季節(jié)內(nèi)振蕩對熱帶印度洋SST日變化的調(diào)制
——一維混合層模式的診斷結(jié)果

楊洋，Tim Li，李奎平，于衛(wèi)東，劉延亮

(1. 中國海洋大學(xué) 海洋環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266100；2. 國家海洋局 第一海洋研究所 海洋與氣候研究中心，山東 青島 266061；3. 美國夏威夷大學(xué) 氣象系，美國 夏威夷 火奴魯魯 96822)

季節(jié)內(nèi)振蕩對熱帶印度洋SST日變化的調(diào)制
——一維混合層模式的診斷結(jié)果

楊洋1，2，Tim Li3，李奎平2*，于衛(wèi)東2，劉延亮2

(1. 中國海洋大學(xué) 海洋環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266100；2. 國家海洋局 第一海洋研究所 海洋與氣候研究中心，山東 青島 266061；3. 美國夏威夷大學(xué) 氣象系，美國 夏威夷 火奴魯魯 96822)

熱帶印度洋SST的日變化幅度受到大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-Julian Oscillation，MJO)的調(diào)制，其在MJO對流最強(qiáng)(弱)位相達(dá)到極小(大)值，并且在MJO對流增強(qiáng)位相顯著強(qiáng)于其對流減弱位相。本文利用逐時(shí)的再分析海表通量強(qiáng)迫一維海洋混合層模式，定量地診斷了MJO事件中SST日變化的差異成因。結(jié)果表明，SST日變化在MJO對流最強(qiáng)與最弱位相的顯著差異主要是由短波輻射的季節(jié)內(nèi)變化所致(40%)，其次是風(fēng)應(yīng)力(38%)和潛熱通量(14%)，其他要素的影響較小。而SST日變化在MJO對流增強(qiáng)與減弱位相所呈現(xiàn)的不對稱特征，主要是由緯向風(fēng)應(yīng)力的不對稱性所致，這是MJO擾動(dòng)結(jié)構(gòu)與背景環(huán)流相互作用的結(jié)果。

SST日變化；季節(jié)內(nèi)振蕩；一維混合層模式

1 引言

季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-Julian Oscillation，MJO)[1]是活躍于熱帶大氣的行星尺度擾動(dòng)現(xiàn)象，表現(xiàn)為大氣深對流活動(dòng)及相關(guān)擾動(dòng)環(huán)流的周期性交替，尤以冬半年最為顯著。MJO生成于熱帶西印度洋，以沿赤道向東傳播為主，其在印度洋-太平洋暖池區(qū)達(dá)到最強(qiáng)，隨后逐漸減弱并消失于東太平洋，其典型周期在45 d左右。MJO是銜接天氣尺度變化和低頻氣候過程的重要橋梁，對熱帶氣旋、亞澳季風(fēng)、印度洋偶極子和ENSO等都具有重要影響[2]。

海-氣相互作用在MJO的生成和發(fā)展過程中扮演了重要角色。大量數(shù)值模擬研究已經(jīng)證實(shí)了季節(jié)內(nèi)尺度的海氣耦合對MJO模擬[3—6]和預(yù)報(bào)[7—8]的重要性；然而，其中的物理機(jī)制迄今還不甚明朗。SST是海洋與大氣相互作用的主要介質(zhì)，SST的變化既反映了大氣的強(qiáng)迫效應(yīng)，又對大氣運(yùn)動(dòng)存在反饋?zhàn)饔?，明確MJO事件中SST的控制機(jī)制是揭示其中海-氣相互作用的重要突破口。

