Phản ứng của lưu thông khí quyển đối với sự bất thường nhiệt độ bề mặt biển đa quy mô liên quan đến sự biến đổi nhiệt độ Kuroshio Extension trong mùa đông

Science China Earth Sciences - Tập 64 - Trang 2098-2112 - 2021
Jianqi Zhang1, Chongyin Li1,2, Chao Zhang1
1College of Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Changsha, China
2LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

Tóm tắt

Phản ứng của lưu thông khí quyển đối với sự bất thường nhiệt độ bề mặt biển (SSTA) ở các quy mô khác nhau trong các đại dương nhiệt đới luôn là một vấn đề được quan tâm trong các tương tác giữa không khí và biển, đặc biệt liên quan đến ảnh hưởng của những dòng xoáy đại dương nhỏ quy mô hoạt động rộng rãi lên khí quyển. Dựa trên mô hình khí hậu khu vực RegCM4.6, ba bộ thí nghiệm tập hợp với các giá trị khởi đầu khác nhau đã được thiết kế, và phản ứng của lưu thông khí quyển cùng các cơ chế có thể xảy ra với sự bất thường nhiệt độ bề mặt biển do sự biến đổi Kuroshio Extension gây ra với các quy mô khác nhau (SSTA do KEDV gây ra) trong mùa đông đã được thảo luận. Phản ứng của lưu thông khí quyển đối với SSTA quy mô trung bình gây ra bởi KEDV thể hiện một mô hình ba cực rộng rãi, trong khi phản ứng đối với SSTA quy mô lớn do KEDV gây ra thể hiện một cấu trúc baroclinic ở trung tâm Thái Bình Dương và một phản ứng kiểu dipole với cấu trúc barotropic ở phía đông Thái Bình Dương. Phân tích chẩn đoán thêm cho thấy, dưới ảnh hưởng của SSTA quy mô trung bình, hoạt động dòng xoáy thoáng qua được tăng cường, và phản hồi của dòng xoáy thoáng qua đóng vai trò chính trong sự bất thường lưu thông quy mô lớn ở trung tâm và phía đông Thái Bình Dương. Chuyển đổi năng lượng barotropic liên quan cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự bất thường lưu thông quy mô lớn ở phía tây bắc Thái Bình Dương. Dưới ảnh hưởng của SSTA quy mô lớn, nhiệt lượng dị thường mạnh hơn, và phản hồi của nhiệt lượng dị thường đóng vai trò chính trong sự bất thường lưu thông quy mô lớn.

Từ khóa

#phản ứng khí quyển #bất thường nhiệt độ bề mặt biển #Kuroshio Extension #lưu thông khí quyển #mô hình khí hậu khu vực #tương tác không khí và biển #quy mô trung bình #quy mô lớn

