大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

屈丽玮,李春,马浩

(中国海洋大学物理海洋和海洋—大气相互作用与气候实验室,山东青岛 266100)

大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

屈丽玮,李春,马浩

(中国海洋大学物理海洋和海洋—大气相互作用与气候实验室,山东青岛 266100)

利用全球海洋—大气快速耦合模式(Fast Ocean-Atmosphere Model,FOAM),采用模式中的初值方法,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响。FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温“再现”过程,模式中海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流造成不同的影响。初冬季节北半球大气环流主要受海洋热通量异常的强迫,在北大西洋和北太平洋上空呈现相当正压的异常低压槽响应,北极地区为异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要受SST异常的驱动,在北大西洋和北太平洋上空表现为相当正压的异常高压脊响应,北极地区为异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。北太平洋大气环流的异常由北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流所激发,进一步通过Rossby驻波的能量频散东传至北太平洋而造成的。

大气环流;湾流;海温再现;气候响应

0 引言

大气环流对中纬度海洋变化的响应在海洋—大气相互作用领域是一个具有挑战性的问题。早期的研究表明,中纬度海表温度(sea surface temperarure,SST)变异和大气低频变异都表现出较为明显的大尺度特征[1-2]。在中纬度大洋上,月平均和季节平均的SST异常与其上的海表面气温异常的相关系数很高并强烈地依赖局地海—气相互作用[3-4]。观测资料的超前滞后相关分析和耦合模式的模拟结果表明,在中纬度地区以大气驱动海洋为主[2,5]。由于中纬度大气具有较强的内在变率以及受天气尺度波的调制作用,大气环流似乎对海温的强迫并不敏感。但也有研究指出,热带外SST异常能够作用于大气环流,从而对短期气候异常事件产生影响[6-9]。

海水的巨大热容量使得海洋具有“记忆”效应,在西边界流延伸体(包括黑潮延伸体和湾流延伸体)海区,在冬季强劲西风的混合作用下,SST异常能够下传到次表层并在次表层持续几年[9],这种次表层海温异常对海洋动力环境和气候系统有着怎样的影响,近年来开始受到气候学界的广泛关注[10-11]。在西边界流延伸体海区,混合层深度的季节变化使冬季的SST异常信号可以跨越夏季到次年冬季再次出现[12-13],这种现象被称为海温“再现”,其过程可以描述如下:冬季,大气强迫和海洋放热的共同作用形成SST异常,通过混合过程使得SST异常下传至较深的次表层;春夏季,海洋混合层变浅使得保留在次表层的SST异常信号被封存在季节性温跃层之下,秋冬季,随着海洋混合层再次加深,海水的混合和卷夹作用使被封存在次表层的SST异常信号再次出现在表层。基于观测资料的统计分析为海温再现的存在及其对大气环流的影响提供了大量的依据。Namias[1,6-7,12]发现北太平洋同一年春秋两季SST异常之间存在显著的相关,Alexander和Timlin[13]研究了北大西洋某几个海区的海温相关性,这两份工作都揭示出冬季和早春的SST与夏季季节性混合层下方的海温密切相关,同时秋季和上一年的冬季SST在海洋表层也表现出较好的相关。Czaja和Frankignoul[14-15]研究了SST和500 hPa位势高度场异常的超前滞后相关,发现在统计上最为显著的相关是冬季500 hPa位势高度场与6个月前的SST之间的超前滞后相关,从而提供了大气对海温异常再现响应的观测依据,并首次揭示了晚夏SST异常对早冬大气NAO(North Atlantic Oscillation,NAO)的可预报性。Cassou等[16]及Peng等[17]分别对晚夏的马蹄形SST异常如何影响早冬北大西洋涛动NAO的物理机制进行了探讨。

