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user: 5. SSE动能变化诊断 为了探究导致南海–菲律宾和西北太平洋中东部地区与TC生成频数增加相对应的SSE动能增加的物理过程。因为研究表明正压能转换(CK)、斜压能转换(CE)项是导致SSE动能变化的源和汇 [ 10 ] 。所以将这两项沿TC主要生成带(10˚N~25˚N)平均，得到其经向–垂向剖面(图5)。 可以看出，对流层低层(850 hPa及以下)西北太平洋正压能转换项为正值，且在南海–菲律宾地区有较大的正值中心，这说明低层SSE通过正压转换过程从低层环流中获得能量(图5(a)，图5(b))。而在高层，西北太平洋中西部SSE的正压能为负值，SSE向高层环流输送能量；西北太平洋东部，SSE从高层环流获得能量。TC生成频数异常偏高年份，南海–菲律宾地区正压能显著增加，西北太平中东部也有所增加，增加的幅度的相对较弱(图5(c))。相对应地，SSE的斜压能转换项在对流层中高层有较大的正值，在中层为负值，低层有较小的正值。说明在低层，SSE通过对流有效位能的转换过程获得较弱的能量。TC生成频数异常偏高年份，斜压能在南海–菲律宾有一定的加强，而在西北太平洋中东部无显著变化(图5(f))。 图5. 正压能和斜压能转换项沿10˚N~25˚N平均的经向–垂向剖面在异常高年(a，d)，异常低年(b，e)和异常偏高–偏低年差异(c，f)的合成。(c，f)中黑点代表差值通过95%显著性检验 为了更细致地看SSE动能收支的各项在不同地区的具体分布，图6给出了正压能转换、斜压能转换、位势通量散度以及动能平流项在异常偏高–偏低的差异合成。可以发现，在异常偏高年，南海–菲律宾和西北太平洋中东部这两个地区CK显著增加(图6(a))，分别达到7.1 × 10 −6 m 2 ·s −3 和2.61 × 10 −6 m 2 ·s −3 (表2)。而CE只在南海–菲律宾有较弱的加强，在西北太平洋变化较弱(图6(d))。说明低层正压转换过程是影响SSE和TC生成主要因素，正的能量转换是导致上述两个区域SSE活动加强，从而导致TC生成增加。除此之外，西北太平洋西北部CK为负值，与TC较少在该区生成相对应。从公式(2)中我们知道，CK是由、两项构成，它们分别代表背景低频环流和ISO与SSE相互作用时的正压能转换过程。在南海–菲律宾和西北太平洋中东部均为正值，分别达到8.49 × 10 −6 m 2 ·s −3 和1.92 × 10 −6 m 2 ·s −3 ，说明SSE能从低频背景环流中获得正压能，但在南海–菲律宾地区获得的能量要多于西北太平洋中东部(图6(b)，表2)。在两个TC生成增多的区域差异较大，在南海–菲律宾主要为负值，达到−1.43 × 10 −6 m 2 ·s −3 ，表明ISO与SSE相互作用时，SSE是向ISO环流输送能量；而在西北太平洋中东部 为较小的正值，为0.69 × 10 −6 m 2 ·s −3 ，SSE从ISO环流中获得能量(图6(c))。位势边界通量散度和动能平流项是SSE动能的输送项。研究表明位势通量能指示罗斯贝波的传播 [ 21 ] ，从图6(e)可以看出，天气尺度罗斯贝波在南海和西北太平洋中东部形成辐散中心，SSE动能向外输送而减少(图6(f))。南海较弱的波动和西北太平洋中东部较强的波动在130˚E附近汇合，形成位势通量的辐合中心(图6(e))，导致SSE动能在此汇聚(图6(f))。位势通量散度和动能平流项反向变化的幅度相当，相互抵消。 图6. 850 hPa总正压能转换项(a)，低频背景环流向SSE动能转换项(b)，ISO动能向SSE动能转换项(c)，斜压能转换项(d)，重力位势边界通量散度(填色)和位势通量(矢量) (e)，动能平流(f)在异常高–低年差异的合成。黑色方框为TC生成数异常偏多区域，分别为南海–菲律宾(10˚N~20˚N，110˚E~130˚E)和西北太平洋中东部(15˚N~25˚N，140˚E~170˚E)。图中黑点代表差值通过95%显著性检验 Table 2 Difference (high minus low years) of barotropic energy conversion (unit: 10−6 m2·s−3) over South China Sea-Philippines and central and eastern part of Western North Pacifi C K C K M − S C K I − S 南海–菲律宾 7.1 8.49 −1.43 西北太平洋中东部 2.61 1.92 0.69 表2. 正压能转换项在南海–菲律宾和西北太平洋中部地区的异常偏高–偏低年的差值(单位：10 −6 m 2 ·s −3 ) 综上所述，主要是背景低频环流和SSE相互作用带来的正压能，使得南海–菲律宾和西北太平洋中东部SSE动能加强，但在这两个地区的贡献不同，下面将探究正压转换中哪些作用项引起上述差异，并探究影响这些差异的物理机制。 