• 沒有找到結果。

定義為第一類可預報度之影響因子(Shukla 1981)。在兩種影響因子 同時存在的情形下將難以區分上述二影響因子對於模式訊號來源和

氣環流反應之潛在可預報度研究。

該系列之模式資料,於近十幾年來被用來從事海氣交互作用的研 究。該些研究結果,使得海洋與大氣交互作用的議題上有極大的進 展。研究顯示(Lau et al. 1994;Lau et al. 2000;Lau et al. 2001;

Lau et al. 2003),伴隨 ENSO 所產生之印度洋地區季風環流變異以 間。Alexander 等人於 2002 年時,透過觀測與模式資料的分析,將 赤道地區東太平洋海溫變異與各大洋之間的環流變化建立清楚的聯 結。並且指出,海氣交互作用對於 PNA 地區的環流具有些微的影響,

而此些微之影響存在著明顯的季節變化。

以上的研究結果已針對局部海氣交互作用與赤道-中高緯度遙 相關之間的關係進行廣泛的討論,上述研究中雖然有比較模式系集成 員的差異(Lau et al. 1994;Lau et al. 2000;Lau et al. 2001;

Lau et al. 2003),卻沒有針對模式對赤道 SST 變化所產生之大氣訊

中均顯示較高之潛在可預報度,其中又以赤道地區最為顯著;中高緯

個區域各個季節對於潛在可預報度之影響為何?至於海氣交互作用 是如何影響潛在可預報度則是另一個需要探討的問題。本研究中利用 Warm-Cold 的分析方法來獲得這方面的一些解釋。透過比較 CTRL 與 MLM 二實驗中 MSLP 受到地表熱通量的改變,產生年際變化減弱或是 增強的差異,來解釋潛在可預報度受到海氣交互作用而減弱或是增強 的結果。

研究中發現,海氣交互作用修飾大氣潛在可預報度的機制存在著 區域性的差異,儘管如此,大部分地區,潛熱通量在大氣與海洋交換 能量的過程中,主要扮演負貢獻的角色,此與 Barsugli 與 Battisti 於 1998 年發現 AGCM 會產生較大之地表熱通量的結果一致。以北太平 潛在可預報度存在著些微的差距,而此些微差距透過 Monte-Carlo 的 檢驗方式獲得信心。由此可推知,大氣對於 DTEP 地區海溫變化一旦

產生反應,局部地區的海氣交互作用即開始扮演修飾此反應的角色。

修飾的作用主要有二,其一為提供負貢獻至大氣,此作用將造成潛在 可預報度之減弱;其二為維持環流強度,此作用將使 MLM 實驗組的潛 在可預報度高於環流強度迅速減弱的 CTRL 實驗。另一方面,由於大 氣與海洋間熱通量的交換與傳送以太平洋最為顯著,因此各變數與潛 在可預報度變化之相互關係也最為一致。

本研究比較了 AGCM 與耦合模式之潛在可預報度,其中使用之耦 合模式為 AGCM 外加一混合層模式,忽略了海洋動力的影響。在未來,

若能設計一組實驗,使 DTEP 地區以外的海洋與大氣為真正之耦合作 用,將能增進海氣交互作用對於潛在可預報度影響之了解。此外,若 能再加入一組 AMIP 方式之模擬資料,將有助於釐清海氣交互作用對 於潛在可預報度之真正影響。

參考資料

Alexander, M. A., J. D. Scott, and C. Deser, 2000: Processes that influence sea surface temperature and ocean mixed layer depth variability in a coupled model. J. Geophys.

Res., 105, 16 823–16 842.

—, I. Blade, M. Newman, J. R. Lanzante, N.-C. Lau, and J. D.

Scott, 2002: The Atmospheric Bridge: the Influence of ENSO Teleconnections on Air-Sea Interaction Over the Global Oceans. J. Climate , 15, 2205-2231.

Barsugli, J. J., and D. S. Battisti, 1998. The Basic Effects of Atmosphere-Ocean Thermal Coupling on Midlatitude Variability. J. Atmos. Sci., 55, 477-493.

Bengtsson, L., 1985: Medium-Range Forecasting-The experience of ECMWF. Bull. Amer. Meteor. Soc., 66, 1133-1146.

