平流层庞加莱—重力波的拓扑特征

地球自转以赤道南北相反的方式打破了时间反演和反射对称性，导致某些大气和海洋赤道波具有拓扑起源。在赤道以外，旋转浅水方程和稳定层结原始方程表现出庞加莱惯性重力波，其具有非平凡拓扑，这由其严格的超惯性时间尺度和频率—波矢空间中的相位奇点所证明。这种非平凡拓扑随后通过体—界面对应原理预测了沿赤道界面的两种赤道波的存在，即开尔文波和Yanai波。为直接在观测中检验庞加莱—重力波的非平凡拓扑，我们检查了ERA5再分析数据，并研究了50 hPa高度中层平流层风速度和位势高度之间的互相关。我们在波的高频处位势高度与速度的相对相位中发现了理论预测的涡旋和反涡旋。相比之下，较低频的行星波被发现具有平凡拓扑，这也与理论预期一致。这些结果展示了理解平流层波的新途径，并为气候系统其他组成部分中波的研究提供了定性新工具。