摘要
风暴轴是中纬度海气相互作用过程中关键的组成部分，对全球热量及水汽的输送有着重要作用。随着高分辨率观测资料及数值模式的应用，研究中小尺度海洋涡旋对风暴轴的影响可以进一步理解风暴轴的发展和演变机制，有助于完善中纬度地区海气相互作用理论，对于预测区域及全球气候变化有着重要意义。 本文首先利用ERA-Interim全球大气再分析资料，通过比较不同海温分辨率时期风暴轴的差异，阐明了海温分辨率的提高对风暴轴的影响。其次利用高分辨率海温资料（OISST）定义了反映中尺度海温变化强弱的指数，通过合成分析研究了中尺度海温不同位相时北太平洋风暴轴的差异。此外，利用全球大气模式（CAM4）揭示了不同模式分辨率下中尺度海温对风暴轴影响的差异，并利用高分辨率模式通过敏感性试验，进一步揭示了北太平洋风暴轴对中尺度海温响应的热力及动力机制。最后基于高分辨率耦合模式和高分辨率大气模式的试验结果，分析了与中尺度海温有关的海气耦合作用对风暴轴模拟的影响。所得的主要结论如下： （1）ERA-Interim再分析资料中海温分辨率的提高会显著影响黑潮延伸体附近区域风暴轴的强度。其主要的机制可以概括为，海温分辨率提高后，能够识别出海洋中尺度涡旋，通过海洋中尺度涡旋对应的中尺度海温异常影响了表面热通量的分布，并在边界层大气中通过气压调整和垂直动量混合作用在表面激发出辐合辐散，从而产生向上的垂直运动，进一步通过涡旋垂直通量，将低层的水汽和热量向自由大气输送，最后通过涡旋非绝热加热作用和斜压能量转换过程，增强了局地的风暴轴。 （2）黑潮延伸体附近区域中尺度海温与北太平洋风暴轴之间有紧密的联系。当中尺度海温偏强（弱）时，北太平洋风暴轴在其平均位置及偏南侧显著增强（减弱）。其影响机制可以概括为：当中尺度海温偏强（弱）时，风暴轴平均位置及偏南侧大气斜压性显著增强（减弱），通过斜压能量转换过程使得该区域有更多（少）的能量向涡旋动能转换，从而增强了该区域的风暴轴。此外，通过分析风暴轴平均位置南北两侧的垂直运动可以发现，当中尺度海温偏强时，南侧向上的涡旋垂直热量及动量通量更强，对应了风暴轴的增强；而当中尺度海温偏弱时，北侧存在显著的上升运动，使得涡旋垂直通量增强，有利于风暴轴在北侧增强。 （3）论文所选用的全球大气模式CAM4能够较好地模拟出北太平洋地区冬季平均的气候态以及风暴轴，但高分辨率模式模拟的风暴轴与再分析资料更接近。利用模式资料，本文进一步验证了中尺度海温对北太平洋风暴轴的影响，即当中尺度海温较强时，风暴轴会在其平均位置及偏南侧区域增强。然而，模式的水平分辨率对结果会产生一定影响。高分辨率大气模式中，风暴轴对中尺度海温的响应更强。 （4）利用高分辨率全球大气模式，通过去除与保留中尺度海温的一组对比试验发现，去除中尺度海温后，风暴轴在黑潮延伸体附近区域大约减弱了20%，而在下游地区则向南移动。其机制主要为，去除中尺度海温后，表面热通量减少，边界层的热力结构同控制试验存在明显差异，从而减弱了黑潮延伸体附近区域垂直运动，使得大气相对稳定，抑制了天气尺度涡旋的发展，从而减弱了风暴轴。 （5）高分辨率耦合模式和单独大气模式的对比分析表明，与中尺度海温相关的海气耦合作用对风暴轴的模拟会产生显著影响，主要表现为单独大气模式中风暴轴的位置相对于耦合模式偏北。尽管单独大气模式采用了耦合模式输出的海温作为下边界条件，但海温对大气的强迫作用并不相同，从而使得边界层内热通量、近表层风的辐合和边界层高度等方面产生中尺度的响应，并通过垂直运动影响了风暴轴平均位置南北两侧的垂直热量及水汽通量，进一步通过非绝热加热作用和能量转换过程影响风暴轴的分布。此外，在耦合模式中去除中尺度海温后，风暴轴在其平均位置上显著减弱，并且耦合模式中风暴轴的响应强于单独大气模式。
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