El Ni?o事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用 I. 资料诊断和理论分析

通过资料分析,研究了发生在热带西太平洋海表面西风或东风应力异常与El Ni?o事件的关系。分析结果表明,对应着El Ni?o事件从发生到消亡的过程,热带西太平洋纬向风应力存在着从西风应力异常到东风应力异常的变化,并且在这个过程中,西风应力异常向东传,东风应力异常紧接其后也向东传。本文还根据观测资料的分析结果建立了理想风应力,并利用简单热带海洋模式,对热带西太平洋纬向风应力异常及其东传在ENSO循环中的作用进行了动力学分析,指出了它们在El Ni?o事件发生和消亡中起着重要的作用。西风应力异常通过激发出海洋中东传的暖Kelvin波及其在大洋东边界反射产生的暖Rossby波、以及西风应力异常本身东传到赤道东太平洋,引起正的海洋混合层扰动厚度异常,导致了El Ni?o事件的发生;而异常东风应力则通过激发出东传的冷Kelvin波及其在大洋东边界反射产生的冷Rossby波、以及东风应力异常本身东传到赤道东太平洋,引起负的海洋混合层扰动厚度异常,导致了El Ni?o事件的消亡。对于热带西太平洋上风应力异常的形式是东部为异常西风应力而其西部为异常东风应力,并且它们同时向东传时,则大洋东部混合层厚度对异常风应力的响应随异常东风和西风应力的强度不同而不同,它们强度的相对大小对El Ni?o的持续时间具有重要的作用。     

与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构

利用多年逐月海温距平和风应力距平观测资料,运用线性回归和EOF分析方法,分析了与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构。结果显示,与ENSO线性相关的风应力异常场在时间尺度上表现为低频变化,在水平结构上主要表现为四个典型分布。其中,分布型1主要表现为日界线以东赤道地区东风异常和赤道风应力场辐散;分布型2主要表现为日界线以东赤道地区西风异常和经向异常风应力向赤道气流;分布型3主要表现为日界线以东赤道偏南地区西风异常和风应力场辐合,日界线以西为东风异常;分布型4主要表现为160°W以东的弱东风异常和160°W以西的西风异常。与ENSO线性无关的风应力场主要表现为高频过程,在水平空间结构上其典型场主要位于赤道外地区。还用与ENSO有关的那部分回归风应力异常场强迫海洋距平模式,成功地再现了ENSO的主要信号。这表现观测揭示的典型风应力异常型对于El Nino的产生是根本性的。      

热带太平洋SSWA特征及其在ENSO循环中的演变

应用1970年1月至1989年12月热带太平洋SSTA（海面温度距乎）和SSWA（海面风距平）资料,分析发现：热带太平洋SSWA的主要空间特征和海气耦合主要空间型均表现为ElNino（LaNina）盛期的SSWA分布。热带太平洋SS－WA的主要传播特征与ENSO循环过程中SSWA的演变是一致的,表现为赤道中东太平洋海面阻平东、西风的转换和赤道东太平洋SSWA辐散、辐合的转换。赤道中东太平洋距平东风（西风）向赤道距平西风（东风）的转换伴随着中西太平洋副热带SSWA偶极子气旋（反气旋）的生消,偶极子气旋（及气旋）表现为明显的北半球强于南半球。     

Low Frequency Characteristics of Tropical Pacific Wind Stress Anomalies in Observations and Simulations from a Simple and a Comprehensive Models

