理想化大气的线性响应函数。第一部分：使用 Green 函数构造及其应用
摘要
线性响应函数（LRF）决定了非线性气候系统对微弱外加强迫的平均响应，而涡流通量矩阵（EFM）决定了涡流动量与热通量对平均流变化的响应。由于缺乏完善的湍流涡旋理论，LRF 和 EFM 均无法从第一性原理出发进行计算。本文通过向采用 Held-Suarez 物理过程的 GCM 逐一施加大量局部微弱强迫，计算了理想化干大气的 LRF 和 EFM，并计算了其平均响应。随后，利用这些强迫与响应，通过矩阵求逆构造了纬向平均响应的 LRF 和 EFM。测试表明，LRF 和 EFM 相当准确。LRF 的谱分析表明，最易激发的动力学模式，即中性向量，与该模型的环状模极为相似。本文所述框架可用于计算纬向非对称响应及更复杂 GCM 的 LRF/EFM。本文构造的 LRF/EFM 的潜在应用包括：i) 施加指定的平均流以进行假设检验；ii) 在复杂的涡旋-平均流相互作用问题中分离/量化涡旋反馈；iii) 评估/改进目前用于在综合 GCM 或观测中构造 LRF 或诊断涡旋反馈的更具普适性的方法。作为 iii) 的一个示例，在第二部分中，还使用涨落-耗散定理（FDT）计算了 LRF，并利用先前计算的 LRF 研究了 FDT 在某些情况下表现不佳的原因。结果表明，使用前几个 EOF 进行降维（这是从 FDT 构造 LRF 的常用方法），可能会因算子的非正规性而显著降低准确性。
引用
@article{arxiv.1511.02214,
title = {The linear response function of an idealized atmosphere. Part 1: Construction using Green's functions and applications},
author = {Pedram Hassanzadeh and Zhiming Kuang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.02214},
year = {2016}
}
备注
revision submitted to the Journal of Atmospheric Sciences; Supplemental Material is at http://www.people.fas.harvard.edu/~hassanzadeh/HassanzadehKuang2016JAS_Part1_SM.pdf; Part 2 is at http://www.people.fas.harvard.edu/~hassanzadeh/HassanzadehKuang2016JAS_Part2.pdf