ENSO循环的非对称性及其机制初步探讨

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)资料,以Nino3.4区SSTA(sea surface temperature anomaly)指数为标准,选取典型El Nio和La Nia事件进行合成分析,观察ENSO的非对称性。通过分析ENSO事件发生过程中温跃层深度异常和斜压能量转化率的变化,研究其对ENSO循环非对称性的影响。由于与ENSO相关的海洋异常信号在南、北太平洋的传播主要是以Rossby波的形式,Rossby波可以通过不稳定机制获得能量成长和传播,斜压能量转化率越强,携带ENSO相关海洋异常信号的Rossby波就可能获得更多的能量成长,这种信号传播至赤道区域可以更快地导致ENSO事件的爆发。研究表明,在El Nio事件达到顶峰时,北太平洋ENSO相关的Rossby波传播区斜压不稳定能量很强(可使Rossby波增幅)、温跃层加深(可使Rossby波加速),有利于El Nio相关的暖信号传出,这很好地解释了El Nio事件总是比La Nia事件振幅大以及El Nio事件向La Nia事件转化比La Nia事件向El Nio事件转化快很多的现象。因...     

一种新的厄尔尼诺指数

利用1950—2016年NOAA月平均扩展重构海表温度(ERSST)资料,计算了目前业务常用的El Ni?o指数,并比较了它们对El Ni?o事件的监测能力。结果表明:单一指标对不同类型的El Ni?o事件不能全面监测,且其对于事件强度的判定也具有局限性。据此提出了一种新的El Ni?o指数,新指数不仅能够较为全面的监测历史上所发生的不同类型的El Ni?o事件,而且可以合理划分El Ni?o事件的强度,解决了对El Ni?o事件强度定义的争议,为El Ni?o事件的监测提供了一个新的工具。同时,分析了各El Ni?o指数气候平均值的变化对指数判定El Ni?o事件的影响,结果表明气候平均值的升高将导致指数判定的弱El Ni?o事件次数减少。     

在Zebiak-Cane模式中观测MJO强迫对ENSO可预报性的影响, 第1部分:对最大预报误差的影响

With the observational wind data and the Zebiak-Cane model, the impact of Madden-Julian Oscillation (MJO) as external forcing on El Ni(n)o–Southern Oscillation (ENSO) predictability is studied. The obs...     

异常气候条件下秘鲁外海茎柔鱼栖息地的时空变动

茎柔鱼主要分布于东太平洋，是我国鱿钓渔船的主要捕捞对象，气候变化对其栖息地有较大影响。本研究依据1950?2015年海表温度(SST)、海表高度距平(SSHA)以及尼诺指数(Ni?o3.4指数)，计算秘鲁外海茎柔鱼栖息地适宜性指数(HSI)，分析在厄尔尼诺(El Ni?o)、正常气候和拉尼娜(La Ni?a)条件下适宜栖息地的时空变动。分析表明，海表温度距平(SSTA)和SSHA与Ni?o3.4指数的变化趋势基本相同，Ni?o3.4指数与SSTA和SSHA均呈显著正相关，但与HSI值呈显著负相关。依据气候事件的定义，将研究年份划分为El Ni?o年，正常年和La Ni?a年。研究发现，在El Ni?o年，茎柔鱼渔场水温变暖，海面高度上升，适宜的SST和SSHA范围缩小，导致适宜的栖息地面积范围缩减；而在正常气候和La Ni?a年份，茎柔鱼渔场水温变冷，海面高度下降，适宜的SST和SSHA范围增大，因此适宜的栖息地面积范围增加。此外，Ni?o3.4指数和茎柔鱼渔场HSI纬度重心呈显著正相关，在El Ni?o事件下适宜的栖息地纬度重心向南偏移。研究认为，不同ENSO事件下茎柔鱼渔场环境变化显著，进而影响茎柔鱼适宜的栖息地范围及其空间分布。     

