太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的长期变化(二)

本文通过统计学相关分析,讨论了西太平洋低纬地区经圈环流强度、西北太平洋副热带高压的长期变化与赤道太平洋东部海温场、热带太平洋西部—南海海温场之间的耦合关系。 结果表明,赤道太平洋东部海温异常是西太平洋低纬地区经圈环流强度长期变化的主要原因之一。赤道太平洋东部海温的异常,通过西太平洋低纬地区经圈环流强度的异常响应,影响西北太平洋500hPa副高以及南海海温的长期变化。很有可能,东北太平洋中高纬度西风带西风强度与赤道海温的遥相关,是通过西太平洋低纬地区哈特莱环流向北的角动量和热量输送而实现的。     

太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的季节变化

本文对西太平洋低纬地区科罗尔等五个测站200百帕与850百帕高度风场资料作了分析。结果表明,西太平洋低纬地区经向垂直环流圈的季节变化与所在经度范围内的南北向海温梯度的季节变化一致。而纬向垂直环流圈的季节变化则与印度洋——太平洋低纬地区东西向海温梯度的季节变化一致,并且落后于海温梯度一个月。这一现象表明,赤道太平洋东部与热带印度洋西部的海温变化均与太平洋低纬地区纬向环流的变化有密切的关系。单单强调赤道太平洋东部海温的热力作用是不够的。     

赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响

本文利用1967-1985年间,西太平洋137°E剖面(34°N-1°S)的深层海温调查资料及500hPa月平均图,首先分析了该剖面上深层海温变化的分布结构和年际变率特征,发现西太平洋赤道暖池温跃层(取纬度4°-8°N,厚度75-200米)海温年际间的变化与赤道逆流流量呈反位相的关系,在埃尔尼诺年期间,赤道逆流(自西向东)加强,赤道暖池温跃层海温下降.当埃尔尼诺结束时,赤道逆流流量迅速减小、温跃层海温上升在此基础上进一步研究了赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响,发现赤道暖池温跃层海温与低纬大气的关系比赤道东太平洋海表温度要明显,尤其是对夏季低纬大气和副热带高压强弱的关系更为密切,这一统计事实说明,赤道暖池温跃层海温的变化可能是影响低纬大气环流异常变化的重要热源.     

西太平洋近赤道地区风场的变化与埃尔尼诺

本文利用综合海洋大气资料(COADS)分析了西太平洋赤道地区风场的变化与埃尔尼诺的关系,发现埃尔尼诺发生前该地区纬向风有持续的东风距平,经向上有由赤道吹向高纬的经向风异常,造成了西高东低和赤道低两侧高的海平面分布.而在埃尔尼诺年该地纬向为西风距平,经向有由高纬指向赤道的经向风异常,造成暖水在赤道附近堆积.由此产生的开尔文波是东太平洋海面温度(以下简称海温)变暖的重要原因.特别值得指出的是,在埃尔尼诺年西太平洋赤道地区两次西风距平的峰值,两次由北向南的越赤道气流和两次近赤道台风的高潮对应于东太平洋海温的两个正距平高峰.     

南海海温与我国夏季降水相关关系的研究

近20年来,气象工作者一直把赤道东太平洋海温对我国汛期降水的影响作为海-气相互作用中的重要研究课题。陈烈庭(1977)研究了赤道东太平洋地区海温异常变化对我国汛期降水的影响;黄嘉佑(1989)利用相关矩方法分析了赤道东太平洋海温与我国夏季雨日之间的关系;魏风英等(1992)研究了赤道东太平洋海温等因子与长江流域夏季旱、涝之间的关系及各因子在旱、涝形成中的贡献。研究结果表明,赤道东太平洋海温对我国降水有显著影响。 南海地处赤道西太平洋边缘,是低纬热带海域,它位于季风气流上游,是我国夏季降水的水汽和各种能量的重要源地之一,因此该海域海表面温度(简称海温)的变化与季风环流的相互作用可直接影响我国东部低纬地区的降水。罗绍华等(1985)曾作过南海海温与长江中、下游夏季降水的相关分析,分析结果认为,南海前期海温变化与长江中、下游夏季降水有密切关系,即前期海温偏暖时,长江中、下游夏季降水往往偏多,反之,前期海温变冷时,降水少。但是,由于上述研究是利用1951-1972年的资料,而且仅限于长江中、下游地区与南海海温的相关分析,因而还不尽如人意。随着南海海温资料和我国降水资料的不断累积,为进一步深入研究南海海温变异与我国降水的关系提供更好的条件,本文试图通过分析南海前期各季海温与长江中、下游和东南沿海地区的降水关系,找出在海温影响下的降水分布特征及旱、涝出现规律,为长江中、下游和东南部地区旱、涝的长期预测提供依据。     