Bjerknes, J., 1966: A possible response of the atmospheric Hadley circulation to anomalies of ocean temperature.

Tellus, 18, 820-829.

—, 1969: Atmospheric Teleconnections from the equatorial Pacific. Mon. Wea. Rev. 97, 163-172.

Brankovic, C ., and T. N. Palmer, 1997: Atmospheric Seasonal Predictability and Estimates of Ensemble Size. Mon. Wea.

Rev., 125, 859-874.

Branstator, G. 1990: Low-Frequency Patterns Induced by Stationary Waves. J. Atmos. Sci., 47, 629-649.

Broccoli, A. J., and S. Manabe, 1992: The effects of orography on midlatitude Northern Hemisphere dry climates. J.

Climate, 5, 1181–1201.

Cayan, D. R., 1992: Latent and sensible heat flux anomalies over the northern oceans: Driving the sea surface temperature.

J. Phys. Oceanogr., 22, 859-881.

Charney, J. G., Fleagle, R. G., Riehl, H., Lally, V. E. and Wark, D. Q., 1966. The feasibility of a global observation and analysis experiment. Bull. Am. Meteorol. Soc. 47, 200–220.

Chen, W. Y., Huug M., and Van den Dool, 1997: Atmospheric Predictability of Seasonal, Annual, and Decadal Climate Means and the Role of the ENSO Cycle: A Model Study. J.

Climate, 10, 1236–1254.

Chen, W. Y.. 1989: Estimate of Dynamical Predictability from NMC DERF Experiments. Mon. Wea. Rev., 117, 1227–1236.

Chervin, R. M., 1988: Predictability of time-averaged atmospheric states. Physically-Based Modelling and Simulation of Climate and Climate Change—Part II, M. E.

Schlesinger, Ed., Kluwer Academic, 983–1008.

Gates, W. Lawrence, 1992: AMIP: The Atmospheric Model Intercomparison Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 73, 1962–1970.

Intercomparison Project (AMIP I). Bull. Amer. Meteor. Soc., 80, 29-55.

Gordon, C. T., and W. Stern, 1982: A description of the GFDL global spectral model. Mon. Wea. Rev., 110, 625–644.

Hoerling, M. P., A. Kumar and Min Zhong. 1997: El Niño, La Niña, and the Nonlinearity of Their Teleconnections. J. Climate, 10, No. 8, 1769–1786.

—, and A. Kumar, 2002: Atmospheric response patterns associated with tropical forcing. J. Climate, 15, 2184–2203.

Horel, John D. and John M. Wallace. 1981: Planetary-Scale Atmospheric Phenomena Associated with the Southern Oscillation. Mon. Wea. Rev., 109, 813–829.

Klein, S. A., B. J. Soden, and N.-C. Lau, 1999: Remote sea surface variations during ENSO: Evidence for a tropical atmospheric bridge. J. Climate, 12, 917–932.

Kumar, A. and M. P. Hoerling. 1995: Prospects and Limitations of Seasonal Atmospheric GCM Predictions. Bull. Amer.

Meteor. Soc., 76, 335–345.

Latif, M., Joachim Biercamp, Hans von Storch, Michael J. McPhaden and Edilbert Kirk, 1990: Simulation of ENSO Related Surface Wind Anomalies with an Atmospheric GCM Forced by Observed SST. J. Climate, 3, 509–521.

Lau, N.-C.,1985: Modeling the Seasonal Dependence of the Atmospheric Response to Observed El Niños in 1962–76. Mon.

Wea. Rev., 113, 1970–1996.

—, and M. J. Nath, 1994: A modeling study of the relative roles of tropical and extratropical SST anomalies in the variability of the global atmosphere–ocean system. J.

Climate, 7, 1184–1207.

—, and —, 2000: Impact of ENSO on the variability of the Asian–Australian monsoons as simulated in GCM experiments. J. Climate, 13, 4287–4309.

—, and —, 2001: Impact of ENSO on SST variability in the North Pacific and North Atlantic: Seasonal dependence and role of extratropical air–sea coupling. J. Climate, 14, 2846–2866.