大气环流对中纬度SST变化的响应对于理解热带外气候变化是一个至关重要的问题,然而单纯的统计分析并不能回答中纬度SST如何影响大气环流,要揭示其中的动力学机制,必须借助数值模式。热带大气对SST表现出很强的线性响应,然而热带外大气对海温异常的响应较为复杂,其原因是中纬度大气内在变率很强,天气尺度波也在一定程度上起着调制作用。此前的许多研究采用大气环流模式并基于AM IP(Atmospheric Model Intercomparison Project)方法[18-21]来研究这一问题,即在模式中施加固定的SST异常来考察大气环流的响应,得到的结果不尽相同,大致可分为以下几类:(1)暖SST异常下游产生表层低压,并激发线性斜压响应;(2)暖SST异常下游激发相当正压高压系统(暖—脊响应);(3)大气响应表现出强烈的非线性;(4)对季节变化和符号变化都很敏感的其它响应方式。AM IP方法的缺陷在于没有考虑中纬度海洋对大气作用的时间尺度。最近Liu等[21]利用NCEP/NCAR再分析资料和海气完全耦合模式(FastOcean-Atmosphere Model,FOAM)相结合研究北太平洋黑潮延伸体海温异常对大气环流的影响,并指出在季节尺度上海洋对大气的作用很弱,而在年际和更长时间尺度上海洋对大气环流的作用凸显得很重要。湾流延伸体与黑潮延伸体区具有相似的海洋动力结构,北大西洋湾流区(65～45°W、35～43°N)对西欧和北美的气候有着显著的影响,同时作为热盐环流上支的一部分,湾流区的海洋低频变异对全球的气候也具有潜在的调节作用,因此研究湾流区海温“再现”对大气环流的影响对理解气候变异和短期气候预测具有一定的理论和实际意义,而目前关于这一问题的研究还相当缺乏。

本文利用一个全球海洋—大气完全耦合的数值模式,并采用Liu和Wu[22]在2004年提出的耦合模式初值实验方法模拟北大西洋湾流区海温再现现象,进一步利用统计方法研究海温变化引起的大气环流响应并探讨其气候影响,以深化对中纬度海—气系统年际变化机理的认识。

1 模式介绍与试验设计

1.1 模式介绍

模式是由美国Wisconsin大学研发的全球快速海气耦合模式FOAM1.5[23]。它的大气模块是NCAR的CCM模式,其中保留了CCM2的动力学框架并采用了CCM3的物理过程,模式分辨率是R15,垂直方向分为18层;海洋分量模块类似于GFDL的MOM,模式分辨率为2.8°×1.4°,垂直方向32层。模式还包含了海冰的热力学过程,没有采用通量订正。模式积分超过2 000 a,没有出现明显的气候态漂移。FOAM能很好地再现气候平均态的主要特征[23],以及北太平洋[24]和北大西洋[25]的气候变化模态。同时,FOAM的大气模块与其他大气环流模式类似,也能再现大气对中纬度SST异常的响应[22]。

1.2 实验设计方案

为了研究北大西洋湾流区海温“再现”对北半球大气环流的影响,采用耦合模式的初值方法,在9月底给湾流区海洋上层500 m加一个强度以正弦函数分布的椭圆形暖海温异常,中心强度为+2℃,平均为+1℃(图1)。每个初值试验运行4 a,从控制试验中不同状态开始运行200个初值试验(200个样本)。将每个初值试验与控制试验的差值作为对初值的响应,采用集合平均的方法,最终得到海气耦合系统的演变过程。所加的暖海温异常分布形状与观测相似,但强度大约是观测的2倍,目的是提高模式结果的信噪比。

图1 试验设计方案(等值线为海温,单位:℃)Fig.1 Experiment design(The contour is SST;units:℃)

