Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khí hậu học về sóng hấp dẫn ở tầng bình lưu và sự tương tác của chúng với gió trung bình theo phương ngang ở các vùng nhiệt đới bằng cách sử dụng số liệu từ GPS RO và các phép đo từ mặt đất trong hai giai đoạn của QBO
Tóm tắt
Bài báo này đề cập đến sự phân bố không gian của hoạt động sóng hấp dẫn ở khu vực nhiệt đới sử dụng dữ liệu GPS từ Hệ thống Quan sát Vệ tinh Khí tượng, Ionosphera và Khí hậu (COSMIC) và CHAllenging Mini Payloads (CHAMP) trong vòng mười năm (2001–2010) và các phép đo radiosonde từ mặt đất tại một trạm xích đạo Singapore (1.36°B, 103.98°Đ) cùng bốn trạm nhiệt đới khác, Guam (13.48°B, 144.80°Đ), Palau (7.33°B, 134.48°Đ) ở bán cầu bắc, và Darwin (12.41°Nam, 130.88°Đ) và Pago-Pago (14.33°Nam, 170.71°T) ở bán cầu nam từ tháng 1 năm 2001 đến tháng 12 năm 2010. Mục tiêu của nghiên cứu cũng nhằm định lượng sự khác biệt trong hoạt động sóng ở hai giai đoạn của QBO theo chế độ khí hậu. Quá trình phân tích không – thời gian đã được xây dựng trên một băng viễn độ ±10° và phân tích sự biến động nhiệt độ CHAMP/COSMIC thành các chế độ đối xứng và không đối xứng quanh đường xích đạo. Dấu hiệu rõ rệt của các sóng xích đạo với bước sóng lớn hơn và một nền tảng không đổi của các sóng hấp dẫn (GW) với tần số quán tính rõ ràng trong các phổ. Tương tác mạnh giữa GW và dòng chảy tổng thể có thể thấy ở mật độ năng lượng tiềm năng trong tầng bình lưu thấp (EP) và dòng mômen với hoạt động sóng tăng cường trong pha gió tây (gió hướng Đông) của dao động gần như hai năm một lần (QBO) (WQBO) qua các trạm xích đạo và nhiệt đới như Singapore và Palau/Darwin, tương ứng. Từ phân bố theo vĩ độ của mật độ năng lượng, có thể thấy sự xuất hiện của cấu trúc hai đỉnh trong mật độ năng lượng ở các vĩ độ giữa và thấp với sự tăng cường trong pha WQBO. EP liên quan đến GW được tính toán ở độ cao tầng bình lưu thấp (19–26 km) và được so sánh với bức xạ sóng dài thoát ra (OLR) để tương quan các sự kiện sóng với sự đối lưu sâu nhiệt đới trong các pha gió đông, tức gió hướng Tây (EQBO) và WQBO của QBO. Sự liên kết rõ rệt của sự đối lưu do gió mùa hè châu Á với sự tăng cường cục bộ của hoạt động sóng ở vùng Tây Thái Bình Dương, Nam Mỹ và khu vực châu Phi trong pha WQBO được quan sát ở độ cao tầng bình lưu thấp. Sự tăng cường đáng kể được ghi nhận trong các tháng mùa đông của bán cầu bắc và tối thiểu trong mùa hè. Phần kéo dài theo kinh của EP qua xích đạo bị ảnh hưởng một phần bởi sự nhiễu loạn kiểu sóng Kelvin (KW) với các quy mô dọc ngắn và cũng bị ảnh hưởng bởi GW quán tính.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Alexander MJ (1998) Interpretations of observed climatological patterns in stratospheric gravity wave variance. J Geophys Res 103:8627–8640
Alexander MJ, Pfister L (1995) Gravity wave momentum flux in the lower stratosphere over convection. Geophys Res Lett 22(15):2029–2032
Alexander SP, Tsuda T, Kawatani Y, Takahasi M (2008a) Global distribution of atmospheric waves in the equatorial upper troposphere and lower stratosphere: COSMIC observations of wave mean flow interactions. J Geophys Res 113(D24115). doi:10.1029/2008JD010039
Alexander SP, Tsuda T, Kawatani Y (2008b) COSMIC GPS Observations of Northern Hemisphere winter stratospheric gravity waves and comparisons with an atmospheric general circulation model. Geophys Res Lett 35. doi:10.1029/2008GL033174
Alexander SP, Tsuda T, Shibagaki Y, Kozu T (2008c) Seasonal gravity wave activity observed with the equatorial atmosphere radar (ear) and its relation to rainfall information from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). J Geophys Res 113(D02104). doi:10.1029/2007JD008717