Low frequency characteristics of tropical Pacific wind stress anomalies in observation and simulations; from the CZ simple atmospheric model and COLA R15 AGCM are analyzed. The results show that ENSO event may be a multi-scale process, that is, ENSO time scale has the period longer than three yean; biennial oscillation and annual variability Dynamical characteristics are involved in the evolution process of wind stress anomaly with ENSO time scale: 1) the development and eastward movement of a cyclonic anomaly circulation in subtropical northwestern Pacific and weakening of Southern Oscillation result in the eastward propagation of westerly anomaly along the equator, there?fore, interactions between flows in subtropics and in tropics play an important role in the evolution of wind stress anomaly with ENSO time scale; 2) easterly and westerly anomalies with ENSO time scale are one kind of propagating wave, which differs from Barnett’s (1991). It is interesting that the evolution of observed and simulated wind stress anomalies with biennial time scale bears a strong resemble to that with ENSO time scale although their period it dif?ferent. Observed annual variability it weak during 1979-1981 and intensified after 1981, especially it reaches to max?imum during 1982-1984, and the spatial structure of the first mode is the ENSO-like pattern.     

福建入夏早晚异常的风场特征分析

本文以850 hPa、200 hPa月平均风场和西太平洋副热带高压脊线北抬至25°N日期资料及福建省25个代表站(县)5—7月的降水资料为基本分析素材。首先标定福建入夏异常的标准与年例,其次揭示850 hPa2、00 hPa 6月风场与异常年例的基本特征,进而探讨了对福建入夏早晚的影响关系。结果表明:在低层索马里-阿拉伯海区的越赤道气流强劲,南海至东亚低纬区域西南风偏大,西太平洋区域低纬度地区南风减弱、东风强劲,且东西风交汇区偏西;而在高层辐合区东风范围偏大,索马里-阿拉伯海区的区域东风风速强劲,青藏高原南侧和副高主体季节性位移的关键区以吹东风为主,东亚区域经向度小,位于青藏高原至我国东部区域范围内,形成一逆时针“距平”风环流;在此高低层风场特征的匹配下,有利于福建提早进入夏季;反之亦然。     

热带太平洋海温年际变化对海表风应力的响应及其敏感性试验

在GFDL海洋模式的基础上发展了一个高分辨率的太平洋环流模式,模式较好地模拟出太平洋上层海温的气候状态及其季节和年际变化的主要特征。用观测的1985～1995年海表风应力去强迫模式,清楚地模拟出相应的暖事件和冷事件。敏感性试验揭示,日界线附近持续的西风距平愈强,赤道中、东太平洋增暖愈大,其影响向东传播扩展,5个月左右可达太平洋东岸,传播速度与西风应力距平强度关系不大。     

亚洲季风区纬圈剖面内准40天周期振荡的环流结构及其演变

本文利用1979年FGGE LevelⅢb资料研究了30°E—150°W范围内赤道和15°N纬带两个剖面内的准40天周期振荡的环流和温度场结构,讨论了它们的变化及其与亚洲地区季风活跃和中断的关系。发现有以下结果:(1)亚洲季风槽内的上升气流不仅构成了强大的经向季风环流圈,同时在其两侧也形成了东、西向(纬偏异常)环流圈,并受到准40天周期扰动的显著影响。季风槽两侧的热力学结构显著不同。(2)15°N纬带上60°E以西的北非和沙特阿拉伯上空的下沉(上升)区域向东扩展至南海—菲律宾地区导致其东面(西面)的高(低)层东(西)风动量下(上)传,使得季风中断(活跃),引起130°E以西地区低层西风和其东面太平洋上空的高层东风发生相互作用。向东传播的正(负)温度扰动与强的上升(下沉)运动相结合使得这一地区成为准40天周期振动的能量源地。(3)在赤道剖面上,扰动风场的位相向东向上传播,准40天周期的扰动动能向扰动位能转换,西风动量向下传播,其动力学特性与开尔文波有明显的不同。      

赤道太平洋区域风应力与海表温度年际异常的奇异值分解

用向量场奇异值分解方法分析了赤道太平洋区域风应力场与海表温度场年际异常的相关联系。结果表明,最主要的一对奇异向量与ENSO循环关系密切,其主要特征为赤道中、东太平洋风应力向赤道的异常辐合（辐散）与该区的SST异常升高（降低）准同步变化。对70和80年代的4次 El Ni?o事件中标准化风应力异常场的分析表明,它们均表现出赤道中、东太平洋的辐合。这一结果可能比用信风张弛描述ENSO循环中的环流异常更合理和更具代表性。     