2 湾流区海温“再现”过程

图2给出了湾流区海温再现的过程。当给海洋施加初始暖海温异常时,由于海气温差显著,异常暖的海洋主要通过感热向大气放热而使海温下降。秋季温跃层比较浅,海洋上层热含量较小,海温下降很快,在刚开始的1—2月内海温异常为0.7℃,降低了60%左右。秋末冬初时,大气西风急流和风暴轴加强,加强上层海洋混合,海洋混合层变深(可达400～450 m)。虽然海洋继续加热大气并失去热量并且海洋在12月份热量损失最大(34 W/m2),但是SST仍然增加。这是由于海水混合和卷夹作用将封存在季节温跃层下方的暖海温异常信号带到表层,增加上层海洋热含量,使SST增暖。在年际尺度上,海表风应力的变化会引起海洋的的动力响应(即海洋温跃层出现起伏),相应地使混合层底上卷海水温度出现变化,从而改变SST[26]。到晚冬季节,大气西风急流和风暴轴最强[27-28],海洋混合层达到最深,且海洋因加热大气而损失的热量约为25W/m2,海洋上层热含量也达到最大,由于海水的充分混合和卷夹使夏季被封存在季节温跃层下方的异常暖海温信号在海洋上层重现,同时SST暖异常也达到最大(约1.2℃),至此完成一次海温“再现”,与Timlin等[29]的研究一致。夏季,大气西风急流和风暴轴很弱,上层海洋混合减弱,海洋混合变浅(约为40 m),从而暖海温异常信号再次被封存在季节温跃层下方,并在下一年冬季再次在海洋上层重现。由于暖海温异常不断地加热大气而损失热量,使得海洋暖信号不断减弱。如此反复,海洋的异常信号可以在次表层持续几年。这种海温“再现”过程在上层海温的垂直剖面(图2c)上也表现得很清楚。

从图2还可以看到:海洋表面热通量的损失总是超前SST。滑动相关分析表明海洋表面热通量超前SST三个月的相关系数分别为0.64、0.77、0.76(通过99%置信水平检验)。海洋热通量与SST的同期相关系数为0.74,然而SST超前海面热通量一个月的相关系数为0.49(通过95%的置信水平检验但未达到99%)。SST超前海面热通量两个月的相关系数为0.19。这说明湾流区海温“再现”有两个峰值:一个受热通量驱动而引起,另一个是SST的作用。Peng等[30]利用大气环流模式研究大气对西北大西洋SST异常的响应时发现大气环流在初冬和仲冬季节对异常SST强迫的响应不同。Sutton和Mathieu[31]研究了海洋热通量对大气环流的影响。因此,湾流区海温“再现”过程中海面湍流热通量(潜热和感热)的峰值出现初冬季节,而SST的峰值出现仲冬季节,大气环流对这两个峰值响应可能不同。

图2 北大西洋SSTEOF第1模态的空间模态(a)、时间系数(b)及湾流区平均次表层海温(c;单位:℃;箭头表示海温再现时间)和表面湍流热通量EOF第1模态的空间模态(d)、时间系数(e)及SST与表面热通量EOF第1模态时间系数的超前滞后相关(f;虚线和实线分别表示通过95%和99%的置信水平检验)Fig.2 (a)Spacial mode and(b)principal component of the first EOF mode of SST in the North Atlantic;(c)the sub-surface oceanic temperature anomaly averaged over 35—43°N,65—45°W in the Gulf Stream(℃,the vectors represent reemergence time).(d)Spacial mode and(e)principal component of the first EOF mode of heat flux in the North Atlantic;(f)the lead-lag correlation efficient between the first principal components of SST and heat flux in the North Atlantic(The dashed and solid horizontal lines denote 95%and 99%confidence level respectively int-test)

3 海温“再现”对大气环流的影响

已有研究结果表明,西北大西洋海温异常对初冬季和晚冬季中纬度地区大气环流具有不同的影响[30]。为了考察海—气耦合模式中大气环流对湾流海温“再现”在初冬季和晚冬季的不同响应,给出了初冬季(10月—次年12月)和晚冬季(次年1—3月)的850 hPa和250 hPa位势高度场的响应(图3)。

图3 第1年初冬850 hPa(a)和250 hPa(b)位势高度,第1年晚冬850 hPa(c)和250 hPa(d)位势高度,第2年初冬850 hPa(e)和250 hPa(f)位势高度(单位:gpm;阴影表示超过95%置信水平t-检验)Fig.3 Geopotential height response at(a)850hPa and(b)250hPa in the early w inter of the first year;geopotential height response at(c)850hPa and(d)250hPa in the late w inter of the first year;geopotential height response at(e)850hPa and(f)250hPa in the early w inter of the second year(units:gpm;Shaded areas denote the significance of95%confidence level in t-test)

