太平洋年代际振荡冷、暖背景下ENSO循环的特征

利用英国气象局哈德莱中心的月平均海温距平资料、美国Scripps海洋研究所联合环境分析中心(JEDAC)的海表和次表层海温观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了太平洋年代际振荡(PDO)不同背景下ENSO循环的特征。结果表明,PDO为ENSO循环提供了一个年代际气候背景,在PDO的暖位相时期,ElNino事件发生的频率较高,强度较强;反之,在PDO的冷位相时期,LaNina事件发生的频率较高,强度较强。而且在不同的太平洋年代际振荡背景下,ENSO循环表现出不同的特征。在PDO冷位相时期,发生ElNino(LaNina)事件时,正(负)的SOTA从西太平洋沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道东太平洋向西扩展到中太平洋,ENSO事件先在赤道东太平洋爆发。在PDO的暖位相时期,发生ElNino(LaNina)事件时,正(负)的SOTA首先出现在赤道中太平洋,然后沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道中太平洋向东扩展到东太平洋,ENSO事件首先在中太平洋爆发。这为ENSO预测提供了新的线索。

ENSO循环各阶段东亚夏季风特征的诊断研究

利用NCEP/NCAR再分析资料和NCAR海温资料及中国测站地温资料 ,对ENSO循环不同阶段东亚夏季风强弱变化进行了分析。并从此期间的海陆热力差异和季风低压变化来探讨海温异常对东亚夏季风的影响 ,结果表明 :东亚夏季风指数有明显的年际变化和年代际变化 ,且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系 ,其中又以与三个月前的海温变化关系最好。在Nino1+2区为冷、暖水之后的三个月中 ,冷水期对应的东亚夏季风指数大于暖水期对应的东亚夏季风指数 ,东亚夏季风比暖水期强。赤道东太平洋SST变化期间亚洲大陆的地面温度和地面气压也有明显变化 ,这是引起ENSO不同阶段东亚夏季风变化的主要原因。

东亚夏季风环流与ENSO循环的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料和NCAR海温资料 ,对ENSO循环不同阶段东亚夏季风环流的变化进行了分析。计算了各年夏季风环流的强度系数及其与多年平均夏季风环流的相似系数和差异系数 ,分析它们与海温变化的关系。结果表明 :东亚夏季风环流强度有明显的年际变化和年代际变化 ,且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系 ,其中又以与三个月前的海温变化关系最好。在春季 (3～4月 )Nino 1+2区为冷、暖水时 ,当年夏季 (6～ 7月 )东亚季风区中 85 0hPa等压面上 >2m·s-1的经向风北伸纬度和东亚季风区的垂直经圈环流都有明显差异 ,在冷水期 >2m·s-1的经向风北伸纬度比暖水期高 ,季风环流圈的上升支北移 ,东亚夏季风环流较暖水期强。

西太平洋暖池海温的时空变化及其在ENSO循环中的作用

应用SODA_1.4.2版本资料,分析研究了热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)海温场的变化特征,讨论了WPWP海温的时空变化特征与ENSO之间的联系途径。分析结果表明,在上层海洋,WPWP的海温场在垂向结构上具有显著的年际变化特征,在不同深度存在较大差异。表层的异常海温出现明显的增温趋势,在47年期间(1958—2004)增温幅度达0.15℃。而随着深度的增加,异常海温出现明显的降低趋势,次表层(120—170m)的降温幅度最大,其降温可达-0.72℃。这种变化可能与20世纪70年代末WPWP区域的海温场发生突变过程存在一定关系。另外,在热带太平洋温跃层曲面上,WPWP区域海温变化与赤道东太平洋海温变化存在"跷跷板"现象。据此,定义了赤道东西太平洋温跃层曲面上异常海温变化强度指数,为ENSO循环过程的研究提供了又一参考依据。通过对WPWP不同深度的异常海温和海流分析发现,WPWP异常海温的东传过程与赤道潜流的强弱变化存在密切关系。

亚洲季风与ENSO循环的相互作用

ＥＮＳＯ事件对亚洲季风有很大影响，特别是对东亚夏季风环流有较大影响。许多观测事实表明，在ＥＮＳＯ事件处于发展阶段的夏季，江淮流域往往发生洪涝，黄河流域往往发生干旱，东北地区往往发生冷夏。本研究利用观测资料分析了亚洲季风对ＥＮＳＯ事件发生的影响。分析结果表明，在ＥＮＳＯ事件发生前，在热带太平洋上空对流层下层有明显的西风异常；这个西风异常将会加强东传暖Ｋｅｌｖｉｎ波和西传冷Ｒｏｓｓｂｙ波，为ＥＮＳＯ循环提供必要的赤道海洋波动条件；并且这个西风异常与东亚季风区西风异常向南传播有密切关系。通过遥相关分析表明，东亚季风西风异常的南传是通过欧亚型遥相关的波列来实现。通过分析，本研究提出一种亚洲季风与ＥＮＳＯ循环相互作用的物理图像。

