大氣季節內振盪

intraseasonaloscillation（ISO）

大氣中的30~60天振盪即為大氣季節內振盪。由於它直接同長期天氣變化和短期氣候異常有著密切關係，又同El nino的發生有一定的關係，近年來稱為氣候變化研究的重要前沿課題之一。

基本介紹

• 中文名：大氣季節內振盪
• 定義：大氣中的30~60天振盪
• 重要性：氣候變化研究的重要前沿課題之一
• 所屬領域：氣候學

研究歷史

大氣中的季節內振盪最先是在熱帶發現的。根據1957-1967年在坎頓島（美）的十年觀測資料，Madden 和Julian (1971) 通過譜分析首先發現太平洋地區熱帶大氣在風場和氣壓場的變化中存在40~60天的周期性振盪現象。其後，他們又證明這種周期性振盪在全球熱帶大氣中普遍存在。因此，人們把熱帶大氣季節內振盪稱為Madden 和Julian 振盪，或者MJO。

1979年在南亞地區進行的季風試驗（MONEX）對於大氣季節內振盪的研究起到了重要作用。通過對MONEX資料的分析，Krishnamurti 和Subrahmanyam(1982) 以及Murakami（1984）先後指出了南亞夏季風活動存在著明顯的30~50天振盪，並研究得到了這種低頻振盪的一些基本規律。其後，有關熱帶大氣30~60天振盪的研究便蓬勃開展起來。

同熱帶大氣中存在30~60天振盪一樣，中高緯度地區的大氣運動也有明顯的30~60天振盪，尤其是在高緯度地區。這最早是由Anderson和Rosen（1983）在研究緯向平均西風角動量的向北輸送時提出的。通過對東亞和北美急流的演變，極地渦旋的變化，東亞大槽的變化以及阿留申低壓系統等的功率譜分析，都可以發現在30~60天周期譜帶存在著顯著的譜峰，說明30~60天大氣振盪在中高緯度也是普遍存在的。

ISO的時空結構特徵

ISO的地域性特徵

大氣季節內振盪在全球都存在，但各地並不一樣，表現明顯的地域特徵。南亞地區和赤道太平洋地區較早就被人們認為是熱帶大氣IS0的主要活動區。但根據熱帶大氣ISO的動能分布，赤道東太平洋地區(160～100°W)也是持續的動能大值區，表明那裡也是熱帶大氣IS0的主要活動區。緯向平均的總擾動動能與緯向平均的30～60天振盪的動能的比較清楚地表明，熱帶地區和高緯度地區的大氣ISO振盪動能相對很重要，是ISO的最強活動地區；中緯度的ISO雖有較大的動能絕對值，但在總擾動動能中的比例並不大．因此相對來講，中緯度地區(30°～50°緯帶)並不是大氣ISO的重要活動地區。

ISO的水平傳播特徵

赤道地區的大氣季節內振盪主要表現為向東傳播，但也有西傳的情況；赤道以外的熱帶大氣ISO卻主要表現為向西傳播。中高緯度的ISO主要表現為向西傳播，但在高緯度地區的夏季，大氣ISO也有東傳的情況。開始，人們較一致地認為向北傳播是熱帶大氣ISO的經向傳播特徵。進一步分析發現，在不同地區及不同季節，熱帶大氣ISO的經向傳播特徵卻是不一樣的。例如，西北太平洋地區(130°E左右)，在冬季，30°N以南的大氣ISO基本上是向南傳播的；在夏季，大氣季節內振盪在15°N以南是向北傳播，而在15°N以北卻明顯向南傳播。

ISO的時間變化特徵

全球大氣中一年四季都存在ISO，但並非時時都一樣，即有明顯的時間變化，而且這種時間變化在不同緯度帶還有所不同。資料分析清楚地表明，熱帶大氣ISO在冬季時間和夏季時間的強度沒有很明顯的差別，但卻有極為清楚的年際變化。中高緯度的大氣ISO有極顯著的年變化(冬季強而夏季弱)，但年際變化相對其年變化卻顯得弱一些。