赤道太平洋-印度洋海温异常综合模与次表层海温异常

通过对1958-2001年的SODA海温资料进行经验正交函数分解,得到了太平洋-印度洋海温异常综合模态,该模态在海表及次表层的时空演变特征的分析表明,在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高)。该综合模态既有年际变化特征,还有年代际变化特征,在20世纪70年代中后期由以负指数为主转变为以正指数为主。对1958-2001年强正、负指数事件合成分析结果得知,综合模也存在着显著的年变化特征,在2-4月份偏弱,最强出现在10月份。西太平洋暖池次表层与赤道东太平洋次表层、赤道东印度洋次表层与西印度洋次表层有一种反位相的变化。次表层海温异常在东太平洋、西印度洋分别沿着南北纬10°左右向西太平洋、东印度洋传播并向赤道扩展,西太平洋、东印度洋的次表层海温异常则分别沿赤道向东太平洋、西印度洋传播汇聚。     

2010/2011年中部型La Nia事件形成机理及其垂直环流异常

应用TAO(Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了2010/2011年La Nia事件的变化特征,讨论了此次过程中赤道太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,以及上层海温场的异常变化机理。结果表明,2010/2011年的La Nia事件与传统事件不同,是一次明显的中部型La Nia事件(简称CPP La Nia),其爆发过程主要存在两个不同机制的响应过程:一是西太平洋暖池(WPWP)区域次表层异常冷海温通过赤道潜流的作用沿温跃层东传,导致赤道东太平洋上层海洋温度场出现异常降温:二是赤道中东太平洋出现强的距平东风,通过上升流作用,导致冷海温上传影响中太平洋上层异常海温场。前者是导致La Nia事件的必要条件,后者则是形成此次中部型La Nia事件的关键过程。由分析结果还表明,日界线以东赤道太平洋纬向风变化对中西太平洋上层海温场变化有重要影响,是导致此次中部型事件爆发的重要机制。文章进一步分析了此次中部型La Nia事件过程中热带垂直环流的变化,结果表明经向和纬向大气环流都表现出明显的异常。     

西风爆发、次表层暖水东移与厄尔尼诺现象

利用最近20 a的大气海洋资料,分析了厄尔尼诺事件与赤道太平洋西风异常以及赤道太平洋次表层海温之间的关系.结果表明,赤道西太平洋(5°S～5°N,120°～160°E)和赤道中东太平洋(5°S～5°N,160°E～160°W)西风异常都存在着与厄尔尼诺周期一致的年际变化,但前者还包含有显著的2～3个月季节内振荡.赤道西太平洋次表层冷暖水东移也呈现年和年际时间尺度的振荡周期.在厄尔尼诺发生前,赤道西太平洋次表层海水出现持续性增暖,赤道西太平洋西风异常频率加快,强度增强.随后赤道中太平洋(160°E～160°W)出现持续性(3个月以上)强西风异常(即西风爆发),并进一步向东扩展,同时次表层暖水沿着赤道波导东移到赤道东太平洋混合层,导致赤道东太平洋海表大面积异常增暖,形成一次厄尔尼诺现象.最后,模式模拟了1980～1984年赤道太平洋海温的变化,进一步证实了赤道纬向西风异常对暖水东移起着重要的作用.     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

近赤道西太平洋低空纬向风异常对ENSO事件的指示性

本文计算了近赤道西太平洋Ponape岛1961～1986年历年逐月850hPa矢量风的纬向与经向分量及其距平值,并分析了其与ENSO事件的关系.结果发现,当该岛纬向风距平(3个月滑动平均)值达到+2m·s-1并持续2～3个月时,则其后东太平洋多即有埃尔尼诺现象发生.进一步分析该岛纬向风距平与西太平洋Truk岛海面水位距平和东太平洋赤道SST距平之间的时滞关系,结果发现,三者之间依次存在着十分显着的时滞相关,表明在西太平洋低纬大气与东太平洋赤道海温之间可能存在着一种由动力异常导致热力异常的物理过程.利用中美西太平洋海气联合考察获得的1986～1988年埃尔尼诺期间165°E断面CTD和ADCP等实测资料,对这种可能过程做了分析和讨论.     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。     

西太平洋副高与海温场分析

本文分析500百帕月平均西太平洋副热带高压强度和位置变化与北太平洋和赤道海温之间的相互关系。结果表明,海温对西太平洋副高的影响比较明显,而副高对海温的影响不如海温对副高影响那样显著。海温与副高的相关关系有着明显的季节差异和区域差异,其中冬季赤道低纬地区的海温与冬、春季副高强度变化之间的关系最为突出。     

