上重与下重垂直速度结构：分层大气模型的物理模态
大气与海洋物理
2025-09-19 v1
摘要
热带东太平洋和西太平洋在垂直速度（或omega）剖面上存在差异。东太平洋以底部重的剖面为特征，而西太平洋以顶部重的剖面为特征。尽管水平海表温度(SST)梯度的跨盆地差异已知是重要的，但这些omega结构变体存在的物理原因尚未完全理解。本文通过一个在f平面上的n层大气稳态线性模型来研究这一问题。对流和辐射被参数化为热力学扰动的线性响应，对流非线性通过对流开/关状态近似。模型的自由模态（或本征模态）产生类似于热带大气观测到的斜压模态的垂直结构，每个模态关联一个特征水平尺度（即特征值）。在标准参数化方案中，第一斜压模态具有较大的空间尺度（约1500公里），而第二斜压模态具有较小的空间尺度（约250公里）。当模型被强梯度和弱梯度海表温度(T_s)剖面强迫时，所得的omega剖面分别呈现底部重和顶部重的结构——模仿了东太平洋和西太平洋之间的观测差异。还观察到了对科里奥利力大小的额外依赖。垂直结构与斜压模态的水平尺度之间的联系解释了为什么强梯度T_s剖面强烈投影到第二斜压模态上，在东太平洋产生底部重的omega剖面，而弱梯度T_s剖面强烈投影到第一斜压模态上，产生西太平洋典型的顶部重omega剖面。
引用
@article{arxiv.2509.15166,
title = {Top- and bottom-heavy vertical velocity structures: physical modes of layered atmospheric models},
author = {Fiaz Ahmed and J. David Neelin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.15166},
year = {2025}
}