SST通過多種尺度過程與MJO相聯(lián)系，其中日變化是一種重要的影響途徑[9]。SST的日變化是一種非常顯著的高頻信號[10]，在晴朗無風(fēng)的熱帶海域，其日變化幅度可達(dá)2～3℃[11—13]。在MJO影響下，SST的日變化存在明顯的季節(jié)內(nèi)差異。Sui等[14]通過分析西太平洋浮標(biāo)觀測資料發(fā)現(xiàn)，SST日變化幅度在MJO對流抑制階段顯著強(qiáng)于其對流活躍階段。衛(wèi)星觀測資料也顯示出與上述結(jié)果類似的位相特征[15]。作為MJO的活躍區(qū)域，印度洋的SST日變化也受到MJO的調(diào)制。Mujumdar等[16]利用浮標(biāo)觀測資料指出，孟加拉灣北部的SST日變化幅度在MJO不同階段存在明顯差異，MJO對流活動(dòng)越強(qiáng)(弱)時(shí)，SST的日變化幅度越小(大)。赤道東印度洋的浮標(biāo)觀測資料也反映出與之一致的結(jié)果，并且一維海洋混合層模式可以很好地再現(xiàn)這種位相特征[17]。

大氣通過海表熱量通量、動(dòng)量通量和淡水通量對SST的變化產(chǎn)生影響，這也是MJO調(diào)制SST的必然途徑。已有的觀測資料顯示出SST日變化存在顯著的季節(jié)內(nèi)差異，但是，其中的控制機(jī)制尚不明確。那么，MJO是如何調(diào)制SST日變化特征的呢？即以上各要素的相對貢獻(xiàn)各有多大呢？本文在楊洋等[17]研究的基礎(chǔ)上，利用逐時(shí)的再分析海表通量強(qiáng)迫一維海洋混合層模式，在驗(yàn)證其適用性基礎(chǔ)上，通過敏感性實(shí)驗(yàn)定量地診斷MJO各位相SST日變化特征的差異成因，為其后揭示SST日變化對MJO的反饋?zhàn)饔玫於ɑA(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

本文采用的逐時(shí)SST資料來自Research Moored Array for African-Asian-Australian Monsoon Analysis and Prediction (RAMA)[18]浮標(biāo)陣列位于1.5°S，90°E的浮標(biāo)，時(shí)間跨度為2002年1月1日至2010年10月15日。該浮標(biāo)位于赤道東印度洋，處于MJO的活躍區(qū)域，并且它也是印度洋現(xiàn)有浮標(biāo)陣列中持續(xù)觀測時(shí)間最長的浮標(biāo)。為了表征大氣深對流過程，我們采用了National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA)提供地逐日的大氣對外長波輻射(Outgoing Longwave Radiation，OLR)資料。在強(qiáng)迫一維混合層模式時(shí)，本文采用了National Aeronautics and Space Administration (NASA)提供的Modern Era-Retrospective Analysis for Research and Applications (MERRA)[19]逐時(shí)海表通量數(shù)據(jù)，水平分辨率為(2/3)°×(1/2)°。

2.2 方法

通過選取MJO事件并按位相合成的方法診斷MJO對SST的調(diào)制過程。以5°S～5°N，85°～95°E區(qū)域平均的20～90 d帶通濾波的OLR為標(biāo)志，當(dāng)北半球冬半年某次過程的OLR正負(fù)異常值均超過1倍標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)則選定此MJO事件，據(jù)此共選取了19個(gè)MJO事件(表1)。為體現(xiàn)季節(jié)內(nèi)差異，每次MJO事件選取5個(gè)代表性時(shí)刻：對流最活躍時(shí)(OLR極小值)定義為0°；相鄰的前、后兩個(gè)對流最弱時(shí)刻(OLR極大值)分別為-180°和+180°；相應(yīng)的對流的增強(qiáng)和減弱時(shí)刻，即OLR異常值接近于0時(shí)分別為-90°和+90°。為了減小分析誤差，在每個(gè)代表性時(shí)刻的前后再各取2 d，以此5 d的平均狀態(tài)代表相應(yīng)的位相(見圖1)。需要說明的是，當(dāng)兩次MJO事件連續(xù)發(fā)生時(shí)，前一MJO事件的180°位相與后一MJO事件的-180°位相重合，故表1中的某些MJO事件起始時(shí)間有所交叉。