太平洋年代际涛动对ENSO与华南冬季降水关系的可能影响

基于中国160站冬季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA SST资料,本文分析了太平洋年代际涛动(PDO)不同位相时期ENSO事件对华南冬季降水影响的差异。结果表明:在PDO正位相时期,El Nio年华南冬季降水显著增加,而La Nia年华南冬季降水没有明显变化;在PDO负位相时期,El Nio年华南冬季降水增加虽然显著,但仅是PDO正位相时期的一半,而La Nia年华南冬季降水显著减少,这说明PDO对ENSO事件影响华南冬季降水具有调制作用,且El Nio(La Nia)事件对华南冬季降水的影响在PDO不同位相时期具有不对称性。前人研究指出,El Nio(La Nia)事件主要通过西北太平洋异常反气旋(气旋)影响华南冬季降水。本文分析发现,在PDO正位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋北侧西南气流影响华南,造成降水增加,而La Nia年西北太平洋异常气旋位置向南推,对华南地区影响很小;在PDO负位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋位置东移,对华南影响不大,而La Nia年华南地区基本为西北太平洋异常气旋北侧东北风异常所控制,从而使降水减少。由此可见,PDO不同位相时期El Nio(La Nia)事件影响华南冬季降水异常差异的主要原因是西北太平洋异常反气旋(气旋)的差异造成的。此外,源自孟加拉湾低槽南侧的西风水汽输送异常在PDO不同位相时期El Nio(La Nia)年份也存在非对称性的差异。     

P-J遥相关型位置的年际变化特征与ENSO的关系ZXF

本文利用ERA-40再分析资料对太平洋-日本(Pacific-Japan)遥相关型(简称P-J)在不同ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)事件时的位置特征进行了分析研究,并评估了第五次耦合模式比较计划(CMIP5)各模式对P-J遥相关型的模拟能力,利用CMIP5模式数据验证P-J遥相关型与赤道中东太平洋海温异常之间的相关性。结果表明,ENSO对P-J遥相关型的位置有影响:El Ni?o年,P-J遥相关型位置相对偏西偏南;La Ni?a年,P-J遥相关型位置则相对偏东偏北。ENSO对P-J遥相关型强度有影响:ENSO事件年赤道中东太平洋海温与次年夏季P-J遥相关型强度相关明显,正常年两者没有相关性。本文评估了CMIP5中24个耦合模式,发现大多数模式能很好得模拟出P-J型,并且全球变暖对PJ型位置变化的影响较小,而赤道中东太平洋海温异常对P-J遥相关型强度影响较大。     

一个ENSO集合数值预测系统的历史后报试验

对一个热带太平洋海气耦合ENSO集合数值预测系统进行历史后报检验。该系统模式为一个中等复杂程度的耦合模式,其中大气部分为统计模式,海洋部分为动力模式。扰动初始场通过集合卡尔曼滤波同化获得,并引入了模式误差,由一阶马尔科夫随机微分方程生成。集合预报样本数为100个。系统从1993—2011年共19 a的每个月都开始起报,每个预报样本都分别向后预报12个月。给出了El Nino指数时间序列预报结果检验、个例预报检验,以及El Nino指数和热带太平洋SSTA的相关系数和均方根误差检验,计算了模式的平均系统误差,并分析了其不同季节的预报性能。结果表明,系统具有较强的ENSO预测能力,能够提前6~12个月给出有参考价值的预报。     

CMIP5/6气候模式对El Ni?o多样性模拟能力的评估

利用第五次和第六次国际间耦合模式比较计划(coupled model intercomparison project, CMIP)中全球气候模式的历史时期和未来增暖情景模拟结果,结合观测资料,文章对比评估了23个CMIP6模式和32个CMIP5模式对El Ni?o多样性的模拟能力,并预估了东部(eastern Pacific, EP)型和中部(central Pacific, CP)型El Ni?o对未来全球变暖的响应特征。结果表明,绝大多数CMIP5/6气候模式能够合理地模拟El Ni?o的多样性特征,且CMIP6多模式的模拟性能较CMIP5有明显提升。CMIP6模式不仅减弱了EP型El Ni?o空间模态模拟的离散性,而且还显著提高了CP型El Ni?o空间模态的模拟能力; CMIP5/6多模式基本能够模拟出两类El Ni?o的季节锁相性特征,但CP型El Ni?o衰亡时间较观测明显滞后3个月;同时CMIP5/6多模式模拟的EP型El Ni?o强度与观测值较为接近,但CP型El Ni?o的振幅却强于观测。在未来全球变暖背景下, CP型ElNi?o事件的发生频率相对于EP型事件将趋于降...     