ISO的垂直結構特徵

一系列的分析研究都一致表明，熱帶大氣季節內振盪在垂直方向主要表現為“斜壓”結構特徵，其緯向風和溫度場隨高度明顯西傾，以至對流層上層與對流層下層呈反相特徵。然而，中高緯度的大氣ISO卻有典型的正壓垂直結構特徵，其高度場(溫度場)和風場擾動在對流層上層和下層有一致的分布形勢。

ISO的水平結構特徵

由於熱帶大氣ISO實際上是多尺度的，但主要為l波擾動，其水平結構也就主要表現為東西向“偶極子”特徵。高緯度的ISO不僅主要為2波和3波的擾動，而且其水平結構更多地表現為 Rossby 波列(即低頻波列)的特徵。

ISO的全球分布特徵

全球大氣ISO存在著極明顯的低頻遙相關型(波列)，北半球有歐亞一太平洋(EUP)波列，太平洋一北美(PNA)波列，南半球有澳洲一南非(ASA)波列和環南美洲(RUA)波列；而上述低頻波列可以有不同形式的相互聯繫和相互影響，南北半球的低頻相可作用也主要通過低頻波列。熱帶大氣ISO在冬季時間和夏季時間的強度沒有很明顯的差別，即季節變化較小，但卻有極為清楚的年際變化。中高緯度的大氣ISO有極顯著的年變化(冬季強而夏季弱)，但年際變化相對其年變化卻顯得弱一些。

ISO的動力學機制

一系列的動力學研究表明：積雲對流加熱反饋、大氣對外強迫的低頻回響和大氣非線性相互作用是激發和驅動熱帶大氣ISO的主要機制。大氣對外強迫的低頻回響、基本氣流的不穩定和大氣非線性相互作用是激發和驅動中高緯度大氣ISO的主要機制。海一氣耦合相互作用對激發產生熱帶大氣ISO有利。單獨的蒸發風反饋機制並不利於激發產生熱帶大氣ISO；但蒸發一風反饋作用可引起激發渡的不穩定，它同CISK機制一道考慮可以更好解釋熱帶大氣ISO的特徵和活動規律。

ISO與季風及ENSO的關係

ISO與東亞夏季風爆發的關係

亞洲夏季風的爆發與南海地區30～60天低頻振盪的活動有著密切關係，夏季風爆發前大氣季節內振盪的活動在南海地區有顯著加強；這裡大氣ISO的加強主要是其臨近地區(尤其是菲律賓以東)的30～60天低頻氣旋發展及其向西擴展的結果，而與孟加拉灣地區低頻氣旋的活動關係不明顯。菲律賓以東地區的大氣30～60天低頻氣旋的發展及其向西擴展對亞洲夏季風的爆發有重要作用。

ISO與東亞冬季風的關係

東亞冬季風的年際異常是造成赤道兩太平洋大氣30～60天低頻振盪年際變化的重要原因，強東亞冬季風將導致赤道西太平洋積雲對流加強，從而激發出較強的大氣30～60天低頻振盪；反之，如果東亞冬季風偏弱，則赤道西太平洋地區的積雲對流和大氣30～60天低頻振盪也都偏弱。

ISO與ENSO的關係

赤道西太平洋大氣30～60天低頻振盪有明顯的年際變化特徵，並與ENSO循環有較好的相關關係：在El Nino 爆發之前，赤道西太平洋出現大氣ISO動能正距平，大氣ISO異常偏強，且緩慢東移；而在El Nino爆發之後，西太平洋上大氣ISO便逐漸減弱。相反，在La Nina 爆發之前，赤道西太平洋的大氣30～60天低頻振盪偏弱。由於赤道西太平洋大氣30～60天低頻振盪與周圍環境場的相互作用，還可以導致赤道西太平洋上空緯向風的持續異常和向東擴展，對walker環流異常和ENSO的發生起著重要作用。

大氣季節內振盪的研究進展

自上世紀80年代以來，大氣季節內振盪，尤其是熱帶大氣季節內振盪一直是大氣科學研究的國際前沿之一．其研究結果不僅對於認識大氣運動的特徵和規律十分重要，而且對於提高和改進數值天氣和短期氣候預報有重要意義．但是，直到今天仍有不少科學問題尚未完全搞清楚，尤其是有關大氣ISO的數值模擬，以及如何在GCM中很好描寫大氣IS0的活動仍是尚待繼續研究的問題。