Tài liệu tham khảo

Ahmadi-Givi F. 2002. Areview of the role of latent heat release in extra-tropical cyclones within potential vorticity framework. J Earth Space Phys, 28: 7–20 Alexander M A, Bladé I, Newman M, Lanzante J R, Lau N C, Scott J D. 2002. The atmospheric bridge: The influence of ENSO teleconnections on air-sea interaction over the global oceans. J Clim, 15: 2205–2231 Booth J F, Thompson L A, Patoux J, Kelly K A. 2012. Sensitivity of midlatitude storm intensification to perturbations in the sea surface temperature near the Gulf Stream. Mon Weather Rev, 140: 1241–1256 Businger S, Graziano T M, Kaplan M L, Rozumalski R A. 2005. Cold-air cyclogenesis along the Gulf-Stream front: Investigation of diabatic impacts on cyclone development, frontal structure, and track. Meteorol Atmos Phys, 88: 65–90 Cheng Y H, Ho C R, Zheng Q, Kuo N J. 2014. Statistical characteristics of mesoscale eddies in the North Pacific derived from satellite altimetry. Remote Sens, 6: 5164–5183 Ducet N, Le Traon P Y, Reverdin G. 2000. Global high-resolution mapping of ocean circulation from TOPEX/Poseidon and ERS-1 and -2. J Geophys Res, 105: 19477–19498 Eliassen A, Palm E. 1960. On the transfers of energy in stationary mountain waves. Geophys Publ, 22: 1–23 Fang J B, Yang X Q. 2016. Structure and dynamics of decadal anomalies in the wintertime midlatitude North Pacific ocean-atmosphere system. Clim Dyn, 47: 1989–2007 Foussard A, Lapeyre G, Plougonven R. 2018. Storm track response to oceanic eddies in idealized atmospheric simulations. J Clim, 32: 445–463 Frankignoul C, Müller P, Zorita E. 1997. A simple model of the decadal response of the ocean to stochastic wind forcing. J Phys Oceanogr, 27: 1533–1546 Giorgi F, Coppola E, Solmon F, Mariotti L, Sylla M B, Bi X, Elguindi N, Diro G T, Nair V, Giuliani G, Turuncoglu U U, Cozzini S, Güttler I, O’Brien T A, Tawfik A B, Shalaby A, Zakey A S, Steiner A L, Stordal F, Sloan L C, Brankovic C. 2012. RegCM4: Model description and preliminary tests over multiple CORDEX domains. Clim Res, 52: 7–29 Hadjidimos A. 2000. Successive overrelaxation (SOR) and related methods. J Comput Appl Math, 123: 177–199 Holtslag A A M, Boville B A. 1993. Local versus nonlocal boundary-layer diffusion in a global climate model. J Clim, 6: 1825–1842 Hoskins B J, McIntyre M E, Robertson A W. 1985. On the use and significance of isentropic potential vorticity maps. Q J R Meteorol Soc, 111: 877–946 Joyce T M, Kwon Y O, Yu L. 2009. On the relationship between synoptic wintertime atmospheric variability and path shifts in the Gulf Stream and the Kuroshio Extension. J Clim, 22: 3177–3192 Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, Collins W, Deaven D, Gandin L, Iredell M, Saha S, White G, Woollen J, Zhu Y, Leetmaa A, Reynolds R, Chelliah M, Ebisuzaki W, Higgins W, Janowiak J, Mo K C, Ropelewski C, Wang J, Jenne R, Joseph D. 1996. The NCEP/NCAR 40-year re-analysis project. Bull Amer Meteorol Soc, 77: 437–471 Lau N C. 1988. Variability of the observed midlatitude storm tracks in relation to low-frequency changes in the circulation pattern. J Atmos Sci, 45: 2718–2743 Lau N C, Nath M J. 1991. Variability of the baroclinic and barotropic transient eddy forcing associated with monthly changes in the mid-latitude storm tracks. J Atmos Sci, 48: 2589–2613 Lau N C, Holopainen E O. 1984. Transient eddy forcing of the time-mean flow as identified by geopotential tendencies. J Atmos Sci, 41: 313–328 Lindzen R S, Nigam S. 1987. On the role of sea surface temperature gradients in forcing low-level winds and convergence in the tropics. J Atmos Sci, 44: 2418–2436 Liu Q Y, Wen N, Liu Z Y. 2006. An observational study of the impact of the North Pacific SST on the atmosphere. Geophys Res Lett, 33: L18611 Liu Q Y, Zhang S P, Jia Y L. 2020. Study about ocean eddy effect on strong convection in local atmosphere over the Kuroshio Extension region. Adv Earth Sci, 35: 441–451 Ma X H, Chang P, Saravanan R, Montuoro R, Hsieh J S, Wu D X, Lin X P, Wu L X, Jing Z. 2015. Distant influence of Kuroshio eddies on North Pacific weather patterns? Sci Rep, 5: 17785 Ma X H, Chang P, Saravanan R, Montuoro