表1 MJO事件列表

圖1 MJO位相的定義示意圖 Fig.1 The phase definition of MJO progress depending on the 20 to 90 days filtered OLR

為診斷SST的控制機(jī)制，本文利用了PWP一維整體海洋混合層模式[20]，該模式已被廣泛地用于熱帶地區(qū)SST的日變化和季節(jié)內(nèi)變化的模擬研究[12，21]。熱通量、動(dòng)量通量和淡水通量是PWP模式的海表強(qiáng)迫項(xiàng)。其中，熱通量分為海表短波輻射(SW)、凈長波輻射(LW)、潛熱通量(LH)和感熱通量(SH)，動(dòng)量通量為風(fēng)應(yīng)力(WS)，淡水通量為蒸發(fā)與降水之差(EP)。該模式在動(dòng)力不穩(wěn)定模型的基礎(chǔ)上，引入了風(fēng)致混合參數(shù)化方案。上層海洋的垂直混合主要有3種方式：(1)通過與附近網(wǎng)格的混合使整個(gè)混合層滿足靜力穩(wěn)定；(2)通過設(shè)置整體Richardson數(shù)(Rb)來控制混合層底的卷入與卷出；(3)通過設(shè)置梯度Richardson數(shù)(Rg)來消除混合層底與下層水體之間巨大的速度梯度。驅(qū)動(dòng)PWP混合層模式時(shí)，采用了最新的MERRA逐時(shí)海表通量數(shù)據(jù)，模擬時(shí)間為2002-2010年，運(yùn)行的時(shí)間分辨率為1 h，垂向分辨率為0.5 m，模式中的參數(shù)主要借鑒前人的研究[20]，臨界Rb和Rg分別取0.65和0.25。

大氣通過海表熱通量，動(dòng)量通量和淡水通量來影響SST，為了體現(xiàn)各強(qiáng)迫通量的季節(jié)內(nèi)差異對SST日變化的影響，我們通過下述處理構(gòu)造了各強(qiáng)迫通量的新序列：

(1)對原始序列I進(jìn)行逐時(shí)平均，得到平均態(tài)的日變化時(shí)間序列A；

(2)通過對原始序列I進(jìn)行90 d低通濾波，剔除其季節(jié)內(nèi)變率，得到低頻的背景時(shí)間序列B；

(3)將序列A與B疊加得到新的時(shí)間序列F，則序列F即可認(rèn)為是僅剔除了季節(jié)內(nèi)變率但仍保留有高頻日變化和低頻背景變化的新序列。

為了診斷某一特定強(qiáng)迫項(xiàng)的季節(jié)內(nèi)變化對SST日變化的影響，設(shè)計(jì)了14組敏感性測驗(yàn)，其方案見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)名稱及所用強(qiáng)迫類型

續(xù)表2

注：I代表原始序列，F(xiàn)代表剔除了季節(jié)內(nèi)變率的序列。

3 結(jié)果

盡管有研究強(qiáng)調(diào)了海洋水平溫度平流對特定MJO事件的重要性[22]，但Zhang和Aderson[23]的研究表明在水平溫度梯度很小的熱帶區(qū)域，水平平流對SST的作用可以忽略，PWP模式可以很好的再現(xiàn)SST的季節(jié)內(nèi)變化特征。鑒于本研究涉及的浮標(biāo)位于東印度洋暖池區(qū)，水平溫度梯度較小，一維海洋混合層模式在原則上具有可行性。楊洋等[17]以浮標(biāo)觀測的海表通量來強(qiáng)迫PWP混合層模式，已對PWP模式在該區(qū)域的適用性進(jìn)行了初步驗(yàn)證。本文采用了MERRA再分析的海表強(qiáng)迫通量驅(qū)動(dòng)一維PWP模式，其SST模擬結(jié)果也說明了該模式在本研究中的合理性(見圖2)。