Allen SJ, Vincent RA (1995) Gravity wave activity in the lower atmosphere: seasonal and latitudinal variations. J Geophys Res 100:1327–1350
Baldwin MP et al (2001) The quasi-biennial oscillation. Rev Geophys 39:179–229
Bergman JW, Salby ML (1994) Equatorial wave activity derived from fluctuations in observed convection. J Atmos Sci 51:3791–3806
Canzini PO, Holton JR, Fishbein E, Froidevaux L, Waters JW (1994) Equatorial Kelvin waves: a UARS MLS view. J Atmos Sci 51:3053–3076
Cho HK, Bowman KP, North GR (2004) Equatorial waves including the Madden–Julian oscillation in TRMM rainfall and OLR data. J Clim 17:4387–4406
de la Torre A, Schmidt T, Wickert J (2006) A global analysis of wave potential energy in the lower stratosphere derived from 5 years of GPS radio occultation data with CHAMP. Geophys Res Lett 33(L24809). doi:10.1029/2006GL027696
Dunkerton TJ (1991) Nonlinear propagation of zonal winds in an atmosphere with Newtonian cooling and equatorial wave driving. J Atmos Sci 48:236–263
Dunkerton TJ (1997) The role of gravity waves in the quasi-biennial oscillation. J Geophys Res 102:26053–26076
Dunkerton TJ, Baldwin MP (1991) Quasi-biennial modulation of planetary wave fluxes in the northern hemisphere winter. J Atmos Sci 48:1043–1061
Ern M, Preusse P, Krebsbach M, Mlynczak MG, Russell JM III (2008) Equatorial wave analysis from SABER and ECMWF temperatures. Atmos Chem Phys 8(669):845–869
Guharay A, Nath D, Pant P, Pande B, Russell JM III, Pandey K (2009) Middle atmospheric thermal structure obtained from Rayleigh lidar and TIMED/SABER observations: a comparative study. J Geophys Res 114, D18105. doi:10.1029/2009JD0119 63
Guharay A, Venkat Ratnam M, Nath D, Dumka UC (2010) Investigation of saturated gravity waves in the tropical lower atmosphere using radiosonde observations. Radio Sci 45(RS6008). doi:10.1029/2010RS004372
Hayashi Y (1982) Space-time spectral analysis and its applications to atmospheric waves. J Meteorol Soc Jpn 60(1):156–171
Hei H, Tsuda T, and Hiroka T (2008) Characteristics of atmospheric gravity wave activity in the polar regions revealed by GPS radio occultation data with CHAMP. J Geophys Res 113(D04107). doi:10.1029/2007JD008938
Holton JR, Lindzen RS (1972) An updated theory for the quasi-biennial oscillation. J Atmos Sci 29:1076–1080
Holton JR, Alexander MJ, Boehm MT (2001) Evidence for short vertical wavelength Kelvin waves in the Department of Energy-Atmospheric Radiation Measurement Nauru99 radiosonde data. J Geophys Res 106(D17):20125–20130
Lindzen TS (1987) On the development of the theory of the QBO. Bull Am Meteorol Soc 68:329–337
Lindzen RS, Holton JR (1968) A theory of the quasi-biennial oscillation. J Atmos Sci 25:1095–1107
Nath D, Ratnam MV, Jagannadha Rao VVM, Krishna Murthy BV, Vijaya Bhaskara Rao S (2009) Gravity wave characteristics observed over a tropical station using high-resolution GPS radiosonde soundings. J Geophys Res 114(D06117). doi:10.1029/2008JD011056
Nath D, Ratnam MV, Patra AK, Krishnamurthy BV, Rao SVB (2010) Turbulence characteristics over tropical station Gadanki (13.5°N, 79.2°E) estimated using high-resolution GPS radiosonde data. J Geophys Res 115(D07102)
Nath D, Sridharan S, Sathishkumar S, Gurubaran S, Chen W (2013) Lower stratospheric gravity wave activity over Gadanki (13.5°N, 79.2°E) during the stratospheric sudden warming of 2009: link with potential vorticity intrusion near Indian sector. J Atmos Solar Terrestrial Phys 94:54–64
Randel WJ, Wu F (2005) Kelvin wave variability near the equatorial tropopause observed in GPS radio occultation measurements. J Geophys Res 110(D03102). doi:10.1029/2004JD005006