—, and —, 2003: Atmosphere–Ocean Variations in the Indo-Pacific Sector during ENSO Episodes. J. Climate, 16, 1–20.

Lorenz, E. N., 1963b: The predictability of hydrodynamic flow.

Trans. NY Acad. Sci., Series II, 25, 409-432.

—, 1965: A study of the predictability of a 28-variable atmospheric model. Tellus, 17, 321-333.

—, 1984: Estimates of atmospheric predictability at medium range. Predictability of Fluid Motions, G. Holloway and B. J. West, Eds., Amer. Inst. Phys., 133-139.

Madden, R. A., 1976: Estimates of the Natural Variability of Time-Averaged Sea-Level Pressure. Mon. Wea. Rev., 104, 942–952.

Manabe, S., R. J. Stouffer, M. J. Spelman, and K. Bryan, 1991:

Transient responses of coupled ocean–atmosphere model to

gradual changes of atmospheric CO2. Part I: Annual mean responses. J. Climate, 4, 785–818.

Miyakoda, k., G. D. Hembree, R. F. Strickler and I. Shulman, 1972: Cumulative Results of Extended Forecast Experiments I. Model Performance for Winter Cases. Mon. Wea. Rev., 100, 836–855.

—, T. Gordon, R. Caverly, W. Stern, J. Sirutis and W. Bourke.

1983: Simulation of a Blocking Event in January 1977. Mon.

Wea. Rev., 111, 846–869.

Montroy, David L., Michael B. Richman and Peter J. Lamb, 1998:

Observed Nonlinearities of Monthly Teleconnections between Tropical Pacific Sea Surface Temperature Anomalies and Central and Eastern North American Precipitation. J. Climate, 11, 1812–1835.

Phelps, M. W., A. Kumar and James J. O'Brien, 2004: Potential Predictability in the NCEP CPC Dynamical Seasonal Forecast System. J. Climate, 17, 3775–3785.

Reynolds, R. W. and T. M. Smith, 1994: Improved global sea surface temperature analyses. J. Climate, 7, 929-948.

Rowell, D. P., C. K. Folland, K. Maskell, and M. N. Ward, 1995:

Variability of summer rainfall over tropical North Africa (1906– 92): Observations and modelling. Quart. J. Roy.

Meteor. Soc., 121, 669–704.

—, 1998: Assessing Potential Seasonal Predictability with an Ensemble of Multidecadal GCM Simulations. J. Climate, 11, 109–120.

Saha, S., and H. M. Van den Dool, 1988: A measure of the practical limit of predictability. Mon. Wea. Rev., 116, 2522–2526.

Shukla, J.,1981: Dynamical Predictability of Monthly Means. J.

Atmos. Sci., 38, 2547–2572.

— and D.S. Gutzler. 1983: Interannual Variability and Predictability of 500 mb Geopotential Heights over the Northern Hemisphere. Mon. Wea. Rev., 111, 1273–1279.

—, 1985: Predictability. Issues in atmospheric and oceanic modeling, Part II. Weather Dynamics. Advances in Geophysics, 28B, 87-122.

—, J. Anderson, D. Baumhefner, C. Brankovic, Y. Chang, E. Kalnay, L. Marx, T. Palmer, D. Paolino, J. Ploshay, S. Schubert, D. Straus, M. Suarez and J. Tribbia, 2000:

Dynamical Seasonal Prediction. Bull. Amer. Meteor. Soc., 81, 2593–2606.

Smagorinsky, J. 1969. Problems and promises of deterministic extended range forecasting. Bull. Amer. Meteor. Soc., 50, 286–311.

Smith, T. M., R. W. Reynolds, R. E. Livezey, and D. C. Stokes, 1996: Reconstruction of historical sea surface temperatures using empirical orthogonal functions. J.

Climate, 9, 1403-1420.

Trenberth, Kevin E., 1985: Potential predictability of geopotential heights over the Southern Hemisphere. Mon.

Wea. Rev., 113, 54–64.

Wallace, J. M., and D. S. Gutzler, 1981: Teleconnection in thegeopotential height field during the Northern Hemisphere winter. Mon. Wea. Rev., 109, 784 - 812.