從周期性特征來看(見圖2a、c)，SST日變化的模擬結(jié)果和觀測結(jié)果具有很好的一致性。SST在6時(shí)至8時(shí)達(dá)到全天最小值，而在14時(shí)至16時(shí)達(dá)到全天最大值。而且，一維模式也成功再現(xiàn)了SST日變化在MJO各個(gè)位相的差異，這種差異主要體現(xiàn)在SST日變化幅度上，即SST日最大值與最小值的差(見圖2b、d)。SST日變化幅度與MJO對流呈直接反位相關(guān)系，即在對流活動(dòng)最強(qiáng)時(shí)(0°)，SST的日變化幅度最小，在對流活動(dòng)最弱時(shí)(±180°)，SST的日變化幅度最大。在對流的增強(qiáng)(-90°)和減弱階段(+90°)，SST的日變化幅度存在明顯的不對稱性，前者強(qiáng)于后者。

在未考慮水平平流效應(yīng)的情況下，一維PWP模式對SST日變化的周期性具有非常好的模擬能力，但對SST日變化幅度的模擬存在一定誤差。在MJO的5個(gè)位相，其模擬誤差分別為9%、11%、35%、27%和1%，這部分誤差可能源于水平平流效應(yīng)，也可能源于再分析海表資料或者系統(tǒng)誤差。盡管如此，一維模式較好地抓住了SST日變化幅度的季節(jié)內(nèi)差異特征，其診斷結(jié)果具有一定的代表性。為揭示MJO事件中SST日變化幅度的差異原因，我們利用PWP模式設(shè)計(jì)一系列敏感性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行診斷，各組實(shí)驗(yàn)的介紹見表2。

3.1 MJO對流活躍位相與抑制位相的對比分析

Price等[20]較為系統(tǒng)的描述了SST的日變化過程，并指出海表面短波輻射在白天與夜晚的不對稱分布是造成SST日變化的主要原因。本文的數(shù)值實(shí)驗(yàn)也證明，只有保留短波輻射的日變化，SST的日變化特征才會(huì)存在；在保留短波輻射日變化的前提下，本文各組實(shí)驗(yàn)?zāi)M的SST日變化過程接近一致，即SST最大值出現(xiàn)在14時(shí)到16時(shí)左右，最小值出現(xiàn)在6時(shí)到8時(shí)左右。在MJO事件中，SST日變化的差異主要體現(xiàn)在變化幅度上，也即最大值與最小值之差。在對流活動(dòng)最弱時(shí)，SST日變化幅度達(dá)到最大值；在對流活動(dòng)最強(qiáng)時(shí)，SST日變化幅度達(dá)到最小值，二者相差0.6°C左右(見圖2)。那么，其中的控制過程是什么呢？表2中的前7組敏感性實(shí)驗(yàn)即用于分析該問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 MJO對流抑制位相與活躍位相SST日變化幅度的差異及各強(qiáng)迫項(xiàng)的貢獻(xiàn)Fig.3 The difference of diurnal range of SST between suppressed and active phase of MJO calculated from model results

在CTL run中，各強(qiáng)迫項(xiàng)均采用原始序列，PWP模式再現(xiàn)了SST日變化幅度在對流抑制位相與活躍位相的差異，與浮標(biāo)觀測資料相一致。SW run至EP run實(shí)驗(yàn)分別體現(xiàn)了單一強(qiáng)迫項(xiàng)的季節(jié)內(nèi)變化對上述差異的貢獻(xiàn)大小，而且這6組實(shí)驗(yàn)的總和(淺灰色柱)與CTL run相當(dāng)，這說明本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是基本可行的。診斷表明，對于SST日變化幅度在MJO對流抑制位相與活躍位相存在的顯著差異，短波輻射(SW)的貢獻(xiàn)起主要作用，占40%；其次是風(fēng)應(yīng)力(WS)，占38%；第三位是潛熱通量(LH)，占14%；而感熱通量(SH)、長波輻射(LW)和淡水通量(EP)的作用相對微弱。以下將對3個(gè)主要因素展開討論，其他因素不再詳述。