南沙暖水变化及其与ENSO和西太副高的耦合关系

南沙暖水域位于南海南部,濒临赤道,处于Walker环流上升区和南北半球气流交换的通道上,是南海海温较高的区域,也是海气相互作用的敏感地区。热带海域海洋及大气环流的变化对该海域海温的变化有着重要影响。 以往的研究表明,南海海温与赤道中、东太平洋水温和西太平洋副热带高压关系密切(钮智旺,1994;陈永利,1996)。南海是一个半封闭性海域,南海海温的变化与热带西太平洋水温之间具有非“承接”性(周发琇,1991),与西太平洋之间的水体交换不可能是引起南海海温变化的主要原因。那么,赤道中、东太平洋海温及副高是通过什么过程影响南海海温呢?它们之间的相互关系如何?西太平洋副热带高压是控制南海海域的主要天气系统，厄尔尼诺和南方涛动是热带太平洋地区海洋、大气中的两种大尺度异常现象,南海海温与它们之间的耦合关系可能就是影响海温变化的过程。本文根据综合海洋大气资料(COADS),分析了南沙暖水的变化与南海海温的关系,并借助功率谱和交叉谱分析了南沙暖水的变化周期以及与赤道东、中太平洋水温、南方涛动和西太副高之间的显著耦合频域及相互耦合振荡关系,以探讨南沙暖水与ENSO(埃尔尼诺-南方涛动)和西太副高之间的内在联系及海温变化的原因,对于研究南沙暖水域及南海海温变化的物理成因有着重要意义。     

赤道太平洋温度、流场距平EOF分析及与厄尔尼诺的关系

利用EOF分析方法,讨论了最近20a赤道太平洋次表层温度、纬向流距平与厄尔尼诺的关系.结果表明:赤道太平洋海温距平EOF分析第一、二主分量占总量的近80%,其中第一主分量类似于厄尔尼诺模态,第二主分量类似于暖池模态;后一模态存在着突变和渐变两种过程,其中由冷位相变暖位相过程为渐变过程,而暖位相变冷位相过程为突变过程.厄尔尼诺事件是赤道西太平洋暖池突变过程的结果.赤道太平洋纬向流距平EOF的第二主分量代表赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流的变化,这个模态存在着半年左右的振荡和与厄尔尼诺同位相的年际振荡两种频率.另外,它还存在明显的年代际变化.赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流减弱是产生厄尔尼诺的必要条件.统计回归分析表明,赤道太平洋海温距平和纬向流距平EOF的第二特征向量的时间系数对厄尔尼诺和拉尼娜均有一定的预报意义.     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

赤道太平洋海温的东西振荡及其模拟

本文对137°E剖面不同深度的海温资料进行了比较细致的整理和分析,发现热带西太平洋海温敏感区(约在6°N,125～150m处)的海温(WSST)与赤道东太平洋海温之间存在着明显的反位相变化关系.在对赤道太平洋海、气运动的基本特征进行分析的基础上,设计了一个简单的二维海气耦合模式.用此模式模拟出在赤道太平洋中存在一类似于大气中Walker环流的赤道太平洋环流,其强弱变化造成了赤道太平洋海温的东西振荡.     

新疆北部雨季降水的小波分析和对ENSO的响应关系研究

在过去的几十年中,国内外气象专家关于ENSO对中国中东部降水与旱涝的影响研究比较多,20世纪70年代,陈烈庭[1]提出赤道东太平洋海温是通过赤道地区的平均纬圈环流、105°～130°E的平均经圈环流这一重要环节影响江淮流域汛期降水的.20世纪80年代,史久恩等[2]、李麦村等[3]分别研究了厄尔尼诺事件及赤道太平洋海温与我国汛期降水的关系,符棕斌[4]研究了ENSO的年际变化及其对长江流域梅雨的影响关系.     

1986—1987年厄尔尼诺-南方涛动事件形成发展过程分析

本文利用近期热带太平洋大气—海洋实测资料,对起始于1986年9月的厄尔尼诺(EI-Ni(?)o)-南方涛动(ENSO)事件作了初步分析,发观亦道太平洋月际STS距平、纬向风指数、平均海平面高度距平、南方涛动指数、地球射出长波辐射、大气环流遥相关型和西太平洋副热带高压等在这次ENSO事件发生前后均有显著变化。作者指出,这次ENSO事件中,赤道太平洋海温异常增暖不是象通常那样发生在春季和由南美沿岸向西发展,而是发生在秋季,且首先出现在中赤道太平洋日界线区,而后迅速向东发展,从海温异常增暖的强度和持续时间来看,这次ENSO事件基本属一次中等强度过程。     

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(120-170 m)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.     

北赤道流区海温异常与ENSO循环

应用热带太平洋上层XBT温度资料，分析探讨了西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的变化规律，揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的机制。分析表明，西太平洋暖池区的次表层海温异常冷暖与太平洋北赤道流的海温冷暖异常信号西传有重要关系。北赤道流的海温异常冷(暖)信号是沿温跃层由赤道中东太平洋潜沉向西太平洋暖池区传播，对暖池区域次表层海温场产生重要影响。这一传播过程与西太平洋次表层海温异常暖(冷)信号向赤道中东太平洋传播，构成了热带海洋信号的气旋式“信号通道”。在这一“信号通道”中，北赤道流的海温异常信号西传是导致西太平洋暖池区及西太平洋次表层海温异常的重要机制，是影响El Nifio和La Nifia事件发生的关键。