北半球冬季热带印度洋障碍层的变化对Madden-Julian Oscillation的触发及维持的潜在影响研究

As an important tropical system, Madden-Julian Oscillation (MJO) and its relationship with the ocean have a significant impact on the weather and climate, and attract more and more global attention. To explore these, Dynamics of the Madden-Julian Oscillation（DYNAMO）observations, reanalysis-based products, and other observational datasets are used to test the potential impact of tropical Indian Ocean barrier layer’s variety on the initiation and maintenance of MJO. Cloud evolution and moist static energy associated with the MJO life cycle over the tropical Indian Ocean during boreal winter will be discussed under different Ocean Barrier Layer（OBL）situation. A hypothesis about the control exerted by OBLs on the turbulent vertical heat flux at the base of the ocean mixed layer（OML）and consequently the sea surface temperature（SST) , and then the MJO will be established. Different convective trigger conditions identified from the above hypothesis will be explored using Weather Research and Forecasting (WRF) model experiments through the modifications of convection scheme. Overall, the target of our project is to improve medium-long-range forecast, especially the intraseasonal prediction.

热带大气30-90天尺度的季节内振荡（MJO）及其与海洋的相互作用对天气和气候都有显著的影响，对它的深入研究将为我国中长期天气预报能力的提升奠定夯实的基础。本项目拟以Dynamics of the Madden-Julian Oscillation（DYNAMO）科学考察和基于观测的再分析资料为基础，结合其它观测数据，通过对MJO和热带印度洋障碍层厚度（BLT）关联的定性和定量探讨，揭示BLT在MJO触发及维持中所扮演的角色，并提出一个基于BLT的MJO机理。同时将不同BLT-MJO条件下的湿度和热量限制运用于Weather Research and Forecasting（WRF）模式的积云对流参数化方案中，调试相应的对流触发条件，研究相关影响，以期提升模式对MJO的模拟能力。本项目研究对完善MJO的物理机制具有重要的理论意义，对我国达成从短期到长期的“无缝天气预报”具有实际应用价值。

本项目研究了热带大气中30-90天尺度的季节内振荡（MJO）、热带气旋生成、印度洋障碍层厚度、热带东风波等海气因子之间的相互关系，并进一步揭示了热带气旋生成的相关机理以及热带印度洋在季节内尺度上的海气相互作用。主要结论包括：.（1）在不同ENSO条件下，MJO对南海和西北太平洋热带气旋的生成有明显的调制作用。在南海地区，MJO对该海域热带气旋生成的调制作用在La Niña年表现得较强；在西北太平洋，El Niño年里MJO对该地区热带气旋生成的调制作用比La Niña年里的强。此外，在MJO调制南海热带气旋生成作用最强的La Niña年里，中层湿度项是该调制作用的第一贡献因子；在MJO调制西北太平洋热带气旋生成最强的El Niño年中，中层湿度项是起主导作用的贡献因子。这些研究结果将有利于提升对热带气旋生成的预报和预测能力。.（2）热带东风波单独发展成台风的可能性较小，且其向西移动的关键影响因子是对流层下层的涡旋拉伸项。在1979-2017年5月至9月期间的热带东风波中，只有小于10%的东风波逆着盛行的季风西风带穿过南海向中南半岛传播。涡度收支分析表明对流层下层的涡旋拉伸是推动少量东风波向西移动的关键因素，这表明了更强和更对流活跃的东风波倾向于进一步移动到发展的季风槽。这与之前的观测结果相呼应，即热带扰动单独发展成台风的可能性是有限的，因为这些扰动或东风波几乎总是需要与季风槽或季风环流相互作用来维持有组织的对流和旋转。该研究结果对台风生成的机理研究和华南沿海的防灾减灾具有重要的参考价值。.（3）北半球冬季热带中印度洋在季节内尺度上存在着较强的海气相互作用。印度洋障碍层平均厚度的大值区域分别位于东南阿拉伯海、孟加拉湾、赤道东印度洋和南印度洋，且印度洋大部分海域的障碍层厚度存在着显著的季节变化。同时，热带印度洋障碍层通过海气相互作用对MJO相关的对流、降水等过程有较强的影响，这揭示了热带印度洋在季节内尺度上存在着较强的海气耦合（大气季节内振荡-海洋上层），尤其是在北半球冬季的热带中印度洋。该研究结果有助于对MJO信号的模拟和预测，能为我国中长期天气预报能力的进一步提升提供科学借鉴。

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