不稳定模式，由于摩擦水分收敛
在这里，我们进一步考虑了1^层模型中的对流加热(带有示踪剂S的项)的影响(第10.3.4节)。在相互作用对流加热的存在下，驱动赤道波的潜热分别与自由对流层波收敛、边界层摩擦收敛和表面蒸发有关(10.10)。参数I测得的波生热可由方程(10.10a、10.3a和10.3b)估计，它是海温的函数:对于表10.1所列热带大气的典型参数值，当海温= 26°C时I = 0.72，当海温= 30°C时I = 0.88。条件I < 1意味着潜在的加热由对流层自由波辐合引起的速率小于由模型中层上升运动引起的绝热冷却速率。因此，模型中波浪引起的收敛反馈本身并不产生不稳定性。注意，如果没有边界层，当海温超过29°C时，同样的一组参数将产生参数I > 1。因此，这种稳定状态不是由于人为参数调整造成的，而是反映了自由对流层波辐合只能控制部分水分辐合的事实，这在现实中并不能产生直接的翻转不稳定。
在稳定于波- cisk的动态状态下，低频波的生长或维持必须依赖于此不稳定通过其他机制，如摩擦辐合反馈(B)，表面风蒸发反馈(F)，或云辐射增强。当边界层水汽浓度足够高(或下伏海表温度超过临界值)时，边界层摩擦水汽收敛对波浪生长的正贡献将超过其耗散效应。因此，摩擦水分的收敛会产生不稳定性。摩擦水分收敛反馈产生的不稳定模式最初被称为摩擦波- cisk模式(Wang, 1988a)。由于这种不稳定模式发生在对波- cisk稳定的动力区中，且这种不稳定符合“对流与动力相互作用(CID)”的一般概念，因此将这种不稳定模式称为摩擦CID模式更有意义。
为了研究摩擦CID模态的性质，我们首先检验了线性加热(S = 1)下11层模型的正模态的行为。分析中使用的参数列在表10.1中。可以看出，只要基本态SST超过一个临界值，就存在一个不稳定的向东传播的摩擦CID模式(图10.5(a))。随着背景海表温度的增加，不稳定模式的增长速率也随之增加。与波- cisk的短波爆炸相反，在赤道海温超过29.5℃之前，最长的波是最不稳定的，超过29.5℃，增长最快的波波长漂移到30,000 km。传播速度随着海表温度和波长的增加而减小(图10.5(b))。生长最快的波相速度较慢，约为5 ~ 10 ms_1。
生长模式表现为赤道对称型、圈闭型和纬向风场开尔文波．但它也有一个重要的经向风成分，它是关于赤道的反对称，类似于最赤道捕获的罗斯比波。因此，摩擦引起的上升运动是一个混合的开尔文波和罗斯比波;沿赤道，它位于自由对流层降水和上升运动的东部(图10.5(c))。这种水平和垂直结构与观测结果相比(图10.5(d))，空间尺度和慢传播和放大也是如此。
经度(度)
图10.5。产生模型MJO的摩擦CID模式的行为。(a)生长速率和(b)纬向相速度是波长和赤道最大海温的函数。(c) SST = 29.5°c下递增摩擦CID模式计算的边界层顶部归一化向上运动。面板(d)显示观测到的地表风和辐合(等高线)。(c)中的经向比例尺为罗斯比变形半径(约1500公里)。
(a)-(c)改编自Wang and Rui (1990a)。(d)改编自Hendon和Salby(1994)的图3。
经度(度)
图10.5。产生模型MJO的摩擦CID模式的行为。(a)生长速率和(b)纬向相速度是波长和赤道最大海温的函数。(c) SST = 29.5°c下递增摩擦CID模式计算的边界层顶部归一化向上运动。面板(d)显示观测到的地表风和辐合(等高线)。(c)中的经向比例尺为Rossby变形半径(约1500公里)。
(a)-(c)改编自Wang and Rui (1990a)。(d)改编自Hendon和Salby(1994)的图3。
10.4.3摩擦CID模式的动力学
为什么12层模型中的不稳定模态具有低频增长速率且有利于行星尺度?一个根本原因是提供大量水汽的摩擦辐合与波浪引起的水汽辐合不同步。这有效地降低了波浪加热与循环之间的相互作用强度，防止了不稳定的波浪cisk。驱动失稳的能量来源是涡动有效势能的产生，其大小与升温与升温的协方差成正比。主对流以东的摩擦辐合引起凝析加热，与正的温度异常重叠，从而为不稳定模式的生长产生涡动有效势能。Wang (1988a)研究表明，摩擦水汽收敛产生涡能的速率随纬向尺度的增大而增大，因此行星尺度模式是首选模式。
在该模型中，一个有组织的冷凝加热区域可能同时产生开尔文波和罗斯比波。对流相互作用的开尔文波和罗斯比波很快就会解耦并向相反的方向传播(例如，Li和Cho, 1997)。那么是什么机制使它们聚集在一起并向东传播呢?为什么它有一个向后倾斜的上升运动，反对传播的方向?同样，摩擦收敛范式有助于解决这些问题。如图10.4所示，Rossby波引起的边界层辐合在偏东相产生赤道辐合，在一定程度上有利于湿开尔文波的发展，而摩擦辐合则有利于开尔文波自身的发展。因此，对流加热的摩擦组织将开尔文波和罗斯比波耦合在一起，但选择向东传播。因此，摩擦耦合创造了一个真实的混合开尔文波和罗斯比波结构。此外，边界层辐合与开尔文波对降水升温东部响应的低压(偏东)重合，边界层辐合导致降水异常向东传播。
是什么导致了缓慢的传播速度，使振荡具有季节内的时间尺度?主要原因是由参数I (10.10a)测量的波收敛引起的加热降低了有效温度静态稳定(1 -1)1/2(在海温30°C时约为0.35)，因此赤道波的传播速度降低了3倍。图10.5(b)的结果表明，不稳定模式的速度比纯湿开尔文波的速度慢得多，其速度为C0(1 - I)1/2(约17 m s)，这表明开尔文波和罗斯比波的摩擦耦合对东移起了制动作用。究其原因，耦合诱导的赤道外双气旋单体由于热带气旋的经向输送而抗拒东移行星涡度罗斯比波不断产生向西移动的趋势。
继续阅读:向北传播的机制
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