Randel WJ, Boville BA, Gille JC (1990) Observations of planetary mixed Rossby-gravity waves in the upper stratosphere. J Atmos Sci 47:3092–3099
Salby ML, Hartmann DL, Bailey PL, Gille JC (1984) Evidence for equatorial Kelvin modes in Nimbus-7 LIMS. J Atmos Sci 41(2):220–235
Sato K, Dunkerton TJ (1997) Estimates of momentum flux associated with equatorial Kelvin and gravity waves. J Geophys Res 102(D22):26247–26261
Sato K, Hasegawa F, Hirota I (1994) Short-period disturbances in the equatorial lower stratosphere. J Meteorol Soc Jpn 72:423–432
Tsuda T, Murayama Y, Wiryosumarto H, Harijono SWB, Kato S (1994) Radiosonde observations of equatorial atmosphere dynamics over Indonesia, part II: characteristics of gravity waves. J Geophys Res 99:10507–10516
Tsuda T, Nishida M, Rocken C, Ware RH (2000) A global morphology of gravity wave activity in the stratosphere revealed by the GPS occultation data (GPS/MET). J Geophys Res 105:7257–7273
Tsuda T, Ratnam MV, Kozu T, Mori S (2006) Characteristics of 10-day Kelvin wave observed with radiosondes and CHAMP/GPS occultation during the CPEA campaign (April–May, 2004). J Meteorol Soc Jpn 84(A):277–293
Tsuda T, Ratnam MV, Alexander SP, Kozu T, Takayabu Y (2009) Temporal and spatial distributions of atmospheric wave energy in the equatorial stratosphere revealed by GPS radio occultation temperature data obtained with the CHAMP satellite during 2001–2006. Earth Planets Space 61:525–533
Uppala SM, Dee D, Kobayashi S, Berrisford P, Simmons A (2008) Towards a climate data-assimilation system: status update of ERA-Interim. ECMWF Newsl 115:12–18
Vincent RA, Alexander MJ (2000) Gravity waves in the tropical lower stratosphere: an observational study of seasonal and inter-annual variability. J Geophys Res 105(D14):17971–17982
Wallace JM, Holton JR (1968) A diagnostic numerical model of the quasi-biennial oscillation. J Atmos Sci 25:280–292
Wallace JM, Kousky VE (1968a) Observational evidence of Kelvin waves in the tropical stratosphere. J Atmos Sci 25:900–907
Wallace JM, Kousky VE (1968b) On the relation between Kelvin waves and the quasi-biennial oscillation. J Meteorol Soc Jpn 46:496–502
Wang L, Alexander MJ (2009) Gravity wave activity during stratospheric sudden warmings in the 2007-2008 Northern Hemisphere winter. J Geophys Res 114. doi:10.1029/2009JD011867
Wei L, Yi F (2008) The result of intensive radiosonde observation over Wuhan. Chin J Geophys 51:25–33
Wheeler M, Kiladis GN (1999) Convectively coupled equatorial waves: analysis of clouds and temperature in the wavenumber-frequency domain. J Atmos Sci 56:374–399
Yanai M, Maruyama T (1966) Stratospheric wave disturbances propagating over the equatorial pacific. J Meteorol Soc Jpn 44:291–294
Zhang SD, Yi F (2005) A statistical study of gravity waves from radiosonde observations at Wuhan (30°N, 114°E). China Ann Geophys 23:665–673
Zhang SD, Yi F (2007) Latitudinal and seasonal variations of inertial gravity wave activity in the lower atmosphere over central China. J Geophys Res Atmos 112, D05109. doi:10.1029/2006JD007487
Zhang SD, Yi F, Huang CM, Zhou Q (2010) Latitudinal and seasonal variations of lower atmospheric inertial gravity wave energy revealed by US radiosonde data. Ann Geophys 28:1065–1074
Zhang SD, Yi F, Huang CM, Huang KM (2012) High vertical resolution analyses of gravity waves and turbulence at a mid-latitude station. J Geophys Res Atmos 113, D02102. doi:10.1029/2011JD016587
Zhang SD, Yi F, Huang CM, Huang KM, Gan Q, Zhang YH, Gong Y (2013) Latitudinal and altitudinal variability of lower atmospheric inertial gravity waves revealed by U.S. radiosonde data. J Geophys Res Atmos 118:2197–2206