大气季节内振荡

intraseasonaloscillation（ISO）

大气中的30~60天振荡即为大气季节内振荡。由于它直接同长期天气变化和短期气候异常有着密切关系，又同El nino的发生有一定的关系，近年来称为气候变化研究的重要前沿课题之一。

大气中的季节内振荡最先是在热带发现的。根据1957-1967年在坎顿岛（美）的十年观测资料，Madden 和Julian (1971) 通过 谱分析首先发现太平洋地区热带大气在风场和气压场的变化中存在40~60天的周期性振荡现象。其后，他们又证明这种周期性振荡在全球热带大气中普遍存在。因此，人们把热带大气季节内振荡称为Madden 和Julian 振荡，或者MJO。

1979年在南亚地区进行的季风试验（MONEX）对于大气季节内振荡的研究起到了重要作用。通过对MONEX资料的分析，Krishnamurti 和Subrahmanyam(1982) 以及Murakami（1984）先后指出了南亚夏季风活动存在着明显的30~50天振荡，并研究得到了这种低频振荡的一些基本规律。其后，有关热带大气30~60天振荡的研究便蓬勃开展起来。

同热带大气中存在30~60天振荡一样，中高纬度地区的大气运动也有明显的30~60天振荡，尤其是在高纬度地区。这最早是由Anderson和Rosen（1983）在研究纬向平均西风角动量的向北输送时提出的。通过对东亚和北美 急流的演变，极地涡旋的变化，东亚大槽的变化以及阿留申低压系统等的 功率谱分析，都可以发现在30~60天周期谱带存在着显著的谱峰，说明30~60天大气振荡在中高纬度也是普遍存在的。

大气季节内振荡在全球都存在，但各地并不一样，表现明显的地域特征。南亚地区和赤道太平洋地区较早就被人们认为是热带大气IS0的主要活动区。但根据热带大气ISO的动能分布，赤道东太平洋地区(160～100°W)也是持续的动能大值区，表明那里也是热带大气IS0的主要活动区。纬向平均的总扰动动能与纬向平均的30～60天振荡的动能的比较清楚地表明，热带地区和高纬度地区的大气ISO振荡动能相对很重要，是ISO的最强活动地区；中纬度的ISO虽有较大的动能绝对值，但在总扰动动能中的比例并不大．因此相对来讲，中纬度地区(30°～50°纬带)并不是大气ISO的重要活动地区。

赤道地区的大气季节内振荡主要表现为向东传播，但也有西传的情况；赤道以外的热带大气ISO却主要表现为向西传播。中高纬度的ISO主要表现为向西传播，但在高纬度地区的夏季，大气ISO也有东传的情况。开始，人们较一致地认为向北传播是热带大气ISO的经向传播特征。进一步分析发现，在不同地区及不同季节，热带大气ISO的经向传播特征却是不一样的。例如，西北太平洋地区(130°E左右)，在冬季，30°N以南的大气ISO基本上是向南传播的；在夏季，大气季节内振荡在15°N以南是向北传播，而在15°N以北却明显向南传播。

全球大气中一年四季都存在ISO，但并非时时都一样，即有明显的时间变化，而且这种时间变化在不同纬度带还有所不同。资料分析清楚地表明，热带大气ISO在冬季时间和夏季时间的强度没有很明显的差别，但却有极为清楚的年际变化。中高纬度的大气ISO有极显著的年变化(冬季强而夏季弱)，但年际变化相对其年变化却显得弱一些。

一系列的分析研究都一致表明，热带大气季节内振荡在垂直方向主要表现为“斜压”结构特征，其纬向风和温度场随高度明显西倾，以至对流层上层与对流层下层呈反相特征。然而，中高纬度的大气ISO却有典型的正压垂直结构特征，其高度场(温度场)和风场扰动在对流层上层和下层有一致的分布形势。

由于热带大气ISO实际上是多尺度的，但主要为l波扰动，其水平结构也就主要表现为东西向“偶极子”特征。高纬度的ISO不仅主要为2波和3波的扰动，而且其水平结构更多地表现为 Rossby 波列(即低频波列)的特征。

全球大气ISO存在着极明显的低频遥相关型(波列)，北半球有欧亚一太平洋(EUP)波列，太平洋一北美(PNA)波列，南半球有澳洲一南非(ASA)波列和环南美洲(RUA)波列；而上述低频波列可以有不同形式的相互联系和相互影响，南北半球的低频相可作用也主要通过低频波列。热带大气ISO在冬季时间和夏季时间的强度没有很明显的差别，即季节变化较小，但却有极为清楚的年际变化。中高纬度的大气ISO有极显著的年变化(冬季强而夏季弱)，但年际变化相对其年变化却显得弱一些。

一系列的动力学研究表明：积云对流加热反馈、大气对外强迫的低频响应和大气非线性相互作用是激发和驱动热带大气ISO的主要机制。大气对外强迫的低频响应、 基本气流的不稳定和大气非线性相互作用是激发和驱动中高纬度大气ISO的主要机制。海一气耦合相互作用对激发产生热带大气ISO有利。单独的蒸发风反馈机制并不利于激发产生热带大气ISO；但蒸发一风反馈作用可引起激发渡的不稳定，它同 CISK机制一道考虑可以更好解释热带大气ISO的特征和活动规律。

亚洲夏季风的爆发与南海地区30～60天低频振荡的活动有着密切关系，夏季风爆发前大气季节内振荡的活动在南海地区有显著加强；这里大气ISO的加强主要是其临近地区(尤其是菲律宾以东)的30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果，而与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不明显。菲律宾以东地区的大气30～60天低频气旋的发展及其向西扩展对亚洲夏季风的爆发有重要作用。

东亚冬季风的年际异常是造成赤道两太平洋大气30～60天低频振荡年际变化的重要原因，强东亚冬季风将导致赤道西太平洋积云对流加强，从而激发出较强的大气30～60天低频振荡；反之，如果东亚冬季风偏弱，则赤道西太平洋地区的积云对流和大气30～60天低频振荡也都偏弱。

赤道西太平洋大气30～60天低频振荡有明显的年际变化特征，并与ENSO循环有较好的相关关系：在El Nino 爆发之前，赤道西太平洋出现大气ISO动能正距平，大气ISO异常偏强，且缓慢东移；而在El Nino爆发之后，西太平洋上大气ISO便逐渐减弱。相反，在La Nina 爆发之前，赤道西太平洋的大气30～60天低频振荡偏弱。由于赤道西太平洋大气30～60天低频振荡与周围环境场的相互作用，还可以导致赤道西太平洋上空纬向风的持续异常和向东扩展，对walker环流异常和ENSO的发生起着重要作用。

自上世纪80年代以来，大气季节内振荡，尤其是热带大气季节内振荡一直是大气科学研究的国际前沿之一．其研究结果不仅对于认识大气运动的特征和规律十分重要，而且对于提高和改进数值天气和短期气候预报有重要意义．但是，直到今天仍有不少科学问题尚未完全搞清楚，尤其是有关大气ISO的数值模拟，以及如何在GCM中很好描写大气IS0的活动仍是尚待继续研究的问题。