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。     

热带太平洋西风异常对ENSO事件发生的作用

本文从观测资料对80年代两次ENSO事件产生过程中，热带太平洋西风异常及其对赤道中、东太平洋表层海温增暖的作用进行了分析和比较。分析结果表明:在这两次ENSO事件的产生过程中，赤道西太平洋上空均有较大的西风异常，并且它由赤道西太平洋向赤道中、东太平洋传播，随着西风异常从西向东传播，赤道中、东太平洋的表层相继增温。分析还表明，1982／1983年ENSO事件发生过程中，热带太平洋西风异常的强度要比1986／1987年热带太平洋西风异常强得多，这使得1982／1983 ENSO事件的强度比1986／1987_ENSO事件强得多。为了说明热带西太平洋西风异常对赤道中、东太平洋ENSO事件发生的作用，本文还利用IAP太平洋环流模式对西风异常在ENSO事件产生过程中的作用进行了数值模拟。模拟的结果说明了热带太平洋的西风异常对赤道太平洋暖水的向东传播和赤道中、东太平洋的增温起了很重要作用，这与观测事实分析一致。     

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8～20a的年代际尺度，三是20a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20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ElNio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。     

Covariation of the Indonesian Throughflow and South China Sea Throughflow Associated with the 1976/77 Regime Shift

Changes in the Indonesian Throughflow(ITF) and the South China Sea throughflow—measured by the Luzon Strait Transport(LST)—associated with the 1976/77 regime shift are analyzed using the Island Rule theory and the Simple Ocean Data Assimilation dataset.Results show that LST increased but ITF transport decreased after 1975.Such changes were induced by variations in wind stress associated with the regime shift.The strengthening of the easterly wind anomaly east of the Luzon Strait played an important role in ...     

热带西太平洋风应力异常在ENSO循环中作用的数值试验

利用一个中等复杂程度的海气耦合模式来研究热带西太平洋地区风应力异常对ENSO循环的影响,并以1997/1998年的El Nino事件为例,分析了模式结果中热带西太平洋地区风应力异常对El Nino事件形成影响的动力学及热力学作用.结果表明,热带西太平洋地区的风应力异常对ENSO循环有很重要的作用.在耦合模式中,当热带西太平洋地区的风应力异常由观测给定时,耦合模式基本上可以模拟出自1971年以来的EI Nino事件,观测与模拟的Nino 3区海面温度异常(SSTA)的相关系数可达0.63.赤道西太平洋地区的风应力异常可加强该地区大气的辐合,从而加强了大气的加热场,进而加强了海气相互作用的不稳定.赤道西太平洋地区西风异常激发出来的Kelvin波及水平平流对EI Nino事件初始阶段的发展起重要作用;海气相互作用及东边界的反射对EI Nino事件的发展及维持起重要作用.     

东太平洋暖池及经向风异常在ENSO事件发生、发展过程中的作用

利用1982～1999期间LDEO海表温度资料和NCEP/NCAR再分析风场资料,分析东太平洋暖池及经向风异常与ENSO事件的可能关系。结果表明,东太平洋暖池气候平均海表温度存在明显的季节变化特征,且与El Niño事件春季发生、夏季发展、秋季达到成熟及冬季衰亡的成长过程非常相似。经向风异常及其散度与ENSO事件密切相关。综合考虑,提出了东太平洋暖池及经向风异常（北风距平及经向风距平散度辐合）对ENSO事件发生、发展作用的概念模型:北风距平爆发通过产生北风吹洋流的作用,将东太平洋暖池暖水由北向南输送至赤道附近,从而有利于Ni?o3区海表温度上升;几乎与此同时,东太平洋暖池赤道上经向风距平散度辐合不仅能导致暖水在赤道附近堆积,而且辐合的风场对赤道附近的冷上升流有抑制作用,从而有利于Niño3区海表温度的增加,上述增温因素的叠加作用有（不）利于El Niño（La Niña）事件的发生、发展。进一步分析表明,东太平洋暖池及经向风异常仅对El Niño（La Niña）事件发生、发展起促进（抑制）作用而不起决定作用。将东太平洋暖池、经向风异常与西太平洋暖池、西风距平结合起来一并考虑,完善了El Niño事件发生、发展机制。最后,初步分析1980、1990年代El Niño事件特性差异的可能原因。     