西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环的相互作用

利用 1 964～ 1 993年的太平洋次表层海温资料 ,进一步分析研究了西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环的关系。合成及相关分析的结果进一步表明 ,西太平洋暖池次表层海温的暖 (冷 )异常及其东传对ENSO的发生起着十分重要、且更直接的作用。然而 ,赤道西太平洋异常纬向风是造成次表层海温异常东传的重要原因 ,而纬向风的异常又是由于东亚冬季风异常活动所引起的 ,这间接地说明了异常东亚冬季风对西太平洋暖池次表层海温距平东传的重要作用。通过研究还发现 ,ENSO发生后 ,北半球副热带地区将有次表层暖 (冷 )海温距平沿着 1 0～ 2 0 oN纬带西传 ,这是导致西太平洋暖池次表层海温发生异常的重要原因之一。也就是说 ,西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环之间是相互影响、相互作用的。

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.

太平洋次表层海温异常年际变率的信号通道与ENSO循环

利用SODA海洋同化资料,分析了太平洋次表层海温异常(SOTA)年际信号变异特征与ENSO循环的联系。结果表明,热带太平洋的年际变率表现为以160°W为纵轴的东西向和以6°—8°N为横轴的南北向的跷跷板分布,南太平洋和北太平洋中高纬度海洋的SOTA则与热带西太平洋SOTA同号,但强度较弱,这些变化都与ENSO事件密切相关,是ENSO事件的两个主要模态,具57和44个月显著周期。ENSO循环期间,热带西太平洋SOTA强信号中心沿赤道东传,到达赤道东太平洋后加强并北扩,导致ElNi?o或LaNi?a事件,同时从热带西太平洋有较弱SOTA信号向东北和西南传播,在南、北太平洋中高纬度海域产生弱SOTA;同期位于热带东太平洋反号的SOTA强信号中心沿10°—15°N(平均12°N)西传,至热带西太平洋后加强并南扩,为下次LaNi?a或ElNi?o事件准备条件,同时在北太平洋中高纬度海洋还存在着反号弱的SOTA。如此周而复始,完成ENSO循环。太平洋次表层海温年际变化信号除在赤道及以北的热带太平洋存在一个逆时针方向的传播通道外,同时在热带西太平洋有异常信号向南、北太平洋中高纬度海域传播,并指出ENSO循环期间太平洋次表层海温异常年际变率信号传播的可能通道。

一种新的ENSO循环负反馈机制

本文利用包含海洋表面边界层和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合异常模式的３０年模拟结果，通过对模式ＥＮＳＯ循环演变特征和正负反馈机制的细致分析，揭示出了ＥＮＳＯ循环形成的一种新的负反馈过程。指出：ＥＮＳＯ循环的正反馈机制是不稳定海气相互作用过程，且这一不稳定过程的发展在暖态中明显强于冷态；ＥＮＳＯ循环的负反馈机制在冷暖态中表现不同，在冷态消亡过程中，这种负反馈过程主要表现为暖的西传Ｒｏｓｓｂｙ波经西边界反射产生的暖的东传Ｋｅｌｖｉｎ波来抑制冷位相不稳定发展的，但在暖态消亡过程中，不存在类似的纬向波作用过程，其负反馈过程主要表现为在海气耦合不稳定充分发展时伴随的赤道两侧冷水上翻过程的加强以及非线性过程的衰减作用共同抑制了不稳定的发展，并最终使系统从暖态恢复至冷态。本文得出的ＥＮＳＯ循环暖位相中的负反馈机制和近年来国外提出的＂时滞振子＂理论明显不同。

ENSO循环对西北地区夏季气候异常的影响

利用陕、甘、宁、青、新五省(区)分布均匀的89个测站近40年的夏季降水和气温资料,分析了ENSO循环在不同位相时西北地区夏季降水和气温的异常特征。结果表明,西北地区夏季气候在ENSO循环不同位相的异常特征各不相同。ElNi no发展年,我国青藏高原东侧地区的降雨稀少,气温偏高,容易发生干旱,而新疆则以低温多雨为主;ElNi no次年,青藏高原东侧及北疆地区降水偏多,气温偏低。LaNi na年我国西北地区的气候特征类似于ElNi no次年,但异常的范围更大,异常程度更加明显。西北地区夏季降水在ElNi no发展年的异常强度较次年和LaNi na年明显,而气温则相反,即在ElNi no次年和LaNi na年的异常要强于ElNi no当年。无论是降水还是气温,青海东部、甘肃中部、宁夏和陕北是夏季我国西北地区对ENSO影响反映最强烈的区域,新疆地区则有其自身特点。