第1年初冬,湾流区海面热通量损失达到最大值(约30 W/m2),SST约为0.7℃(降低了60%)。但由于刚给海洋初始温度异常,海洋—大气处于调整期,中纬度大气内在变率很大,在季节内尺度上海洋对大气的影响不明显[24],因此大气环流并没有明显的响应信号(图3a,b)。在北太平洋和欧洲西部表现为相当正压的弱槽响应,而在亚洲大陆高层250 hPa上表现为脊的响应。大陆表面气温和全球降水也没有明显的响应(图略)。第1年晚冬,海水混合和卷夹作用把夏季被封存在次表层的暖海温异常信号带到海表,使SST增加到1.2℃。大气环流主要是对湾流区SST的响应,在湾流区下游大气强迫出准正压的高压脊异常,850 hPa高度场异常响应为8 gpm,250 hPa高度场异常响应为18 gpm(图3c,d)。北大西洋中纬度表面风场表现为异常反气旋式响应,从而减弱了中纬度西风,欧洲大陆上空出现东北风异常,导致欧洲和北非大陆冬季气温偏低-0.3℃(图4a)。降水的变化并不显著,只是在湾流区局地有降水正异常、下游有降水负异常响应(图4b)。北太平洋大气环流也表现出相当正压的高压脊异常响应,与北大西洋上空高压脊异常的强度和范围相当,在850 hPa和250 hPa层上位势高度场异常响应分别为12和18 gpm,并且在对流层上层250 hPa上异常高压脊一致西伸到亚洲西部,北极地区的异常低压槽向南延伸到亚洲北部(图3c,d)。同时表面风场受异常反气旋影响也出现了东风异常,把西北太平洋和南海上空的暖湿气流带到亚洲大陆东部[32-33],使亚洲大陆中南北冬季气温异常偏高0.3℃左右(图4a),我国东部中纬度降水增加0.45 mm/d,约占冬季降水的30%左右(图4b)。第2年秋末冬初,湾流区SST异常很弱(约0.2℃),海洋热通量依然很强(约12～18 W/m2),这个季节大气环流主要是对海洋热通量异常的响应。与第1年晚冬不同的是,在湾流区下游,大气环流对海洋热通量的响应表现为相当正压的异常低压槽[34-35],并与第1年晚冬的异常高压脊响应在量值上相当,在850 hPa和250 hPa上位势高度场异常响应分别为-12和-21 gpm(图3e,f)。湾流区下游表面风场表现为异常气旋式响应,从而加强了北大西洋中纬度的西风,使海洋了更多的热通量,把北大西洋中纬度暖湿空气带到欧洲和北非大陆,使欧洲南部和北非大陆初冬季节气温异常偏高0.3℃(图4c),降水场仅在湾流区局地及其下游地区有正异常响应,湾流区南侧的副热带北大西洋出现负降水异常(图4d)。与第1年晚冬类似,北太平洋也出现了相当正压的低压槽响应,与北大西洋上空大气环流异常的强度和范围相当,在850 hPa和250 hPa上位势高度场异常分别为-12和-18 gpm,并且在对流层上层250 hPa上异常低压槽分成两个中心,分布位于北太平洋西部和东部,亚洲大陆南部出现异常低压槽,北极极区的异常高压脊向南伸到亚洲北部(图3c,d)。

图4 第1年晚冬表面气温及风场(a;单位:℃,m/s)和降水场(b;单位:mm/d),第2年初冬表面气温及风场(c;单位:℃,m/s)和降水场(d;单位:mm/d)(阴影表示超过95%置信水平t-检验)Fig.4 (a)Surface air temperature(℃)and wind anomalies and(b)precipitation(m/s)in the late w inter of the first year;(c)surface air temperature(℃)and wind anomalies and(d)precipitation(m/s)in the early winter of the second year(Shaded areas denote the significance of95%confidence level in t-test)

