赤道不稳定波对海气相互作用影响的数值模拟分析

赤道不稳定波（tropical instability waves）存在于热带东太平洋赤道附近,通常于每年的春末夏初出现,以约0.6 m/s速度向西传播,波周期为20-40天左右,波长约为1000-2000 km。本文利用一个全球高分辨率海气耦合模式对赤道不稳定波在赤道附近的热量输送进行分析,表明赤道不稳定波产生指向赤道的热通量,从而部分抵消了热带东太平洋地区由Ekman辐散和温度平流导致的强冷却效应,维持热带地区的热量平衡。其对赤道冷舌区的增暖作用可以消除和减弱气候模式中热带东太平洋地区的系统性冷偏差,能使冷舌的强度和分布得到合理的改善,对气候模式的改进和发展具有潜在贡献。赤道不稳定波还可以改变赤道海洋上空低层大气层结稳定度,导致近地层强的风场辐合辐散,并进一步影响大气混合层的温度、风场等气象要素。模拟分析结果还表明,赤道不稳定波对大气强迫产生二次响应,改变赤道上空逆温层的垂直位移和逆温强度。研究赤道不稳定波对热带海洋气候及其海气相互作用机理的理解具有重要意义。

赤道不稳定波能量收支的数值模拟分析

最新海表温度卫星观测资料分析表明在赤道东太平洋和大西洋附近存在赤道不稳定波（tropical instability waves）。赤道不稳定波通常于每年春末夏初出现，以约0．6m／s速度向西传播，周期为20。40天左右，波长约为1000～2000km，可改变赤道附近海洋的热量平衡，并引发强烈的局地海气作用。利用ccs刚NIEs，FRcGcAOGCMMIROC100年的模式输出结果，计算了赤道不稳定波的爆发时间、波长、传播速度、周期，并与观测资料作对比分析，以考察模式对赤道不稳定波的模拟能力。结果表明，模式较好地再现了热带太平洋的海洋内部中尺度动力-热力作用过程，成功模拟了赤道不稳定波的基本特征，发现赤道不稳定波主要存在赤道南北不超过6个纬度的浅层海洋中，除赤道表层外4～6°N海洋温跃层中也有赤道不稳定波。对赤道不稳定波的能量进行诊断分析表明其能量主要来自赤道附近洋流经向切变产生的正压不稳定，赤道以北海洋温跃层中赤道不稳定波能量主要来自由浮力作用产生的斜压不稳定，两者的共同作用形成了赤道不稳定波的赤道不对称结构。

太平洋赤道不稳定波强度变化及其与ENSO的关系

文章利用1991—2015年卫星海表温度（sea surface temperature,SST）研究了太平洋赤道不稳定波（tropical instability waves,TIWs）强度变化特征及其与厄尔尼诺？南方涛动现象（El Ni？o-Southern Oscillation,ENSO）的关系。首先采用带通滤波法将TIWs强度量化为赤道东太平洋SST的季节内（20~50d）波动振幅,发现强TIWs分布于尼诺3（Ni？o3）区域（150°W—90°W,5°S—5°N）,平均强度达到0.2℃,赤道至3°N之间甚至超过0.35℃,在赤道南侧TIWS相对较弱,只在1998、2007、2010年3个拉尼娜（La Ni？a）年冬季达到0.2℃。文章不但证实La Ni？a年TIWs较强、厄尔尼诺（El Ni？o）年TIWs较弱的规律,而且发现TIWs强度与ENSO并非同相变化,TIWs强度变化超前ENSO 2~3个月,这是TIWs与Ni？o3区SST对ENSO相关赤道动力、热力过程反应时间差异所致,TIWs强度与赤道表层纬向流剪切强度以及冷舌锋面强度呈同期正相关,而Ni？o3指数滞后这2项指标2~3个月变化,三者都是ENSO循环的一部分。这意味着能够用卫星观测的TIWs活动（如SST）提前表征ENSO的位相和强度。