ENSO循环过程对南极海冰的影响

应用 1 951— 2 0 0 2年NINO特征指数 (NINO1 +2 ,NINO3 ,NINO4 ,NINO3 .4)和 1 973—1 998年南极海冰北界范围以及 1 950— 2 0 0 1年SODA海洋温度资料。首先分析探讨了在ElNi no期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水在南半球的传播途径 ,进而研究了ENSO以及东南太平洋异常海温场与南极海冰之间的关系。结果表明 ,在ElNino期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水 ,是沿秘鲁和智利沿岸向极传播。其传播过程持续大约 1年的时间 ,但未发现沿南赤道流的西传现象。ENSO循环过程与南极海冰变化存在一定联系 ,特别是Amundsen Belling shausen海和南极半岛海冰的变化与ENSO暖事件 (ElNino)较为密切。当ElNino事件发生后 ,时滞 2年左右的时间 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰将出现明显的减少现象 ,特别是南极半岛的海冰减少最为明显。ElNino事件对南极海冰的影响过程是 ,堆积于赤道东太平洋的大量异常暖水 ,沿南美 (秘鲁和智利 )沿岸近海向极地传播 ,异常暖水的这种向极传播过程将引起近极的海温场出现异常升高 ,最终导致Amundsen Bellingshausen海和南极半岛地区的海冰减少。自 2 0世纪 80年代以来 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰出现明显减少的趋势 ,与这一时期的ElNino事件的频繁发生?

南海大气季节内振荡特征及其与ENSO循环的关系

采用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,简称OLR)及扩展重建海表面温度资料,对南海大气季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,简称ISO)特征及其与ENSO循环的关系进行了诊断分析。结果表明:1)南海大气ISO的30~60 d周期在5—10月均显著。一般年南海大气ISO的对流传播在纬向上存在东传和西传,在经向上具有南北半球季节性摆动的特征。以低频动能表征的南海大气ISO强度年代际变化特征明显,近31 a来趋势增强,年变化呈单峰结构,峰值在7—8月。2)南海大气ISO的对流与ENSO循环显著相关,其强度在El Nio(La Nia)年减弱(增强)。与一般年对比,南海大气ISO对流在El Nio和La Nia年均表现为西传减弱、北传显著。北传特征表现为强对流活跃带于春季(4—5月)北跳至北半球(在La Nia年最北可至35°N),但在北半球的传播方向与一般年相比存在显著差异。3)南海大气ISO强度与ENSO循环关系密切,在El Nio(La Nia)年减弱(增强),两者表现为约半年(6~8个月)的滞后相关。Nio3区海表面温度异常序列与南海大气ISO强度的相关在中西太平洋地区和El Nio成熟前的春、秋季最显著,同时相关中心伴随低频动能高值区东移。

关于亚洲季风与ENSO循环相互作用研究最近的进展

综述和回顾了最近6年我国在实施国际气候变化与可预测性研究计划(CLIVAR)中在季风与ENSO循环相互作用方面的研究成果。特别是回顾了ENSO循环对东亚和我国降水、水汽输送、季风环流、西太平洋副热带高压的影响,以及亚洲季风对ENSO循环的动力作用和ENSO循环的物理机制等的研究成果,并且,还回顾了关于季风与ENSO循环相互作用的数值模拟和可预测性的研究成果。同时指出今后在此领域急待研究的一些问题。

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:(1)在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。(2)ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Nio发展期或La Nia衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流(NEC)加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流(MC)加大,菲律宾以东黑潮(KC)减小,北赤道逆流(NECC)最强。在El Nio(La Nia)成熟期,该区气旋性(反气旋性)异常环流达最强,NEC最强(最弱),NEC分叉位置最北(最南),MC最大(最小),KC最小(最大),NECC减弱(加强)。在El Nio衰退期或La Nia发展期与El Nio发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。(3)ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过"大气桥"能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。

赤道太平洋次表层海温模态在ENSO循环中的作用

利用美国马里兰大学海洋同化月平均再分析资料(SODA),分离出赤道太平洋次表层海温异常(SOTA)的年际变率和年代际变率,利用经验正交分解(EOF)方法分别得到SOTA年际变率和年代际变率的第一模态和第二模态,重点分析了第二模态在ENSO循环中的作用。结果表明,赤道太平洋年际变率和年代际变率的第一模态为偶极子分布,此分布型是ENSO循环冷暖位相在次表层的同时表现。第二模态以次表层范围较广的海温异常趋势一致分布为显著特征,该模态是ENSO循环演变过程的重要环节。第二模态时间系数与Ni o-3.4指数具有较好的超前相关性,可作为ENSO事件的预测前兆信号,合成和个例分析验证了这一次表层信号的预测指示作用。