第2年晚冬季节,湾流区SST又得到加强,比第1年晚冬季节SST异常弱40%。大气环流的异常响应与第1年晚冬季节相似,强度约减弱了一半(图略)。

综合上述分析,北大西洋湾流区海温再现对北半球大气环流和大陆表面气温及降水的影响在初冬季节和晚冬季节是不同的。初冬季节,北大西洋局地大气环流主要是对海洋热通量异常的响应,而中晚冬季节则主要是对海洋SST异常的响应,进一步通过Rossby波向东传播,影响亚洲和北太平洋地区大气环流和气候异常。图5表示按照Plum[36]方法计算得到的第1年晚冬250 hPa的Rossby波作用量的通量[37]。

图5 第1年晚冬250 hPa高度Rossby波作用量的通量(单位:m2/s2)Fig.5 Wave activity fluxes at 250 hPa in the late winter of the first year(units:m2/s2)

4 结论与讨论

利用全球海洋—大气快速耦合模式FOAM,采用模式中的初值方法,在北大西洋湾流区海洋上层500 m施加正弦函数分布的理想暖海温异常,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响,主要结论如下:

(1)FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温“再现”过程,并且海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季中、晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流产生不同的影响。

(2)初冬季节北半球大气环流主要是对海洋热通量异常的响应,在北大西洋和北太平洋上空出现相当正压的异常低压槽响应,北极地区则出现异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要是对SST异常的响应,在北大西洋和北太平洋上空出现相当正压的异常高压脊,北极地区出现异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。

(3)北太平洋大气环流的异常是北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流异常,通过Rossby驻波的能量频散效应向东传播到北太平洋造成的。

本文利用海气耦合模式研究了北大西洋湾流区海温“再现”对北半球大气环流和气候异常的影响,得到的初步结论与AM IP实验结果[32]不太一致,说明海气耦合在季节以上尺度对大气环流异常有重要的作用,而大气环流模式只能探讨给定SST异常对大气环流的影响,反过来大气环流的变化无法改变SST异常,因此AMIP实验结果可能不尽合理。此外,不同季节的大气响应和天气尺度涡旋反馈的作用是相联系的[38],涡旋反馈对于大气环流演变的具体调制作用还需要进一步的研究。热带地区的大气内在变率很小,主要是海洋强迫大气,因此大气环流对海温变化很敏感。而中纬度地区大气的内在变率很大,主要是大气强迫海洋。在季节尺度上,中纬度海洋对大气的作用不到10%,但在季节以上尺度上,中纬度海洋对大气环流的作用逐渐凸显出来。因此,中纬度海气相互作用的研究一直是一个难题。本文采用大量的初值试验集合来提高信噪比,并且将时间尺度锁定在年际尺度。统计发现研究北大西洋中纬度地区的海气相互作用至少需要80个集合试验[37],因此本文的结论是可信的,然而今后还需要进一步对该问题进行更为细致的研究。

致谢:中国海洋大学吴立新教授给出了建设性的建议,在此表示感谢。

[1] Namias J,CayanD R.Large-scale air-sea interactions and shortperiod climate fluctuations[J].Science,1981,214:869-876.

[2] Wallace J M,JiangQ.On the observed structure of the interannual variability of the atmosphere/ocean climate system:Atmospheric and oceanic variability[J].Quart J Roy Meteor Soc,1987,5:17-43.

[3] Frankignoul C.Sea surface temperature anomalies,planetary wave and air-sea feedback in the middle latitudes[J].Rev Geophys,1985,23:357-390.

[4] GillA E,Niiler P P.The theory of the seasonal variability in the ocean[J].Deep-Sea Res,1973,20:141-177.

[5] Davis R E.Predictability of sea surface temperature and sea level pressure anomalies over the North Pacific Ocean[J].J Phys Oceanogr,1976,6:249-266.

[6] Namias J.Seasonal interactions between the North Pacific Ocean and the atmosphere during the 1960's[J].Mon Wea Rev,1969,97(3):173-192.

[7] Namias J,Born R M.Temporal coherence in North Pacific sea-surfacetemperature patterns[J].JGeophys Res,1970,75:5952-5955.