华西秋雨准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的关系

利用1959～2011年华西地区气象台站资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料, 采用多锥度—奇异值分解(MTM-SVD)方法, 研究了华西秋雨的准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的协同变化关系。研究结果表明:华西秋雨具有显著的准4年周期, 其典型循环表现为"偏强, 略偏强, 偏弱, 略偏弱"的特点。在准4年周期上赤道中太平洋海表温度对华西秋雨的协同变化表现为"偏低, 略偏低, 偏高, 略偏高", 这种协同变化从初夏就体现出来, 并一直持续到秋末。同时在准4年周期上, 华西秋雨对ENSO事件也存在一定的响应, 但是主要体现在发生强ENSO事件时。准4年周期的环流分析表明, 夏季到秋季赤道中太平洋海表温度偏低(高)时, 秋季500 hPa高度场出现东亚/太平洋(EAP)遥相关波列正(负)异常, 西太平洋副热带高压偏西(东), 华西地区来自南海西太平洋和孟加拉的水汽输送偏多(少), 华西秋雨偏强(弱)。     

Tropical Pacific impacts of convective momentum transport in the SNU coupled GCM

Impacts of convective momentum transport (CMT) on tropical Pacific climate are examined, using an atmospheric (AGCM) and coupled GCM (CGCM) from Seoul National University. The CMT scheme affects the surface mainly via a convection-compensating atmospheric subsidence which conveys momentum downward through most of the troposphere. AGCM simulations—with SSTs prescribed from climatological and El Nino Southern Oscillation (ENSO) conditions—show substantial changes in circulation when CMT is added, such as an eastward shift of the climatological trade winds and west Pacific convection. The CMT also alters the ENSO wind anomalies by shifting them eastward and widening them meridionally, despite only subtle changes in the precipitation anomaly patterns. During ENSO, CMT affects the low-level winds mainly via the anomalous convection acting on the climatological westerly wind shear over the central Pacific—so that an eastward shift of convection transfers more westerly momentum toward the surface than would occur without CMT. By altering the low-level circulation, the CMT further alters the precipitation, which in turn feeds back on the CMT. In the CGCM, CMT affects the simulated climatology by shifting the mean convection and trade winds eastward and warming the equatorial SST; the ENSO period and amplitude also increase. In contrast to the AGCM simulations, CMT substantially alters the El Nino precipitation anomaly patterns in the CGCM. Also discussed are possible impacts of the CMT-induced changes in climatology on the simulated ENSO.     

1月份两类ENSO的海气环流模态分析

本文对1950～2001年1月份的大气风场和大洋流场做了联合复EOF（Empirical Orthogonal Function）分解,用以探讨1月份两类ENSO（El Ni?o-Southern Oscillation）的海气环流及耦合情况,所得结果主要有:该分解第1、2模态空间场分别相应于东部型、中部型ENSO,前者在赤道太平洋东部和中部都有海温动力异常,并以东部异常最强,后者仅在中部存在此异常,两模态的时间系数都与ENSO有很好相关,为此第1、2模态可分别称为东部型、中部型ENSO的风场流场（异常）模态。东部型ENSO模态具有3～6年的年际变化和13～14年的年代际变化,中部型则有明显的7年年际变化和12、17年的年代际变化,两者中约13年的周期与冬季北太平洋NPGO（North Pacific Gyre Oscillation）的周期相同。东、中部型El Ni?o期间,沃克环流上升支分别从印尼东移至赤道西、中太平洋,并有所减弱;南、北支哈得莱环流则分别位于日界线以东及该线附近,且均有所加强,从而使南、北太平洋副热带高压偏强;而在5°S的南美沿岸则分别有垂直运动上升和下沉异常。在海气耦合上,两类ENSO模态在赤道中太平洋均存在西风异常与海洋赤道Kelvin波和Rossby波的波包解耦合,而海温动力异常对大气的影响则都起到负反馈作用,从而有利于ENSO的维持和稳定。     