—, C. Smith, and Q.-R. Jiang, 1990: Spatial patterns of atmosphere/ocean interaction in the northern winter. J.

Climate, 3, 990-998.

Wang, B., R.Wu, and X. Fu, 2000: Pacific–East Asian teleconnection: How does ENSO affect east Asian climate.

J. Climate, 13, 1517– 1536.

—, Q. Ding, X. Fu, I.-S. Kang, K. Jin, J. Shukla, and F.

Doblas-Reyes, 2005: Fundamental challenges in simulation and prediction of summer monsoon rainfall. Geophys. Res.

Lett., 32, L15711.

Webster, P. J., 1981: Mechanisms Determining the Atmospheric Response to Large-Scale Sea Surface Temperature Anomalies.

J. Atmos. Sci., 38, 554-571.

Wilks, Daniel S., 2005: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences —— An Introduction, International geophysics series, 59, 114-146.

Wu, R., B. P. Kirtman, 2005: Roles of Indian and Pacific Ocean air–sea coupling in tropical atmospheric variability.

Climate Dym., 25, 155-170.

—, —, and K. Pegion, 2006: Local air-sea relationship in observations and model simulations, J. Climate, 19, 4914-4932.

Zwiers, F. W., 1987: A potential predictability study conducted

with an atmospheric general circulation model. Mon. Wea.

Rev., 115, 2957–2974.

—, 1996: Interannual variability and predictability in an ensemble of AMIP climate simulations conducted with the CCC GCM2. Climate Dyn., 12, 825–848.

評估方法 雜訊定義 訊號定義 優點 缺點

圖 2.1 模式海溫設定示意圖。圖中暖色漸層部分為預設之觀測海溫,綠色部分 於 CTRL 實驗中為 MLM 海溫氣候值;MLM 實驗中 SST 則是氣-海耦合的結 果,藍色部分則為月平均海冰氣候值。

圖 3.1 APC 區域分區圖。TR(0o~360o;19oS~19oN)、TR1(0o~150oE;19oS~19oN) TR2(150oE~90oW;19oS~19oN)、TR3(90oW~360o;19oS~19oN);北半球:NH

(0o~360o;1oN~86oN)、NH1(0o~150oE;19oN~86oN)、NH2(150oE~90oW;

19oN~86oN)、NH3(90oW~360o;19oN~86oN);南半球:SH(0o~360o;1oS~86oS)、

SH1(0o~150oE;19oS~86oS)、SH2(150oE~90oW;19oS~86oS)、SH3(90oW~360o 19oS~86oS)。東亞地區:EA(101oE~150oE;19oN~50oN);歐洲地區:EU(0o~30oE;

35oN~65oN);太平洋/北美地區;PNA(180o~60oW;20oN~80oN)

圖 3.2.1 CTRL 赤道地區平均海平面氣壓場(MSLP)平均 APC 時間序列走勢圖。

橫座標為季節時間(JAS:789 月~JJA:678 月),縱座標為相關係數值。

圖 3.2.2 同圖 3.2.1,惟區域為北半球地區。

圖 3.2.3 同圖 3.2.1,惟區域為南半球地區。

圖 3.2.4 CTRL 實驗不同區域之季節可預報度分佈圖。同圖 3.2.1,惟區域為(a)

Globe、(b)TR、(c)NH、(d)SH、(e)EA、(f)EU、(g)PNA。

圖 3.3.1 MLM 赤道地區平均海平面氣壓場(MSLP)平均 APC 時間序列走勢圖。橫 座標為季節時間(JAS:789 月~JJA:678 月),縱座標為相關係數值。

圖 3.3.2 同圖 3.3.1,惟區域為北半球地區。

圖 3.3.3 同圖 3.3.1,惟區域為南半球地區。

圖 3.3.4 MLM 實驗不同區域之季節可預報度分佈圖。同圖 3.3.1,惟區域為(a)

Globe、(b)TR、(c)NH、(d)SH、(e)EA、(f)EU、(g)PNA。

圖 4.1.1 CTRL 實驗中平均海平面氣壓場潛在可預報度之時-空分佈圖。其中 ond、ndj、djf、jfm、fma、mam、amj、mjj、jja、jas、aso、son 分 別代表以 11 月、12 月、1 月、2 月、3 月、4 月、5 月、6 月、7 月、8 月、9 月、10 月為中心前後三個月之季節潛在可預報度。