短波輻射日變化的季節(jié)內(nèi)差異是調(diào)制SST日變化幅度的主要因素。由圖4可以看出，在MJO對流抑制位相短波輻射在正午時(shí)可達(dá)到800 W/m2，而在對流活躍位相卻只有500 W/m2左右，二者的差異在正午時(shí)刻可以超過300 W/m2。因此，在正午的SST快速升溫階段，對流抑制位相的短波加熱效應(yīng)顯著強(qiáng)于對流活躍位相，由此導(dǎo)致了兩位相的SST日變化幅度的差異。

盡管各熱通量均存在一定的日變化，但相對于短波輻射來說，其他通量的日變化幅度非常微弱。潛熱通量的日變化幅度在MJO各個(gè)位相均不足20 W/m2，且日變化的周期特征不明顯，但其日平均值存在顯著的季節(jié)內(nèi)差異。潛熱釋放在對流抑制位相只有90 W/m2左右，而在對流活躍位相卻超過150 W/m2，它通過與混合層的日變化相互作用來調(diào)制SST的日變化幅度。在白天的SST升溫階段，混合層很淺，較多的凈熱收入使對流抑制位相的SST升溫幅度顯著強(qiáng)于對流活躍位相；而在夜間的SST降溫階段，由于混合層劇烈加深[17]，對流抑制位相的SST降溫幅度只是稍強(qiáng)于對流活躍位相。這種混合層深度的晝夜不對稱，使MJO對流抑制位相的SST日變化幅度會(huì)稍強(qiáng)于其對流活躍位相，但該調(diào)制過程的貢獻(xiàn)較小，僅占14%左右。

圖4 MJO對流抑制位相(±180°)和對流活躍位相(0°)各海表面熱通量的對比Fig.4 The comparison of sea surface heat fluxes between suppressed (±180°) and active (0°) phase of MJO

在PWP模式中，風(fēng)應(yīng)力是作為動(dòng)量通量給定的，它的變化不會(huì)影響潛熱和感熱通量的變化，僅體現(xiàn)了風(fēng)應(yīng)力通過動(dòng)力過程對SST的日變化的影響。圖5給出了風(fēng)應(yīng)力在MJO對流活躍與抑制位相的合成圖，及相應(yīng)的WS實(shí)驗(yàn)中混合層內(nèi)轉(zhuǎn)換層(Transition layer)深度在上述兩位相的對比。根據(jù)Price等[20]的理論，轉(zhuǎn)換層位于混合層內(nèi)，更利于表征由風(fēng)應(yīng)力引起的混合層底的夾卷效應(yīng)以及切變流不穩(wěn)定性，所以我們在此用轉(zhuǎn)換層來表征風(fēng)應(yīng)力對海洋上層垂直混合的作用。從圖中可以看出，在對流抑制位相，風(fēng)應(yīng)力非常小，幾乎接近于0。這種近乎無風(fēng)的狀態(tài)致使海洋的垂直混合非常弱，相應(yīng)的海面吸收的熱量只能限制在很淺的表層(見圖5b)，在白天加熱最強(qiáng)的中午，海表轉(zhuǎn)換層深度只有5 m左右，從而使SST迅速的升高。相反，在對流活躍位相，風(fēng)應(yīng)力最大可超過0.08 N/m2。強(qiáng)烈的風(fēng)力會(huì)對海洋產(chǎn)生劇烈的攪動(dòng)，海表的垂直混合強(qiáng)烈，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層加深，即使在白天加熱最強(qiáng)的中午，最淺的轉(zhuǎn)換層深度也要超過20 m。在相同的熱力強(qiáng)迫下，熱量會(huì)被更快的混合到較深的海洋中去，所以在對流活躍位相，SST的升溫并不明顯，日變化幅度較小。

