进展: 非瞬时反馈对MJO东传的促进作用

Madden-Julian OscillationMJO)是一种活动于热带地区的行星尺度波动,对全球的天气-气候系统产生重要影响,也是实现延伸期(10-30天)预报的关键因子。MJO的一个基本特征是以5-8 m/s的速度缓慢向东传播。然而,目前的大气环流模式(GCM)对MJO东传的模拟能力还比较差,大部分模式模拟都存在MJO不移动,或MJO移动范围十分有限的问题。

南京大学谈哲敏教授团队于2019年提出了描述热带对流与大尺度波动相互作用的新机制——非瞬时反馈。该机制主要描述了潜热加热缓慢释放,水汽辐合缓慢累积的过程,对热带大尺度对流系统的组织与发展具有促进作用。由于MJO的东传主要依赖于东侧的浅对流辐合水汽以提供对流系统发展,非瞬时反馈机制可以有效地增强浅对流的这种效应,从而促使MJO进一步向东传播。

基于此,可以在对流参数化方案中修改对流闭合的条件,从而将非瞬时反馈机制“融入”数值模式中,验证非瞬时反馈是否有利于MJO的东传。本研究选取了Arakawa-SchubertTiedtkeKain-Fritsch这三种常见的对流参数化方案,设定浅对流的云底质量通量正比于过去6小时内的水汽辐合,并用修改前后的方案分别模拟了1996-2014年间的热带大气运动。模拟结果显示,修改后的数值模拟中MJO的信号得到增强,其传播的范围进一步向东延伸且更加接近于观测(图一)。相应的动力诊断分析也表明,非瞬时反馈机制使低层水汽辐合和对流加热都得到了加强。这证明非瞬时反馈显著提高了数值模式对MJO东传的模拟能力

该成果最近以“Enhanced Feedback between Shallow Convection and Low-Level Moisture Convergence Leads to Improved Simulation of MJO Eastward Propagation”为题发表在美国气象学会期刊《Journal of Climate》。该研究得到了国家重点研发计划项目“台风强度/结构变化的关键动力-热力过程及预报理论研究”以及国家重大仪器研发计划“台风追踪探测仪器”的资助。论文通讯作者为南京大学谈哲敏教授,第一作者为刘岩助理研究员。

 

图一 20-100天带通滤波的OLR与赤道印度洋上区域(80°-90°E5°S-5°N)内OLR的超前滞后相关的时空分布。(a)为观测结果,(b),(d),(f)为原始对流参数化方案的模拟结果,(c),(e),(g)为修改后方案的结果。图中斜线为8 m/s的参考线。

 

 

参考文献:

1.Liu, Y., Z.-M. Tan, and Z. Wu, 2019: Noninstantaneous Wave CISK for the Interaction between Convective Heating and Low-level Moisture Convergence in the Tropics. J. Atmos. Sci., 76, 2083–2101.https://doi.org/10.1175/JAS-D-19-0003.1.

 

 

2.Liu, Y., Z.-M. Tan, and Z. Wu, 2021: Enhanced Feedback between Shallow Convection and Low-level Moisture Convergence Leads to Improved Simulation of MJO Eastward Propagation, J. Climate, in press. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0894.1.