暖化情境下季內振盪(MJO)的變化：濕靜能分析

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題名:	暖化情境下季內振盪(MJO)的變化：濕靜能分析 Madden-Julian Oscillation under the Global Warming：Moist Static Energy Budget
作者:	王凱群
貢獻者:	地學研究所大氣科學組
關鍵詞:	全球暖化季內振盪氣候模式 Madden-Julian Oscillation GMS MSE CAPE
日期:	2017
上傳時間:	2017-10-17 10:57:16 (UTC+8)
摘要:	全球氣候暖化是人類現今所面臨的最重要環境課題，而瞭解全球氣候尺度和天氣尺度間交互作用更是大氣科學界急待解決的科學議題。熱帶季內振盪(Madden-Julian Oscillation，MJO)現象包含了氣候和天氣尺度，是瞭解兩者交互作用最佳個案。MJO是熱帶地區氣候次季節尺度的現象，其向東移動之20~100天的振盪可見於深對流與大尺度風場中，速度約為7~15 m/s，對熱帶天氣及至全球氣候皆有巨大的影響。在現今全球暖化的威脅下，本研究藉由海洋-大氣耦合氣候模式來推估21世紀末期，北半球冬季(11月~4月)，RCP8.5暖化情境下MJO特徵的變化，並進而探討影響MJO特徵改變的動力與熱力因素。在暖化情境下，前人研究指出MJO的強度與東移的速度都增加了。因此，本研究想要透過分析粗濕穩定度(Gross Moist Stability，GMS)、濕靜能(Moist Stability Energy，MSE)收支與對流可用位能(Convective Available Potential Energy，CAPE)來診斷暖化情境下熱帶地區(30°N~30°S)MJO的變化，探討全球暖化下MJO的改變對於氣候系統的影響，了解影響MJO強度變化的大氣動力與熱力機制。並利用粗濕穩定度(GMS)的變化討論造成MJO強度和移動速度增加之原因。此外，本研究使用新開發的氣候模式-ECHAM5-SIT，此模式在海洋表層具有高解析度，能精確模擬海洋表面溫度(SST)的日夜變化，並能較準確模擬出MJO在印度洋-太平洋暖池地區的東移速度。 GMS為量度熱帶大氣淨濕穩定參數，物理上代表積雲對流輸送濕靜能(MSE)效率。當GMS為正值時，代表高層大氣濕靜能輻散大於低層大氣濕靜能輻合，氣柱濕靜能為淨輸出(net export)，大氣趨向於穩定；反之，當GMS為負值時，代表高層大氣濕靜能輻散小於低層大氣濕靜能輻合，氣柱濕靜能為淨輸入(net import)，大氣趨向於不穩定。從WARME2 Run實驗中得知，發現MJO深對流的強度與速度皆有增加的現象，而透過WARMT2 Run實驗，也發現與WARME2 Run實驗有著相同的特徵，只是在強度與速度上稍嫌較弱，因此，我們推測：MJO的深對流受到海洋邊界條件的改變影響較大。另外，從分析濕靜能的角度上來看，可以看出MJO的深對流、淺對流等現象，就MJO的8個相位來說，在WARME2 Run實驗中的第二相位，我們發現淺對流雲開始產生，到了第三相位，水氣逐漸增多，開始有濃積雲的現象出現，第四相位時，MJO的深對流雲開始出現，在WARMT2 Run實驗中，也有著同樣的現象產生，只是在淺對流的部分，MSE的強度略大於WARME2 Run實驗中的淺對流，而深對流的部分，則弱於WARME2 Run實驗。此外，我們的分析顯示，GMS在全球暖化實驗下，對於MJO主要的生成和傳播(赤道印度洋和海洋大陸)區域有顯著增加的趨勢，可能是造成MJO在全球暖化下週期變短原因。除了找出動力因素來了解MJO在暖化情況下週期變短的原因之外，本研究還透過熱力學的因素加以討論，並使用對流可用位能(CAPE) 加以分析，因此，由CTL Run的實驗當中發現，海洋大陸區與西太平洋大區CAPE值呈現較大的值，特別是在海洋大陸區，這顯示出這個區域的對流比較容易發生，另外，在第一相位時，大氣不利於對流發展，到了第四相位時，此時大氣利於對流發展，可以知道，此時的大氣能量最大，MJO持續向東移動，甚至到了第六相位與第七相位時，東太平地區都還有對流訊號的出現。而在兩個暖化實驗結果當中，也與CTL Run有著相同的分布情形，只是對流訊號變得更高與更強，CAPE值明顯變大，因此，我們推測，在未來的氣候狀態下，MJO的對流訊號可能會傳播到東太平洋地區，並開始影響東太平洋的天氣與氣候系統。
顯示於類別:	[大氣系所] 博碩士論文

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