ENSO循环对西太平洋副高和福建汛期旱涝的影响

利用1951—2000年北太平洋海温和副高特征量资料,探讨了夏半年副高与前期海温的关系,发现影响副高活动的海温关键区赤道东太平洋前期信息最明显,从前期秋季持续至春季都保持与夏半年各月副高强度、西伸脊点位置的高相关;ENSO事件的形成超前于副高强度的转折约半年时间;ElNino年副高持续偏强偏西,LaNina年则相反,脊线位置也有所反映但不如强度与西伸变化显著。在此基础上进一步分析表明,福建雨季(5—6月)降水分布的异常直接受到副高活动的影响,夏季(7—9月)全省大部旱涝也直接受到副高南北位置差异的影响。而副高活动异常又明显受ENSO循环的制约,因而关注赤道东太平洋海温及ENSO信息对福建汛期旱涝与降水分布趋势的预测具有重要意义。

ENSO循环及相关研究进展

ENSO(El Nio & South Oscillation)是热带海气相互作用的强信号,对全球气候异常有着重要影响。本文着重论述近几十年来ENSO循环与相关海-气系统相互作用的研究现状。首先从线性、非线性两方面阐述了ENSO循环的正负反馈机制;其次,详细论述了西太平洋暖池、热带大气环流和中高纬海-气系统与ENSO循环相互作用的物理过程和机制;最后,从统计预测和数值预测两方面对ENSO的预测现状进行了评述。

简单海气耦合模式大气运动方程的非线性对ENSO循环模拟的影响

研究简单海气耦合模式大气运动方程非线性对ENSO循环的影响,即讨论大气运动方程的纬向非线性、经向非线性、纬向和经向非线性对ENSO循环的影响。同时,讨论了ENSO循环对大气运动方程非线性的敏感性问题。数值实验证明,大气运动方程的非线性对ENSO循环的影响明显,并且ENSO循环对大气运动方程的非线性非常敏感。因此,研究简单海气耦合模式中大气运动方程的非线性对ENSO循环的影响,对进一步理解ENSO循环的物理机制,具有一定的理论意义和实用价值。

一个海气耦合环流模式中的ENSO循环特征及控制机理

本文利用中科院大气所两层全球大气环流模式和十四层热带太平洋模式的耦合环流模式 10 0年积分中的后 30年的月平均输出资料 ,通过分析海表面温度、上层海洋热容量和海表面高度异常的年际变化 ,揭示了模式 ENSO循环 (包括其产生、发展、成熟和消亡过程 )的特征及其控制机理。结果表明 ,控制本文耦合环流模式中 ENSO循环的机理是“时滞振子”模态 ,这和由中间复杂程度耦合模式得到的 ENSO控制机理是一致的。反映了“时滞振子”机制对于解释 ENSO控制机理具有一定的普遍性。另外 ,分析结果也表明 ,海表面高度异常和上层海洋热容量异常以及温跃层变化具有动力上的一致性。

热带太平洋年代际平均气候态变化与ENSO循环

文中用观测的热带太平洋海表温度资料、风应力资料和 OLR资料 ,通过多时间尺度分析 ,将与 ENSO有关的变化分为 3个主要的分量 ,一是 2～ 7a的 ENSO循环尺度 ,二是 8～2 0 a的年代际尺度 ,三是 2 0 a以上的平均气候态变化。讨论了热带太平洋这种平均气候态变化的主要特征以及与 ENSO循环的关系 ,并用耦合模式的数值试验来研究平均气候态的变化对 ENSO循环的影响。结果表明 :热带太平洋的平均气候态在 2 0世纪 70年代后期发生了一次由冷态向暖态的变化 ,主要增暖区是沿赤道以及热带东太平洋的 ,海表温度变化最大中心可以达到 0 .6℃。伴随着海表温度的变化 ,赤道西太平洋的西风距平加强 ,赤道东太平洋的东风距平也加强 ,在赤道中太平洋形成了一个加强的辐合中心。年代际平均气候冷暖态的变化对 ENSO最直接的线性影响是使 El Nino位相增加 ,而形成 ENSO冷位相和暖位相的不对称。另一方面较暖的平均气候态可能引起海洋和大气之间的耦合加强 ,导致 ENSO循环振荡有所加强。