圖5 MJO對流抑制位相(±180°)和對流活躍位相(0°)的海面風(fēng)應(yīng)力對比(a)和風(fēng)應(yīng)力所致的轉(zhuǎn)換層深度的對比(b)Fig.5 The comparison of sea surface wind stress (a) and the transition layer depths (b) between suppressed (±180°) and active (0°) phase of MJO

3.2 MJO對流增強(qiáng)位相與減弱位相的對比分析

在MJO事件中，對流的增強(qiáng)與減弱階段，即在±90°位相，SST的日變化幅度存在明顯的不對稱性(見圖2)。從觀測來看，在對流增強(qiáng)階段(-90°)，SST的日變化幅度可達(dá)到0.54℃；但是在對流減弱階段(90°)，SST日變化幅度只有0.36℃。鑒于PWP模式可以再現(xiàn)這種位相差別，因此我們設(shè)計(jì)了7組敏感性實(shí)驗(yàn)，以探明這種不對稱性的原因。

如表2中第8組至第14組實(shí)驗(yàn)，其中CTL0實(shí)驗(yàn)表示所有海表強(qiáng)迫通量的季節(jié)內(nèi)變率均已被剔除，而SW0至EP0實(shí)驗(yàn)表示只有相應(yīng)的強(qiáng)迫項(xiàng)剔除了季節(jié)內(nèi)變率。如CTL0實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示(見圖6b)，將所有海表通量的季節(jié)內(nèi)變率剔除以后，SST的日變化幅度在MJO各個(gè)位相基本無差別，其季節(jié)內(nèi)變化特征消失。逐項(xiàng)測試表明，唯有剔除風(fēng)應(yīng)力的季節(jié)內(nèi)變化時(shí)(也即WS0實(shí)驗(yàn))，SST日變化幅度在±90°位相才接近相等(見圖6d)，其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果均保留了這種不對稱性。這說明海表面風(fēng)應(yīng)力在±90°位相的差異是造成該位相SST日變化不對稱的主要原因。除風(fēng)應(yīng)力外，其他海面強(qiáng)迫項(xiàng)在±90°位相基本呈現(xiàn)對稱分布(圖略)，對上述兩個(gè)位相的SST日變化差異基本無貢獻(xiàn)。

前人的研究已經(jīng)指出，緯向風(fēng)的季節(jié)內(nèi)變化是MJO事件中動(dòng)量通量擾動(dòng)的主要原因[24]，經(jīng)向風(fēng)的擾動(dòng)可忽略不計(jì)[25]。從圖7給出的海表面風(fēng)應(yīng)力在MJO對流增強(qiáng)與減弱位相(±90°)的日變化曲線可以看出，風(fēng)應(yīng)力的緯向分量在兩個(gè)位相存在較大的差異，而經(jīng)向分量的離散性并不大，所以緯向風(fēng)應(yīng)力的季節(jié)內(nèi)差異是造成±90°位相SST日變化幅度產(chǎn)生不對稱性的主要原因。通過前文的分析我們知道(2.1)，風(fēng)應(yīng)力的強(qiáng)弱與SST日變化幅度成負(fù)相關(guān)性。在-90°位相，緯向風(fēng)應(yīng)力維持在0.015 N/m2左右，這種弱的風(fēng)應(yīng)力無法使海洋上層產(chǎn)生強(qiáng)的垂直混合，海洋混合層相對較淺，從而SST日變化較強(qiáng)。而在+90°位相，緯向風(fēng)應(yīng)力可以達(dá)到0.03 N/m2左右，強(qiáng)烈的風(fēng)應(yīng)力會(huì)加強(qiáng)海洋的垂直混合，海洋混合層變深，海表吸收的熱量更快的與深層的冷水混合，從而減弱SST的日變化強(qiáng)度。因此，在這種不對稱風(fēng)應(yīng)力的調(diào)制下，SST日變化幅度在±90°位相產(chǎn)生了差異。

