人、朋友、师长以及在我求学生涯中给过我帮助和指导的人。谢瑞煌I厄尔尼诺/南方涛动模态多样性共存性及其控制机理学位论文答辩日期：2013年6月5日指导教师签字：答辩委员会成员签字：II独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得（注：如没有其他需要

2、特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日---------------------------------------------------------------------学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下事项：1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复

3、制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签字：签字日期：年月日签字日期：年月日III厄尔尼诺/南方涛动双模态的物理本质厄尔尼诺/南方涛动双模态的物理本质摘要热带太平洋海洋-大气相关作用是全球气候系统的重要组成部分，厄尔尼诺/南方涛动(ElNiño-SouthernOscillation,ENSO)又是其中最活跃的成分，长期以来得到科学界的极大关注。本文使用改进的Z

4、ebiak-Cane(ZC)模式，采用求解线性系统稳定性的方法，考察了ENSO的主模态在不同的背景态和海气耦合参数下的稳定性，并且分析了相应的不稳定主模态的海气变量特征和背后的控制因素。本文不仅证实前人有关ENSO有多个模态的结论，还得到了以下的创新性研究结果:1.充分认识到ZC模式在模拟ENSO方面的缺陷，即赤道东太平洋海面风异常过强，提出该缺陷是由ZC模式对赤道东太平洋大气热量异常经向尺度的错误模拟导致的。在ZC模式的大气模式中加入垂直动量混合和对流不稳定参数，修正赤道东太平洋海温异常对大气的加热效率及大气内对流激发的垂直动量混合，成功地模拟出与观测到的降水异常分布相似

5、的大气热量异常，从而得到了较为理想的ENSO异常风场。改进后的大气模式中模拟的ENSO异常风的纬向、经向尺度和强度均比原模式更大，且更接近观测。2.将改进后的大气模式与ZC的海洋模式相耦合并作线性化处理，在不同的热带太平洋背景态下考察了该模式中海气相互作用的主模态，发现ENSO的主模态有两个：海温异常中心位于赤道东太平洋的准四年(quasi-quadrennial,QQ)振荡模态和海温异常中心位于赤道中太平洋的准两年(quasi-biennial,QB)振荡模态。且得益于海面风异常的水平尺度和强度的增加，这两个模态的强度均比前人研究过的更强。这两个模态在特定的背景态下可以共

6、存，也可以独立存在。研究还发现,QQ(QB)模态随着温跃层反馈的增强而增强(减弱)，且QQ模态对海气耦合强I厄尔尼诺/南方涛动双模态的物理本质度、海面热力耗散及海洋波速的敏感性小于QB模态。这说明，QQ(QB)模式是受次表层(表层)海洋动力影响较大的模态。3.QQ和QB模态的海温变化热量收支平衡的分析进一步证实了上述观点，在QQ模态中，温跃层反馈(次表层海温异常在气候平均的上升流的输运下对表层海温的影响)提供海温异常发展和衰减的动力，而在QB模态中，起这一作用的物理过程是纬向平流反馈(异常海流对海温的纬向梯度的改变)。4.综合考虑模式中的QQ和QB模态的海气变量时空特征和海

7、温变化主要控制因子，我们认为本模式揭示的QQ模态正位相其实就对应着传统研究的ElNiño，而QB模态的正位相则为近年来发现的新型ElNiño。关键词：ENSO，准四年振荡，准两年振荡，模态共存，温跃层反馈，纬向平流反馈II厄尔尼诺/南方涛动双模态的物理本质ThePhysicalNatureoftheTwoModesofENSOAbstractTheair-seainteractioninthetropicalPacificisthekeyelementoftheglobalclimatesystem,inwhich