不同强度El Nio事件长期变化规律的若干统计特征

本文对1763～1987年间历次强、中、弱El Nio事件的发生频率、各次事件的间隔年数,以及当某类强度事件发生后下一次事件的强度级别与发生时间的概率等做了统计分析。结果表明,El Ni(?)o事件的长期变化具有一定的规律性。这些规律可作为预测El Ni(?)o事件的参考。     

太平洋赤道不稳定波强度变化及其与ENSO的关系

文章利用1991—2015年卫星海表温度(sea surface temperature,SST)研究了太平洋赤道不稳定波(tropical instability waves,TIWs)强度变化特征及其与厄尔尼诺?南方涛动现象(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)的关系。首先采用带通滤波法将TIWs强度量化为赤道东太平洋SST的季节内(20~50d)波动振幅,发现强TIWs分布于尼诺3(Ni?o3)区域(150°W—90°W,5°S—5°N),平均强度达到0.2℃,赤道至3°N之间甚至超过0.35℃,在赤道南侧TIWS相对较弱,只在1998、2007、2010年3个拉尼娜(La Ni?a)年冬季达到0.2℃。文章不但证实La Ni?a年TIWs较强、厄尔尼诺(El Ni?o)年TIWs较弱的规律,而且发现TIWs强度与ENSO并非同相变化,TIWs强度变化超前ENSO 2~3个月,这是TIWs与Ni?o3区SST对ENSO相关赤道动力、热力过程反应时间差异所致,TIWs强度与赤道表层纬向流剪切强度以及冷舌锋面强度呈同期正相关,而Ni?o3指数滞后这2项指标2~3个月变化,三者都是ENSO循环的一部分。这意味着能够用卫星观测的TIWs活动(如SST)提前表征ENSO的位相和强度。     

初始误差对双环流变异可预报性的影响

使用球坐标下1.5 层约化重力浅水模式模拟海洋风生双环流, 结果显示双环流射流存在拉伸模态和收缩模态间的年际变化。以双环流从拉伸模态向收缩模态的转变过程为背景场, 利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法, 考察初始误差对双环流变异可预报性的影响, 得到两类初始误差: 全局CNOP型和局部CNOP(LCNOP)型, 两类初始误差对双环流变异的影响几乎相反。通过考察误差发展, 发现在射流从拉伸模态向收缩模态转变过程中, CNOP 型初始误差使射流弯曲程度变大, 并在预报时刻导致涡脱落; 而LCNOP 型初始误差则使射流弯曲程度变小。相比LCNOP, CNOP 型初始误差引起更大预报误差, 导致双环流变异的预报技巧下降更多。两类误差得到较大发展的区域可能存在正压不稳定, 使误差能够不断从背景场吸收能量进而得到快速发展。给出了两类使双环流变异预报技巧下降最大的初始误差, 在实际的数值预报中减少这两种类型的误差, 将有助于提高双环流变异的预报技巧。     

模式参数的不确定性对日本南部黑潮大弯曲路径预报的影响

基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,对黑潮大弯曲路径预报的影响较小,并且对背景流场的选取具有一定的敏感性;所有模式参数误差同时存在时对黑潮大弯曲路径预报具有一定的影响,并且预报结果在9个月左右不能被接受。因此,要提高黑潮大弯曲路径的预报技巧,模式中的参数需要给出更好的估计。     

Interannual variability in the sea surface cooling induced by tropical cyclones in the South China Sea