其他海面通量在±90°位相基本呈對稱分布的情況下，為何緯向風(fēng)應(yīng)力在這兩個(gè)位相具有顯著的不對稱性？這是MJO空間結(jié)構(gòu)與背景環(huán)流共同作用的結(jié)果。MJO事件中，深對流位于海面風(fēng)場的輻合中心之上。受對流輻合的影響，對流西側(cè)會(huì)出現(xiàn)西風(fēng)異常，而東側(cè)則是東風(fēng)異常，并且西風(fēng)異常顯著強(qiáng)于東風(fēng)異常。在冬半年，赤道東印度洋受背景西風(fēng)控制，同時(shí)MJO及相應(yīng)的擾動(dòng)環(huán)流沿赤道自西向東移動(dòng)。在-90°位相，對流位于浮標(biāo)位置以西，此時(shí)浮標(biāo)點(diǎn)受MJO對流東側(cè)的異常東風(fēng)控制，它與背景西風(fēng)相疊加會(huì)使緯向風(fēng)應(yīng)力減弱；而在+90°位相，對流位于浮標(biāo)位置以東，此時(shí)浮標(biāo)點(diǎn)受MJO對流西側(cè)的異常西風(fēng)控制，它與背景西風(fēng)相疊加導(dǎo)致緯向風(fēng)應(yīng)力顯著加強(qiáng)。由此，MJO事件中緯向風(fēng)應(yīng)力的大小在±90°位相具有了不對稱性。

4 結(jié)論

在MJO調(diào)制下，熱帶印度洋SST的日變化幅度呈現(xiàn)顯著的季節(jié)內(nèi)差異。在MJO對流活動(dòng)最強(qiáng)(弱)時(shí)，SST的日變化幅度最小(大)；并且MJO對流增強(qiáng)階段的SST日變化幅度顯著強(qiáng)于其對流減弱階段。為揭示MJO事件中上述SST日變化特征的差異成因，我們利用MERRA逐時(shí)海表面通量資料強(qiáng)迫PWP一維整體混合層模式定量的進(jìn)行了診斷分析。

圖6 8組敏感性實(shí)驗(yàn)中MJO各位相SST日變化幅度的對比Fig.6 The comparison of diurnal range of SST in different phase of MJO from 8 sensitive runs listed in Tab.2

圖7 MJO對流增強(qiáng)位相(-90°)與對流減弱位相(+90°)的海面風(fēng)應(yīng)力對比Fig.7 The comparison of sea surface wind stress between developing (-90°) and decaying (-90°) phase of MJO

總體上，PWP模式可以成功再現(xiàn)SST日變化特征的季節(jié)內(nèi)差異。而相應(yīng)的敏感性實(shí)驗(yàn)表明，SST日變化幅度在MJO對流最弱與對流最強(qiáng)時(shí)的顯著差異主要是由短波輻射造成的，大約占40%；其次是風(fēng)應(yīng)力，占38%；第三位是潛熱通量，占14%；而感熱通量、凈長波輻射和淡水通量的作用相對微弱。SST日變化幅度在MJO對流增強(qiáng)與對流減弱階段的不對稱性，主要是與緯向風(fēng)應(yīng)力的不對稱有關(guān)。緯向風(fēng)應(yīng)力在MJO對流減弱階段顯著強(qiáng)于其對流增強(qiáng)階段，由此導(dǎo)致的垂直混合差異是SST日變化幅度存在不對稱的誘因。而緯向風(fēng)應(yīng)力在上述兩個(gè)位相的差異是MJO空間擾動(dòng)結(jié)構(gòu)與背景環(huán)流相互作用的結(jié)果。