圖 4.1.2 同圖 4.1.1 惟計算資料為 MLM 實驗。

圖 4.2.1 CTRL 與 MLM 兩組實驗中海平面氣壓場之潛在可預報度顯著差異時-空 分佈圖。其中 ond、ndj、djf、jfm、fma、mam、amj、mjj、jja、jas、

aso、son 分別代表以 11 月、12 月、1 月、2 月、3 月、4 月、5 月、6 月、7 月、8 月、9 月、10 月為中心前後三個月之 MLM 與 CTRL 實驗季節 潛在可預報度差異。

圖 4.3.1 同圖 4.2.1,惟變數為訊號(Signal)之顯著差異時-空分佈圖。

圖 4.4.1 同圖 4.2.1,惟變數為雜訊(Noise)之顯著差異時-空分佈圖。

圖 5.0.1 ENSO 期間 CTRL 與 MLM 兩組實驗中海平面氣壓場之潛在可預報度顯著差 異時-空分佈圖。其中 ond、ndj、djf、jfm、fma、mam、amj、mjj、

jja、jas、aso、son 分別代表以 11 月、12 月、1 月、2 月、3 月、4 月、5 月、6 月、7 月、8 月、9 月、10 月為中心前後三個月之 MLM 與 CTRL 實驗季節潛在可預報度差異。

圖 5.1.1 CTRL 實驗中,暖年減冷年(Warm-Cold)之淨熱通量與平均海平面氣壓 場合成圖。圖中等值線部分代表平均海平面氣壓之距平場,虛線代表 負距平;實線代表正距平。陰影部份表示海面淨熱通量之距平分佈,

正值表示熱通量由大氣加熱海洋;負值代表海洋加熱大氣。其中”

(0)”代表 ENSO 年;”(1)” 代表 ENSO 年後一年。(氣壓單位:

hPa,淨熱通量單位:W/m2

圖 5.1.2 同圖 5.1.1 惟資料為 MLM 實驗。

圖 5.1.3 MLM 與 CTRL 實驗 Warm 減 Cold 差異分佈圖。圖中等值線部分代表平均 海平面氣壓之距平場,虛線代表負距平;實線代表正距平。陰影部份 表示海面淨熱通量之距平分佈,正值表示熱通量由大氣加熱海洋;負 值代表海洋加熱大氣。其中”(0)”代表 ENSO 年;”(1)”代表 ENSO 年後一年。(氣壓單位:hPa,淨熱通量單位:W/m2

圖 5.2.1 MLM 與 CTRL 實驗中,北太平洋地區(NP:140oE~60oW;30oN~40oN)Warm-Cold 之(a)淨熱通量(左側縱座標為其數值)與潛在可預報度(右側縱座 標為其數值)(b)表面風速;(c)潛熱通量;(d)可感熱通量;(e)

短波輻射;(f)長波輻射;(g)海平面氣壓距平(左側縱座標為其數值)

和海溫距平(右側縱座標為其數值)區域平均時間序列圖。紅色曲線代 表 MLM 實驗;綠色曲線代表 CTRL 實驗。橫座標 ond、ndj、djf、jfm、

fma、mam、amj、mjj、jja、jas、aso、son 分別代表以 11 月、12 月、

1 月、2 月、3 月、4 月、5 月、6 月、7 月、8 月、9 月、10 月為中心前 後共三個月之季節。(風速單位:m/s;通量單位:W/m2;海溫單位:oC)。

圖 5.2.2 同圖 5.2.1 惟區域為南海地區(SCS:110oE~130oE;5oN~25oN)

圖 5.2.3 同圖 5.2.1 惟區域為南大西洋地區(SAT:35oW~0o;30oS~Eq.)

圖 5.2.4 同圖 5.2.1 惟區域為北大西洋地區(SAT:30oW~60oW;20oN~40oN)

圖 5.2.5 同圖 5.2.1 惟區域為中印度洋地區(MIND:50oE~70oE;30oS~10oS)

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