[8] Ratcliffe R A S,Murray R.New lag associations between north Atlantic sea temperatures and European pressure,applied to longrange weather forecasting[J].QuartJ Roy Meteor Soc,1970,96:226-246.

[9] WhiteW B,WalkerA E.Time and depth scales of anomalous subsurface temperature anomalies at Ocean Weather Stations P,N and V in the north Pacific[J].J Geophys Res,1974,79:4517-4522.

[10] 祁丽燕,孙照渤,李忠贤.北太平洋冬季次表层热状况及其与中国东部夏季气候的关系[J].南京气象学院学报,2007,30(2):153-161.

[11] Namias J,Born R M.Further studies of temporal coherence in North Pacific sea surface temperatures[J].J GeophysRes,1974,79:797-798.

[12] Namias J,Yuan X J,Cayan D R.Persistence of north Pacific sea surface temperature and atmospheric flow patterns[J].J Climate,1988,1:682-703.

[13] AlexanderM A,TimlinM S.The reemergence of SST anomalies in the North Pacific Ocean[J].J Climate,1999,12:2419-2433.

[14] Czaja A,Frankignoul C.Influence of the North Atlantic SST on the atmospheric circulation[J].Geophys Res Lett,1999,26:2969-2972.

[15] Czaja A,Frankignoul C.Observed impact of Atlantic SST anomalies on the North Atlantic Oscillation[J].J Climate,2002,15:606-623.

[16] Cassou C,TerrayL,Hurrell J W,et al.North Atlantic winter climate regimes:spatial asymmetry,stationarity with time,and oceanic forcing[J].J Climate,2004,17:1055-1068.

[17] Peng S,RobinsonW A,Li SL,et al.Tropical Atlantic SST forcing of coupled North Atlantic seasonal responses[J].J Climate,2005,18:480-496.

[18] Palmer T N,Sun Z B.A modeling and observational study of the relationship between sea surface temperature in the north-west Atlantic and the atmospheric general circulation[J].Quart J Roy Meteor Soc,1985,111:947-975.

[19] Kushnir Y,Lau N C.The general circulation model response to a North Pacific SST anomaly:Dependence on time scale and pattern polarity[J].J Climate,1992,5:271-283.

[20] Peng S,Robinson W A,HoerlingM P.The modeled atmospheric response to midlatitude SST anomalies and its dependence on background circulation states[J].J Climate,1997,10:971-987.

[21] Liu Z,Liu Y,Wu L,et al.Seasonal and long-term atmospheric responses to reemerging north pacific ocean variability:A combined dynamical and statistical assessment[J].J Climate,2007,20:955-980.

[22] Liu Z,Wu L.Atmospheric response to North Pacific SST:the role of ocean-atmospherecoupling[J].JClimate,2004,17:1859-1882.

[23] Jacob R.Low frequency variability in a simulated atmosphere-oceansystem[D].Madison:University of Wisconsin-Madison,1997.

[24] Wu L,Liu Z,Gallimore R,et al.Pacific decadal variability:the Tropical Pacific Mode and the North Pacific Mode[J].J Climate,2003,16:1101-1120.

[25] Wu L,Liu.Z.North Atlantic decadal variability:Air-sea coupling,oceanic memory,and potential northern hemisphere resonance[J].J Climate,2005,18:331-349.

[26] 朱杰顺,周广庆,孙照渤.参数化次表层上卷海温改进ENSO模拟[J].大气科学,2006,30(5):939-951.

[27] Cayan D R.Latent and sensible heat flux anomalies over the northern oceans:Driving the sea surface temperature[J].J Phys Oceanogr,1992,22:859-881.

[28] Deser C,TimlinM S.Atmosphere-ocean interaction on weekly timescales in the North Atlantic and Pacific[J].J Climate,1997,10:393-408.

[29] TimlinM S,AlexanderM,Deser C.On the reemergence of North Atlantic SST anomalies[J].J Climate,2002,18:2707-2712.

[30] Peng S,Mysak A,Ritchie H,et al.The difference between early and middle winter atmospheric response to sea surface temperature anomalies in the northwestern Atlantic[J].J Climate,1995,8:137-157.