Sea surface cooling induced by tropical cyclones (TCs) is an important component of air-sea interactions. Using coordinate transformation and composite analysis methods, we examined the interannual variability in TC-induced sea surface cooling (TCSSC) in the South China Sea (SCS). The frequency of surface cooling cases was over 86% and that of surface warming cases was less than 14%. The magnitude of TCSSC was defined as the absolute value of TCSSC. The maximum magnitude of TCSSC occurred on the right side of the TC track, and the mean magnitude of TCSSC decreased by 0.04°C/a from 2006 to 2018. The interannual variability in TCSSC was highly correlated with the TC translation speed and pre-TC mixed layer depth. Notably, TCSSC got enhanced in El Ni?o years of 2007, 2010, and 2015. The El Ni?o types were suggested to determine the occurring periods of strong TCSSC via controlling the positions of SCS anticyclones, which brought pre-TC shallow mixed layer and caused strong TCSSC via vertical mixing process during El Ni?o events. To quantify how the anticyclone influences TCSSC, we need to use mixed layer heat balances model in the next study.     

利用热带太平洋关键区海表面盐度指标区分两类厄尔尼诺

文章利用强化海洋数据(enhance ocean data, 简称EN4.4.1.f) 1980—2016年的再分析逐月资料, 根据海表盐度异常(SSSA)指标, 找出与厄尔尼诺关系最为重要和密切的盐度变化区域, 并区分两类厄尔尼诺。利用海表面温度作为两类厄尔尼诺的时间相关系数指标, 通过研究其水平分布发现: 在热带太平洋存在着多个能指示两类厄尔尼诺的盐度变化区域, 在东部(EP)型厄尔尼诺时期, 最显著的SSSA关键区主要出现在日界线附近的西太平洋暖池区域东边缘, 并以赤道和日界线为轴线呈中心对称分布; 而在中部(CP)型时期, 关键区在日界线以西的赤道太平洋, 且在日界线以东的SSSA分布则呈现沿赤道的经向非对称性, 这种非对称性在东南太平洋出现了与EP型厄尔尼诺时期相比更为显著不同的正SSSA关键区。文章以此找到关键区域中能够较好代表并区分两类厄尔尼诺的区域, 对挑选出的多个关键区进行有机组合, 定义了一组以SSSA为指标进行有效区分两类厄尔尼诺的方法, 并以此指数对近年来发生的两类厄尔尼诺进行合理再现。     

Frequent central Pacific La Ni?a events may accelerate Arctic warming since the 1980s

Including significant warming trend, Arctic climate changes also exhibit strong interannual variations in various fields, which is suggested to be related to El Ni?o and Southern Oscillation (ENSO) events. Previous studies have demonstrated the different impacts on the Arctic of central Pacific (CP) and eastern Pacific (EP) ENSO events, and suggested these impacts are largely of opposite sign for ENSO warm and cold phases. Our results illustrate asymmetrical changes for the cold and warm ENSO events, especially for the La Ni?a events. Compared to the past frequent basin-wide cooling La Ni?a events, since the 1980s the cooling center for the La Ni?a event has strengthened and moved westward along with the increasing frequency for the canonical and CP La Ni?a events. Contrary to the basin-wide cooling and canonical La Ni?a events, the frequent CP La Ni?a events induce significant warming from the Beaufort Sea to Greenland via the convection center moving northward over the western Pacific. Observation analysis and numerical experiments both suggest that the changes in La Ni?a type may also accelerate Arctic warming.     