LINKAGE BETWEEN INDIAN OCEAN DIPOLE AND TWO TYPES OF El NI?O AND ITS POSSIBLE MECHANISMS

After compositing three representative ENSO indices,El Nio events have been divided into an eastern pattern(EP) and a central pattern(CP).By using EOF,correlation and composite analysis,the relationship and possible mechanisms between Indian Ocean Dipole(IOD) and two types of El Nio were investigated.IOD events,originating from Indo-Pacific scale air-sea interaction,are composed of two modes,which are associated with EP and CP El Ni o respectively.The IOD mode related to EP El Nio events(named as IOD1) is strongest at the depth of 50 to 150 m along the equatorial Indian Ocean.Besides,it shows a quasi-symmetric distribution,stronger in the south of the Equator.The IOD mode associated with CP El Nio(named as IOD2) has strongest signal in tropical southern Indian Ocean surface.In terms of mechanisms,before EP El Nio peaks,anomalous Walker circulation produces strong anomalous easterlies in equatorial Indian Ocean,resulting in upwelling in the east,decreasing sea temperature there;a couple of anomalous anticyclones(stronger in the south) form off the Equator where warm water accumulates,and thus the IOD1 occurs.When CP El Nio develops,anomalous Walker circulation is weaker and shifts its center to the west,therefore anomalous easterlies in equatorial Indian Ocean is less strong.Besides,the anticyclone south of Sumatra strengthens,and the southerlies east of it bring cold water from higher latitudes and northerlies west of it bring warm water from lower latitudes to the 15° to 25°S zone.Meanwhile,there exists strong divergence in the east and convergence in the west part of tropical southern Indian Ocean,making sea temperature fall and rise separately.Therefore,IOD2 lies farther south.     

The Westerly Anomalies over the Tropical Pacific and Their Dynamical Effect on the ENSO Cycles during 1980～1994

ＴｈｅＷｅｓｔｅｒｌｙＡｎｏｍａｌｉｅｓｏｖｅｒｔｈｅＴｒｏｐｉｃａｌＰａｃｉｆｉｃａｎｄＴｈｅｉｒＤｙｎａｍｉｃａｌＥｆｅｃｔｏｎｔｈｅＥＮＳＯＣｙｃｌｅｓｄｕｒｉｎｇ１９８０－１９９４①ＨｕａｎｇＲｏｎｇｈｕｉ（黄荣辉）,ＺａｎｇＸｉａｏｙｕｎ（...     

The westerly anomalies over the tropical pacific and their dynamical effect on the enso cycles during 1980–1994

In this paper, the zonal wind anomalies in the lower troposphere over the tropical Pacific during 1980–1994 are analyzed by using the observed data. The results show that during the formation of the 1982/83, 1986/87 and 1991 / 92 ENSO events, there were the larger westerly anomalies in the lower troposphere over the equatorial Pacific. Moreover, it is explained by using the correlation analyses that the westerly anomalies over the equatorial Pacific could cause the warm episodes of the equatorial central and eastern Pacific. A simple air-sea coupled model is used to discuss theoretically the dynamical effect of the observed westerly anomalies of wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific on the ENSO cycle occurred in the period of 1981–1983. It is shown by using the theoretical calculations of the equatorial oceanic Kelvin wave and Rossby waves responding to the forcing of the observed anomalies of zonal wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific that the westerly anomalies of wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific make significant dynamical effect on the ENSO cycles occurred in the period of 1982–1983.