馬登-朱利安振盪

馬登-朱利安振盪(Madden Julian Oscillation, MJO),也称热带季节内振荡30-60日振盪。在北半球冬季,熱帶赤道地區有著顯著對流與無對流區塊交替出現的變化,主要以約30-60天的週期重複出現並向東前進,是大氣振盪的一種,屬於热带季內震盪(intraseasonal oscillation)的其中一種類型;另外由於顯著對流-顯著無對流的震盪週期並不是固定值,MJO此類型的震盪被歸類為準週期(quasi-periodic)震盪的一種。

美國氣候預報中心(CPC)在2006年的MJO移動狀況(五日移動平均的大氣層頂外溢長波輻射距平值),縱軸為時間軸,橫軸為經度。圖中顯示對流活動較強的藍色區域,隨時間而向東移動。

發現與命名

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在1971年時,由美國國家大氣科學研究中心(NCAR)的氣象學家馬登(Roland Madden)與朱利安英语Paul Julian (meteorologist)發表了一篇研究,他們蒐集位於熱帶的坎頓島近十年長度的無線電探空儀觀測資料,將此資料利用頻譜分析,發現850毫巴與150毫巴的緯向風有個大約41-53天週期的最大震幅,隨後也發現測站的氣壓與對流層的緯向風也有此頻率的震盪,並且利用短期的瓜加林環礁的觀測資料,證實這個位於熱帶中太平洋的大尺度環流的震盪,而後人則以此兩位命名。[1]

由於其顯著發生在熱帶且交替出現的週期約為30-60天,此週期為一個季節內的長度,因此也有人稱為「熱帶季內震盪」。

現象

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此現象被認為與季風聖嬰現象‧南方振盪厄尔尼诺和南方涛动现象的總稱,縮寫為ENSO)的發生有關連。起初所發表的「馬登-朱利安振盪」,指的是在印度洋東側至太平洋中央這之間的海域,地面氣壓較低(或者上升氣流)的區域以 40 至 50 天的週期向東邊傳播的現象,但隨後即發現高空大氣的變化更容易識別此現象。將地球長波輻射(OLR)的強度繪製於時間對經度(或緯度)圖,或者是將赤道200 hPa 高空的速度位距平值繪於時間對經度圖上,此兩種方法皆較容易識別,同時也可觀察到週期為一到兩個月移動情形。此現象向東前進的速度約為 4 至 8 公尺每秒。若以不同緯度間的比較,則會觀察到在赤道有最為顯著氣壓、降水、環流型態等現象構成的大氣波動,繞著地球移動。

MJO分為對流區與非對流區,對流區內有利小尺度的對流胞生成、發展加強並向東移動,非對流區則會透過沉降作用(subsidence)抑制對流胞的發生與發展。一般而言,MJO的波動會環繞赤道持續向東移動並環繞地球一周,但是其發展最強的地方位在東非、印度洋、海洋大陸(Maritime Continent)及西太平洋區域,相對的在美洲及大西洋的發展並不明顯。MJO特徵為大範圍熱帶地區降雨形態的變化,這個地區高空多為西風帶信風帶輻合的地區,常會有積雨雲雷暴)發生,但實際的情況容易受到當時大氣狀態所影響。典型的型態會在印度洋西側出現「比平常年多雨、水氣較多的區域」以及「比平常年少雨、水氣較少的區域」成對的兩個區域,這兩個區域緩慢地以向東移動,直到太平洋西側後開始消散(對流活動較弱的太平洋東側則不會出現這種情況),過程約需時 30 至 60 天。在此同時,印度洋西側再次出現上述成對的兩個區域,至此形成一個循環。在極少的情況下,也有直到太平洋東側仍未消散的個案,並越過大西洋繞地球一周的情形發生。

馬登-朱利安振盪的強度不固定,一般來說會在南半球夏季(12月到隔年2月)時會達到最強。

向東移動的動力機制

MJO的動力機制通常伴隨著海洋及大氣的相互作用,在對流區產生上升氣流且雲量增加(可從地球長波輻射減少中發現,由於雲量增加而阻擋地球向太空發散出去的紅外線輻射),並在其東方產生沉降氣流,沉降氣流造成對流受到抑制雲量減少,使得太陽短波輻射直接加熱海面,海表面溫度加速上升,溫暖潮濕的海面有利於對流的發展及產生,並取代MJO原本的對流區,而使得MJO向東移動。

影響

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馬登-朱利安振盪整體來說為向東前進,但其大氣環流場也會有引導積雨雲,向南北方向分歧的現象。由於這樣的現象約以數日至十數日的時間才會通移出,因此與該地區的季風有非常密切的關係。

季風

世界上季風帶表現最顯著的印度附近,其季風帶也與馬登-朱利安振盪的北向流場會合而形成,有一至兩個月的強弱變化週期。

北半球夏季MJO相對會影響印度與西非的夏季季風,偶爾也會影響北美洲夏季季風,但是相對的影響較為微弱。

在海表面溫度較暖的時候,可以發現五到十天週期的強烈MJO跨越南亞區域。七月時也會在亞洲季風爆發時出現,並向東往太平洋移動。

聖嬰現象‧南方振盪

馬登-朱利安振盪與海、氣交互作用也有些關聯,其中也包含聖嬰現象的開始與結束。1997年至1998年的強烈聖嬰現象期間,因馬登-朱利安振盪移動到聖嬰現象發生的海域中,而造成聖嬰現象迅速的結束,也有相關的研究結果發表。

颱風

另外也有對於颱風與馬登-朱利安振盪之間關連的研究。馬登-朱利安振盪伴隨的強對流區域,除了促進颱風的生成外,其週期性也使得西北太平洋(包含日本附近海域)及北大西洋颱風發生的活躍程度呈現負相關。颱風的發生原因中,馬登-朱利安振盪雖然可能只是其中一項,美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)所屬國家颶風中心(NHC)及氣候預測中心(CPC)也將其視為颱風預測的參數之一。[2][3]

另外,包含西風帶噴流的異常值、阻塞高壓等研究範圍,以及所謂的極端天氣現象,也可能將馬登-朱利安振盪視為一個間接的原因。[4]

參考資料

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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 日本近年來異常天氣現象與其關連的大氣環流場特徵页面存档备份,存于互联网档案馆) 2005年日本氣象廳(JMA)異常天氣現象報告。