在本文設(shè)計(jì)的多組敏感性實(shí)驗(yàn)中，驅(qū)動(dòng)PWP模式時(shí)，各海表強(qiáng)迫項(xiàng)是獨(dú)立給定的，而在現(xiàn)實(shí)中，多個(gè)物理量之間可能存在聯(lián)系。如風(fēng)應(yīng)力的變化既能通過動(dòng)力效應(yīng)(垂直混合)，又能通過熱力效應(yīng)(潛熱和感熱通量)對SST施加影響。因此本文的數(shù)值實(shí)驗(yàn)屬于理想實(shí)驗(yàn)，人為隔離了風(fēng)應(yīng)力的動(dòng)力效果和熱力效果，然后給與了單獨(dú)評估；事實(shí)上，目前的數(shù)值實(shí)驗(yàn)未能針對風(fēng)應(yīng)力的影響實(shí)現(xiàn)綜合評估，更加全面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案有待提出。

本文僅以位于1.5°S，90°E的浮標(biāo)觀測數(shù)據(jù)為參考，通過引入PWP數(shù)值模式分析了SST日變化特征的季節(jié)內(nèi)差異，結(jié)論的代表性存在局限，不排除本文的分析結(jié)果在其他區(qū)域會(huì)有一定的誤差。鑒于本文已經(jīng)驗(yàn)證了MERRA逐時(shí)海表面通量與PWP混合層模式的結(jié)合在研究SST日變化特征時(shí)的可行性，進(jìn)一步的研究工作可以推廣到更多的觀測浮標(biāo)和更廣的海域，以獲取更具代表性的診斷結(jié)果。

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Modulation of Madden-Julian Oscillation on the diurnal cycle of SST in the tropical Indian Ocean——Results from one dimensional mixed layer model

Yang Yang1，2，Tim Li3，Li Kuiping2，Yu Weidong2，Liu Yanliang2

(1.CollegeofPhysicalandEnvironmentalOceanography，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China; 2.CenterforOceanandClimateResearch，F(xiàn)irstInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Qingdao266061，China; 3.IPRCandDepartmentofMeteorology，UniversityofHawaii，Honolulu，HI，USA)

Modulated by the Madden-Julian Oscillation (MJO)，the diurnal range of sea surface temperature (SST) peaks on the convection suppressed phase and drops to its lowest on the convection active phase. What’s more，this kind of diurnal range on the developing phase of MJO is much larger than that on the decaying phase. Using a one-dimensional ocean mixed layer model，forced by the newly developed hourly reanalysis of sea surface fluxes，the cause of the difference of diurnal range of SST during the evolution of MJO is diagnosed quantitatively. It is demonstrated that the intro-seasonal variation of sea surface shortwave radiation is the main reason for the striking difference of diurnal range of SST between suppressed phase and active phase of MJO (40%). The intra-seasonal variation of wind stress (38%) and latent heat flux (14%) are also important. Due to the scale interaction between MJO perturbation and background circulation，the asymmetry of zonal wind stress determines the asymmetry of diurnal range of SST between developing and decaying phase of MJO．

diurnal range of sea surface temperature (SST); Madden-Julian Oscillation; one dimensional ocean mixed layer model

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.004

2014-09-10；

2014-11-05。

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2014G03，GY02-2011G22)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41005032，41406034)；國家國際科技合作專項(xiàng)資助-孟加拉灣區(qū)域海洋觀測與對亞洲季風(fēng)影響合作研究(2010DFB20210)。

楊洋(1986—) ，男，山東省淄博市人，博士研究生，主要從事海-氣相互作用方面研究。E-mail：namedyy231@163.com

*通信作者：李奎平(1982—)，男，山東省濰坊市人，助理研究員，主要從事物理海洋學(xué)方面研究。E-mail：likp@fio.org.cn

P731.11

A

0253-4193(2015)05-0034-10

楊洋，Tim Li，李奎平，等. 季節(jié)內(nèi)振蕩對熱帶印度洋SST日變化的調(diào)制——一維混合層模式的診斷結(jié)果[J]. 海洋學(xué)報(bào)，2015，37(5)：34-43，

Yang Yang,Tim Li,Li Kuiping，et al. Modulation of Madden-Julian Oscillation on the diurnal cycle of SST in the tropical Indian Ocean——Results from one dimensional mixed layer model[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(5)：34-43，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.004