表3给出了南海–菲律宾和西北太平洋中东部的 C K M − S 、 C K M − S 的各分量在异常偏高–偏低年的差值。 C K M − S 中前四项贡献最大。其中在南海–菲律宾地区， − v ′ S 2 ¯ ∂ v ˜ ∂ y 的正贡献最大，使得SSE从低频环流中获得较多的正压能；在西北太平洋中东部， − u ′ S v ′ S ∂ u ′ I ∂ y ¯ 有最大的正贡献。这两项使得低频环流通过正压能转换向SSE提供能量，使上述两个地区SSE动能增加。 − u ′ S v ′ S ¯ ∂ u ˜ ∂ y 项在南海–菲律宾地区有最大负贡献，在 西北太平洋中东部地区有最大正贡献。该项导致ISO环流与SSE相互作用的能量收支，在上述两地区呈反相特征。 Table 3 Difference (high minus low years) of components of C K M − S and C K I − S (unit: 10−6 m2·s−3) over South China Sea-Philippines and central and eastern part of Western North Pacific. Bold represents the maximum contributio C K 各项分量 南海 西北太平洋中东部 C K 各项分量 南海 西北太平洋中东部 C K M − S − u ′ S 2 ¯ ∂ u ˜ ∂ x −2.78 0.78 C K I − S − v ′ S 2 ∂ v ′ I ∂ y ¯ 1.18 −1.64 − u ′ S v ′ S ¯ ∂ u ˜ ∂ y 3.83 2.05 − u ′ S ω ′ S ∂ u ′ I ∂ p ¯ 0.21 0.21 − u ′ S v ′ S ¯ ∂ v ˜ ∂ x 0.8 −0.94 − v ′ S ω ′ S ∂ v ′ I ∂ p ¯ 0.07 −0.1 − v ′ S 2 ¯ ∂ v ˜ ∂ y 7.02 0.03 − u ′ S u ′ I ∂ u ′ I ∂ x ¯ 0.13 0.46 − u ′ S v ′ S ¯ ∂ u ˜ ∂ p −0.16 0.19 − u ′ S v ′ I ∂ u ′ I ∂ y ¯ −1.98 0.22 − v ′ S ω ′ S ¯ ∂ v ˜ ∂ p −0.22 −0.19 − v ′ S u ′ I ∂ v ′ I ∂ x ¯ 4 −1.78 C K I − S − u ′ S 2 ∂ u ′ I ∂ x ¯ −2.15 1.96 − v ′ S u ′ I ∂ v ′ I ∂ x ¯ 0.54 −0.69 − u ′ S v ′ S ∂ u ′ I ∂ y ¯ −6.42 4.04 − u ′ S ω ′ I ∂ u ′ I ∂ p ¯ 0.35 0.11 − u ′ S v ′ S ∂ v ′ I ∂ x ¯ 2.72 −2.16 − v ′ S ω ′ I ∂ v ′ I ∂ p ¯ −0.08 0.06 表3. C K M − S 、 C K I − S 各分量在南海–菲律宾及西北太平洋中部地区的异常偏高–偏低年差值(表中粗体代表最大贡献项，单位：10 −6 m 2 ·s −3 ) 图7给出了 C K M − S 前四项(表3)中SSE动量通量和背景低频风场在异常偏高、偏低及偏高–偏低年的差异合成分布。第一项和第四项代表SSE动量通量和背景低频环流的辐合辐散作用。异常偏高和偏低年份， u ′ s u ′ s 和 v ′ s v ′ s 在整个西北太平洋为正值(图7(a)、图7(b)，图7(g)、图7(h))。南海–菲律宾地区处在季风 槽下，背景低频环流趋向辐合，于是 − u ′ S 2 ¯ ∂ u ˜ ∂ x 和 − v ′ S 2 ¯ ∂ v ˜ ∂ y 也为正值。异常偏高–偏低年差异中，该区处于整个西北太平洋强的异常气旋的西部， − ∂ v ˜ ∂ y 显著加强(图7(i))。该区显著加强的扰动通量 v ′ s v ′ s 与西部异常气旋的相互作用，导致 − v ′ S 2 ¯ ∂ v ˜ ∂ y 成为南海–菲律宾的SSE正压能加大。在西北太平洋中东部，异常偏高、偏低年份，该区位于季风槽北端的东南风中，水平辐合辐散较弱， − ∂ u ˜ ∂ x 小于0，于是扰动通量和辐合的显著加强，二者相互作用最终贡献仍不大(表3)。而该区 − ∂ u ˜ ∂ y 在异常偏高、偏低年大于0，加上正的扰动通量 u ′ s v ′ s ，导致 − u ′ S v ′ S ¯ ∂ u ˜ ∂ y 始终为正值。于是加强的扰动通量和加强的异常气旋环流的相互作用使得该项有较大的正贡献。 图7. 850 hPa SSE动量通量(填色) u ′ s u ′ s 和低频风场(矢量)异常偏高(a)，偏低(b)和偏高–偏低(c)年差异的合成。(d~f)和(g~i)与(a~c)一致，但为 u ′ s v ′ s 和 v ′ s v ′ s 项