R, Nakamura H, Wu D X, Lin X P, Wu L X. 2017. Importance of resolving Kuroshio front and eddy influence in simulating the North Pacific storm track. J Clim, 30: 1861–1880 Minobe S, Kuwano-Yoshida A, Komori N, Xie S P, Small R J. 2008. Influence of the Gulf Stream on the troposphere. Nature, 452: 206–209 Nakamura H, Tanaka M, Wallace J M. 1987. Horizontal structure and energetics of Northern Hemisphere wintertime teleconnection patterns. J Atmos Sci, 44: 3377–3391 Nakamura H, Sampe T, Tanimoto Y, Shimpo A. 2004. Observed associations among storm tracks, jet streams and midlatitude oceanic fronts. In: Wang C, Xie S P, Carton J A, eds. Earth’s Climate: The Ocean—Atmosphere Interaction. Geophysical Monograph Series. Washington: American Geophysical Union. 329–345 Okajima S, Nakamura H, Nishii K, Miyasaka T, Kuwano-Yoshida A, Taguchi B, Mori M, Kosaka Y. 2018. Mechanisms for the maintenance of the wintertime basin-scale atmospheric response to decadal SST variability in the North Pacific subarctic frontal zone. J Clim, 31: 297–315 O’Reilly C H, Czaja A. 2015. The response of the Pacific storm track and atmospheric circulation to Kuroshio Extension variability. Q J R Meteorol Soc, 141: 52–66 Peng S L, Whitaker J S. 1999. Mechanisms determining the atmospheric response to midlatitude SST anomalies. J Clim, 12: 1393–1408 Qiu B, Chen S M. 2005. Variability of the Kuroshio Extension jet, recirculation gyre, and mesoscale eddies on decadal time scales. J Phys Oceanogr, 35: 2090–2103 Qiu B, Chen S M, Schneider N, Taguchi B. 2014. A coupled decadal prediction of the dynamic state of the Kuroshio Extension system. J Clim, 27: 1751–1764 Révelard A, Frankignoul C, Sennéchael N, Kwon Y O, Qiu B. 2016. Influence of the decadal variability of the Kuroshio Extension on the atmospheric circulation in the cold season. J Clim, 29: 2123–2144 Révelard A, Frankignoul C, Kwon Y O. 2018. A multivariate estimate of the cold season atmospheric response to North Pacific SST variability. J Clim, 31: 2771–2796 Robinson W A. 2006. On the self-maintenance of midlatitude jets. J Atmos Sci, 63: 2109–2122 Sampe T, Nakamura H, Goto A, Ohfuchi W. 2010. Significance of a midlatitude SST frontal zone in the formation of a storm track and an eddy-driven westerly jet. J Clim, 23: 1793–1814 Sun X G, Tao L F, Yang X Q. 2018. The influence of oceanic stochastic forcing on the atmospheric response to midlatitude North Pacific SST anomalies. Geophys Res Lett, 45: 9297–9304 Taguchi B, Xie S P, Schneider N, Nonaka M, Sasaki H, Sasai Y. 2007. Decadal variability of the Kuroshio Extension: Observations and an Eddy-Resolving Model Hindcast. J Clim, 20: 1459 Taguchi B, Nakamura H, Nonaka M, Komori N, Kuwano-Yoshida A, Takaya K, Goto A. 2012. Seasonal evolutions of atmospheric response to decadal SST anomalies in the North Pacific subarctic frontal zone: Observations and a coupled model simulation. J Clim, 25: 111–139 Tao L F, Yang X Q, Fang J B, Sun X G. 2020. PDO-related wintertime atmospheric anomalies over the midlatitude North Pacific: Local versus remote SST forcing. J Clim, 33: 6989–7010 Vallis G K. 2006. Atmospheric and Ocean Fluid Dynamics: Fundamentals and Large-Scale Circulation. Cambridge: Cambridge University Press Wallace J M, Mitchell T P, Deser C. 1989. The influence of sea-surface temperature on surface wind in the Eastern Equatorial Pacific: Seasonal and interannual variability. J Clim, 2: 1492–1499 Wang L Y, Hu H B, Yang X Q. 2019. The atmospheric responses to the intensity variability of subtropical front in the wintertime North Pacific. Clim Dyn, 52: 5623–5639 Yao Y, Zhong Z, Yang X Q. 2016. Numerical experiments of the storm track sensitivity to oceanic frontal strength within the Kuroshio/Oyashio Extensions. J Geophys Res-Atmos, 121: 2888–2900 Zeng X B, Zhao M, Dickinson R E. 1998. Intercomparison of bulk aerodynamic algorithms for the computation of sea surface fluxes using TOGA COARE and TAO data. J Clim, 11: 2628–2644 Zhang C, Liu H L, Xie J B, Lin P F, Li C Y, Yang Q, Song J. 2020. North Pacific storm track response to the mesoscale SST in a global highresolution atmospheric model. Clim Dyn, 55: 1597–1611