北太平洋风应力与流场联合EOF的主模态分析

采用了SODA资料,将海面风应力场与大洋各层流场看作一个整体做了赤道外北太平洋风应力和流场异常的联合EOF分析,此时风应力场与各层流场有相同的时间系数,这样就可揭示海气耦合的结构和演变,这是该方法的特点和优点。得到的主要结论有:诊断得到的主模态的风应力异常体现了北太平洋大气活动中心的异常,两者关系密切;在冬、春、秋三季均表征为阿留申低压的异常,在夏季则表征为副热带高压的异常。该主模态的风应力和流场异常均是PDO模态在其上的体现,且前者处海气相互作用中矛盾的主要方面,后者处次要方面,前者起着主动作用,后者则处被动状态。主模态在四季均有明显的年际变化和年代际变化;对北太平洋风场和上层流场而言,年际变化反映了ENSO的影响,而约20a的年代际变化则反映了太平洋年代际振荡(PDO)的影响。主模态中北太平洋海盆尺度的风应力异常、大洋环流异常和上层海温的动力异常这三者具有紧密的联系,这三者的连锁作用则造成了北太平洋SSTA的PDO模态;而在此大洋环流异常则起着关键中介作用。主模态的风应力异常与黑潮系统流场的异常有紧密联系;对于明显的正(负)异常,冬、夏两季135°E以东的黑潮都偏强(弱),黑潮续流则偏弱(强);对于黑潮以南的回流涡旋,冬季则偏强(弱),夏季则偏弱(强);而ENSO和PDO对黑潮流场系统的异常均有明显影响。

冬季北太平洋流场异常主要模态与PDO及NPGO的关系

采用复经验正交函数(EOF)分解和小波分析,对冬季北太平洋上层海流异常进行了统计动力诊断,并讨论了主要模态与北太平洋年代际振荡(PDO)模态和北太平洋环流振荡(NPGO)模态的关系。结果显示,冬季北太平洋上层洋流异常复EOF分解的第一模态是PDO在流场异常上的反映,第二模态则包含了NPGO的明显信息。主要依据有:(1)第一和第二模态的实时间系数序列分别有准20a和准13a的年代际变化周期,与PDO和NPGO模态的年代际变化周期相同;(2)第一和第二模态实时间系数与北太平洋海表面温度异常(SSTA)的回归系数场的空间分布分别与PDO和NPGO模态的空间结构相近。根据第一和第二模态上层洋流异常计算得到的垂直运动异常的分布,与SSTA的PDO和NPGO模态的空间分布类似,表明海盆尺度流场异常造成的垂直运动是形成PDO和NPGO模态的重要原因。

冬季北太平洋NPGO模态和NPO模态的耦合特征分析

利用EOF分解和SVD分解方法,揭示了冬季北太平洋的海平面气压和海表面温度的主要模态,并利用统计方法对第二耦合模态的耦合特征进行了解释。结果表明,SLPA和SSTA的第二模态为NPO模态和NPGO模态,第二耦合模态的空间结构反映了中纬度北太平洋中西部是两者相互作用的关键区域;时间变化趋势表明北太平洋大气和海洋的第二耦合模态正在由高频变化转换为低频变化,且SLPA上表现出的气候迁移要早于SSTA;NPGO模态与海表西风EOF分解的第二模态密切相关,这反映了NPO模态通过海表面西风异常影响着NPGO模态的结构。

冬季北太平洋优势气候模态的转移

采用EOF分解和小波分析,并引入相似度,分析冬季北太平洋的两个主要气候模态,即太平洋年代际振荡(PDO)模态与北太平洋涡旋振荡(NPGO)模态,及其结构特征随时间的演变。结果表明:1988/1989年的气候转移后,冬季海温距平(SSTA)优势模态为NPGO模态的年份越来越多,这种优势气候模态的转移现象表现出准18 a的年代际周期;SSTA与NPGO模态相似度的20年滑动平均在20世纪80年代中后期之后超过了SSTA与PDO模态的相应值,这表明此后SSTA的优势模态发生了转移,由PDO型转换为NPGO型;对典型时间段SSTA的合成分析显示,其优势模态由1988年前的PDO型转变为之后的NPGO型。