[31] Sutton R,Mathieu P P.Response of the atmosphere-ocean mixed layer system to anomalousocean heat flux convergence[J].Quart J Roy Meteor Soc,2002,128:1259-1275.

[32] 王永波,施能.夏季北大西洋涛动与我国天气气候的关系[J].气象科学,2001,21(3):271-278

[33] 严厉,王盘兴,管兆勇,等.大洋间海表温度遥联与中国冬季气温的关系[J].气象科学,2008,28(2):133-138.

[34] 高琦,孙照渤,邓伟涛.冬季北太平洋风暴轴的年代际变化[J].南京气象学院学报,2008,31(2):272-276.

[35] 胡跃文,杨小怡.北极涛动与北大西洋涛动的低频变化特征[J].气象科学,2007,27(3):316-322.

[36] Plumb A R.On the three-dimensional propagation of stationary waves[J].J Atmos Sci,1985,42:218-229.

[37] Li C,Wu L,WangQ,et al.An intimate coupling of ocean-atmospheric interaction over the extratropical North Atlantic and Pacific[J].Climate Dyn,2009,32(6):753-765.

[38] Peng S,RobinsonW A.Relationships between atmospheric internal variability and the responses to an extratropical SST anomaly[J].J Climate,2001,14:2943-2959.

Response of Atmospheric General Circulation to Oceanic Temperature's Reemergence in the Gulf Stream in North Atlantic

QU Li-wei,LIChun,MA Hao

(Physical Oceanography Laboratory&Ocean-Atmosphere Interaction and Climate Laboratory,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

By using a global fast ocean-atmosphere coupled model(FOAM)and its initial value method,the paper studied the process of anomalous oceanic temperature reemergence over the Gulf Stream region in North Atlantic and its impact on atmospheric general circulation and climate variability.FOAM well simulates the oceanic temperature reemergence process in the Gulf Stream.The sea surface heat flux and SST anomalies are not synchronized and peak at different times in the model.The heat flux anomaly peaks in early winter,while SST anomaly peaks in mid-late winter.The difference exerts different influences on atmospheric general circulation in early and mid-later winter.In early winter,atmospheric general circulation anomalies present anomalous barotropic troughs over the North Atlantic and the North Pacific respectively,and anomalous barotropic ridges over the Arctic region,which is similar to negative phase of Arctic Oscillation(AO)forced by the surface oceanic heat flux anomaly,causing anomalous war ming in theSouth Europe and the North Africa and anomalous cooling in the Asia.In late winter,atmospheric general circulation anomalies display anomalous barotropic ridges over the North Atlantic and the North Pacific respectively,and anomalous barotropic troughs over the Arctic region,which is similar to positive phase of AO forced by SST anomaly,causing anomalous cooling in the South Europe and the North Africa and anomalous warming in the Asia.In addition,precipitation increases by 30 percent in East China.Atmospheric general circulation anomalies over the north Pacific are propagated by stationary Rossby Wave flux from the North Atlantic,where atmospheric circulation anomalies are primarily forced by surface heat flux and SST anomalies in the Gulf Stream.

atmospheric general circulation;Gulf Stream;oceanic temperature reemergence;climatic response

P732.6

A

1674-7097(2010)05-0527-09

2009-02-14;改回日期:2009-05-05

国家自然科学基金资助项目(40906003);国家自然科学基金重点资助项目(40830106);国家重点基础研究发展计划项目(2007CB411801)

屈丽玮(1984—),女,陕西西安人,硕士,研究方向为海洋—大气相互作用与气候动力学;李春(通信作者),博士,研究方向为海洋—大气相互作用与气候变化,lichun7603@ouc.edu.cn.

屈丽玮,李春,马浩.大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应[J].大气科学学报,2010,33(5):527-535.Qu Li-wei,Li Chun,Ma Hao.Response of atmospheric general circulation to oceanic temperature's reemergence in the gulf stream in North Atlantic[J].Trans Atmos Sci,2010,33(5):527-535.

(责任编辑:刘菲)