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马登-朱利安振荡

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美国气候预报中心(CPC)在2006年的MJO移动状况(五日移动平均的大气层顶外溢长波辐射距平值),纵轴为时间轴,横轴为经度。图中显示对流活动较强的蓝色区域,随时间而向东移动。

马登-朱利安振荡(Madden Julian Oscillation, MJO),也称热带季节内振荡30-60日振荡。在北半球冬季,热带赤道地区有著显著对流与无对流区块交替出现的变化,主要以约30-60天的周期重复出现并向东前进,是大气振荡的一种,属于热带季内震荡(intraseasonal oscillation)的其中一种类型;另外由于显著对流-显著无对流的震荡周期并不是固定值,MJO此类型的震荡被归类为准周期(quasi-periodic)震荡的一种。

发现与命名

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在1971年时,由美国国家大气科学研究中心(NCAR)的气象学家马登(Roland Madden)与朱利安英语Paul Julian (meteorologist)发表了一篇研究,他们搜集位于热带的坎顿岛近十年长度的无线电探空仪观测资料,将此资料利用频谱分析,发现850毫巴与150毫巴的纬向风有个大约41-53天周期的最大震幅,随后也发现测站的气压与对流层的纬向风也有此频率的震荡,并且利用短期的瓜加林环礁的观测资料,证实这个位于热带中太平洋的大尺度环流的震荡,而后人则以此两位命名。[1]

由于其显著发生在热带且交替出现的周期约为30-60天,此周期为一个季节内的长度,因此也有人称为“热带季内震荡”。

现象

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此现象被认为与季风圣婴现象‧南方振荡厄尔尼诺和南方涛动现象的总称,缩写为ENSO)的发生有关连。起初所发表的“马登-朱利安振荡”,指的是在印度洋东侧至太平洋中央这之间的海域,地面气压较低(或者上升气流)的区域以 40 至 50 天的周期向东边传播的现象,但随后即发现高空大气的变化更容易识别此现象。将地球长波辐射(OLR)的强度绘制于时间对经度(或纬度)图,或者是将赤道200 hPa 高空的速度位距平值绘于时间对经度图上,此两种方法皆较容易识别,同时也可观察到周期为一到两个月移动情形。此现象向东前进的速度约为 4 至 8 公尺每秒。若以不同纬度间的比较,则会观察到在赤道有最为显著气压、降水、环流型态等现象构成的大气波动,绕著地球移动。

MJO分为对流区与非对流区,对流区内有利小尺度的对流胞生成、发展加强并向东移动,非对流区则会透过沉降作用(subsidence)抑制对流胞的发生与发展。一般而言,MJO的波动会环绕赤道持续向东移动并环绕地球一周,但是其发展最强的地方位在东非、印度洋、海洋大陆(Maritime Continent)及西太平洋区域,相对的在美洲及大西洋的发展并不明显。MJO特征为大范围热带地区降雨形态的变化,这个地区高空多为西风带信风带辐合的地区,常会有积雨云雷暴)发生,但实际的情况容易受到当时大气状态所影响。典型的型态会在印度洋西侧出现“比平常年多雨、水气较多的区域”以及“比平常年少雨、水气较少的区域”成对的两个区域,这两个区域缓慢地以向东移动,直到太平洋西侧后开始消散(对流活动较弱的太平洋东侧则不会出现这种情况),过程约需时 30 至 60 天。在此同时,印度洋西侧再次出现上述成对的两个区域,至此形成一个循环。在极少的情况下,也有直到太平洋东侧仍未消散的个案,并越过大西洋绕地球一周的情形发生。

马登-朱利安振荡的强度不固定,一般来说会在南半球夏季(12月到隔年2月)时会达到最强。

向东移动的动力机制

MJO的动力机制通常伴随著海洋及大气的相互作用,在对流区产生上升气流且云量增加(可从地球长波辐射减少中发现,由于云量增加而阻挡地球向太空发散出去的红外线辐射),并在其东方产生沉降气流,沉降气流造成对流受到抑制云量减少,使得太阳短波辐射直接加热海面,海表面温度加速上升,温暖潮湿的海面有利于对流的发展及产生,并取代MJO原本的对流区,而使得MJO向东移动。

影响

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马登-朱利安振荡整体来说为向东前进,但其大气环流场也会有引导积雨云,向南北方向分歧的现象。由于这样的现象约以数日至十数日的时间才会通移出,因此与该地区的季风有非常密切的关系。

季风

世界上季风带表现最显著的印度附近,其季风带也与马登-朱利安振荡的北向流场会合而形成,有一至两个月的强弱变化周期。

北半球夏季MJO相对会影响印度与西非的夏季季风,偶尔也会影响北美洲夏季季风,但是相对的影响较为微弱。

在海表面温度较暖的时候,可以发现五到十天周期的强烈MJO跨越南亚区域。七月时也会在亚洲季风爆发时出现,并向东往太平洋移动。

圣婴现象‧南方振荡

马登-朱利安振荡与海、气交互作用也有些关联,其中也包含圣婴现象的开始与结束。1997年至1998年的强烈圣婴现象期间,因马登-朱利安振荡移动到圣婴现象发生的海域中,而造成圣婴现象迅速的结束,也有相关的研究结果发表。

台风

另外也有对于台风与马登-朱利安振荡之间关连的研究。马登-朱利安振荡伴随的强对流区域,除了促进台风的生成外,其周期性也使得西北太平洋(包含日本附近海域)及北大西洋台风发生的活跃程度呈现负相关。台风的发生原因中,马登-朱利安振荡虽然可能只是其中一项,美国国家海洋暨大气总署(NOAA)所属国家飓风中心(NHC)及气候预测中心(CPC)也将其视为台风预测的参数之一。[2][3]

另外,包含西风带喷流的异常值、阻塞高压等研究范围,以及所谓的极端天气现象,也可能将马登-朱利安振荡视为一个间接的原因。[4]

参考资料

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参考文献

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  1. ^ Madden, Roland A.; Julian, Paul R. Detection of a 40–50 Day Oscillation in the Zonal Wind in the Tropical Pacific. Journal of the Atmospheric Sciences. 1971-07-01, 28 (5): 702–708 [2022-05-06]. ISSN 0022-4928. doi:10.1175/1520-0469(1971)028<0702:DOADOI>2.0.CO;2. (原始内容存档于2022-05-10) (英语). 页面存档备份,存于互联网档案馆
  2. ^ Chris Landsea. Subject: A15) How do tropical cyclones form?. Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory. 2009-02-06 [2008-06-08]. (原始内容存档于2009-08-27). 页面存档备份,存于互联网档案馆
  3. ^ Climate Prediction Center. Monitoring Intraseasonal Oscillations. National Oceanic and Atmospheric Administration. 2004-07-08 [2009-11-06]. (原始内容存档于2021-03-21). 页面存档备份,存于互联网档案馆
  4. ^ 1.1.3 日本近年来异常天气现象与其关连的大气环流场特征页面存档备份,存于互联网档案馆) 2005年日本气象厅(JMA)异常天气现象报告。