2016与1998年春季北大西洋海表温度异常的差异及成因

利用再分析资料以及混合层海温诊断方程, 研究1997—1998与2015—2016年超级厄尔尼诺次年北大西洋海表温度异常(sea surface temperature anomalies, SSTA)的差异及成因。结果显示, 北大西洋SSTA在1998年春季呈明显正负正三极型式分布, 而在2016年呈弱的负正负型态。诊断热带北大西洋SSTA的影响因素表明, 1998年春季暖SSTA除了之前研究强调的海洋表面向大气的潜热输送异常减少, 以及吸收太阳辐射的增加外, 海洋动力过程即Ekman纬向漂流也起着重要的作用。热力过程与厄尔尼诺峰值后出现的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)负位相有关, 其可引起亚速尔高压减弱, 产生西南风异常, 通过风-蒸发-海表温度(sea surface temperature, SST)反馈机制使热带北大西洋蒸发减弱, 海表增暖, 沃克环流下沉支的东移对这一增暖也有贡献。与1997—1998厄尔尼诺事件不同, 2015—2016厄尔尼诺事件没有强迫出负位相NAO, 而是出现弱NAO正位相, 热带北大西洋为弱的东风异常, 使海表发生一定的冷却, 形成2016春季北大西洋SSTA与1998年的明显差异。     

赤道太平洋西风爆发事件的时空特征

赤道太平洋西风爆发事件(简称“西风事件”)对厄尔尼诺有重要的触发作用。基于ERA-Interim和NCEP2(NCEP-DOE Reanalysis 2)风场资料以及OI(NOAA OI SST V2 High Resolution Dataset)海表面温度资料, 本文对西风事件的时空特征进行了研究诊断, 并初步分析了ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)对西风事件的影响。结果显示, 西风事件发展初期主要集中在中西部太平洋, 季节性变化表现为冬春季较强, 夏秋季较弱。西风事件频次和强度都有一定的年际变化特征, 其中中太平洋西风事件的强度与ENSO信号的关系更紧密。当Ni?o3.4指数大于1 ℃时, 西风事件的频次和强度与ENSO信号相关性好; 当Ni?o3.4指数小于1 ℃时, 西风事件频次的随机性增加, 但其强度仍受到赤道中东太平洋海温异常信号的制约。     

近年来厄尔尼诺期间北赤道流输运的年际变化

为了研究近年来厄尔尼诺期间北赤道流输运的年际变化,本文利用海洋客观分析数据MOAA GPV(Grid Point Value of the Monthly Objective Analysis)以及P-vector方法计算了北太平洋绝对地转流,探讨了2001~2013年期间厄尔尼诺与北赤道流输运之间的关系。在此期间发生的4次厄尔尼诺事件中,北赤道流输运在2002~2003、2006~2007、2009~2010年的厄尔尼诺成熟期都出现了明显的增强,但是在2004~2005年的厄尔尼诺成熟期并没有明显的增强。进一步分析发现,在2002~2003年、2006~2007年、2009~2010年的厄尔尼诺成熟期,10°N以南的热带西北太平洋区域出现了负的海面高度异常和气旋式环流异常,这主要是由热带环流区域出现的西风异常和正的Ekman抽吸通过Rossby波西传到热带西太平洋区域所致;但是在2004~2005年厄尔尼诺成熟期,海面温度异常的分布明显不同,西风异常和正的Ekman抽吸异常明显北移,导致负的海面高度异常和气旋式环流异常出现在了10°N以北的西北太平洋区域,使得北赤道流输运在2004~2005年的厄尔尼诺成熟期没有明显的增强。     

西北太平洋柔鱼丰度的灰色灾变预测

柔鱼(Ommastrephes bartramii)为短生命周期的头足类，其资源丰度极易受海洋环境变化影响，年间波动较大。根据1995?2017年西北太平洋柔鱼渔业生产统计数据，以单位捕捞努力量渔获量(CPUE)作为资源丰度指数，运用灰色灾变预测方法对上、下限灾变年份建立GM(1, 1)模型，预测未来灾变年份。结果显示，以GLM模型标准化CPUE建立的下限灾变预测模型的平均相对误差为15.32%，上限灾变预测模型的平均相对误差为8.19%，模型精度检验等级均为Ⅰ级。研究认为，下一个资源丰年(CPUE大于2.39 t/(船·a))将出现在2021年，资源歉年(CPUE小于2.13 t/(船·a))将出现在2027年；太平洋年代际涛动与El Ni?o-La Ni?a事件是驱使柔鱼丰度大幅度波动的重要因素。该预测结果可为西北太平洋鱿钓生产企业和管理部门提供参考。