西太平洋暖池三维结构的季节和年际变化

基于1950-2011年间的太平洋月平均水温资料和ENSO指数,以28℃等温线作为暖池的定义标准,研究了暖池三维结构的季节和年际变化,并探讨了暖池三维结构与不同类型ENSO的关系。结果表明,暖池三维结构存在着较显著、但并不一致的季节和年际变化。其中,在季节变化方面,暖池冬季西缩、春季东扩,冬季偏南、夏季偏北,春、秋季变厚,冬、夏季变薄;在年际变化方面,暖池的三维结构在超前1~3个月时与ENSO有较密切的对应关系。在El Nio(La Nia)发生前1~3个月时,暖池异常东扩(西缩),暖水向赤道辐合(向赤道外辐散),暖池变薄(增厚)。初步分析表明,暖池三维结构的季节变化主要是由太阳辐射、风和海洋环流引起的,而其年际变化则主要是由热带太平洋的纬向风异常、赤道Kelvin波和Rossby波引起的纬向流异常以及Ekman输送共同导致的。此外,20m和50m层的暖池东界分别与东部型和中部型ENSO事件有非常密切的关系,可作为研究不同类型ENSO的指标序列。     

西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO的联合影响

基于热带太平洋SST和850 hPa风资料,分析了西太平洋暖池东界和东太平洋暖池南界的年际和年代际变异,并探讨了赤道太平洋纬向风异常对西太平洋暖池纬向运移的驱动作用以及热带东北太平洋经向风异常对东太平洋暖池经向变动的影响。在此基础上,研究了西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO循环的联合影响,并提出了一个联合影响指数。结果表明,当联合指数为1.6时,有可能出现一次新的El Nino事件。这为ENSO的形成和演变机制研究提供了一个新的线索。     

热带太平洋第二类El Nio事件及其对中国气候的影响

基于热带太平洋次表层海温资料,分析了热带太平洋第二类El Nio事件海温异常的分布特征及其形成机制,讨论了与经典El Nio事件、El Nio Modoki、WP(西太平洋暖池)及CT(冷舌)El Nio事件之间的关系,揭示了第二类El Nio事件对中国降水的影响,得到以下结论。(1)第二类El Nio事件表征为热带太平洋次表层海温异常第三模态,占总方差贡献的4.7%。在海洋表面层,第二类El Nio事件暖期赤道东太平洋为沿赤道西伸的冷舌,热带中西太平洋为环绕冷舌的马蹄型大范围暖区。该型具11a和30~40a年代际振荡及3~4a年际变率,峰值多出现在春季。第二类El Nio事件是热带太平洋异常海面风应力场和赤道两侧的风应力旋度共同作用的结果,在赤道东印度洋-中西太平洋与赤道东太平洋-南美洲上空出现以反号垂直运动为特征的异常Walker环流。(2)El Nio Modoki与第二类El Nio事件有密切关系,它实质上是第二类El Nio事件次表层海温与近海面大气相互作用的结果,捕捉了第二类El Nio事件的主要信息。(3)第二类El Nio事件对中国春季及夏初降水有一定影响。在事件暖期,东海地区存在一个显著的异常反气旋性环流,其南侧的中国南方地区盛行异常东北气流,水汽来源减少,导致该地区少雨,其西侧的异常偏南气流北上直达华北地区,异常多水汽向北输送,并与北方的偏北流场相遇,导致该地区降水偏多。在第二类El Nio事件冷期相反。本文结果还指出,WP与CT El Nio事件是由经典El Nio事件第一模态与El Nio Modoki事件组合而成,它们不是独立的El Nio类型。此外,还讨论了夏半年El Nio事件对大气环流影响的物理过程。     

西太平洋暖池表层暖水的纬向运移

基于1950～2000年太平洋月平均SST资料,运用Morlet小波分析等方法研究了西太平洋暖池表层暖水的纬向运移特征.结果表明:暖池表层暖水纬向运移的年际(2～8a)和年代际(10～16a)变化都非常明显;表层暖水的纬向运移于1982年前后经历了一次气候跃变,跃变后暖水东界的平均位置比跃变前东移了10个经度;表层暖水的纬向运移对ENSO暖(ElNiño)、冷(LaNiña)事件的形成和发展具有直接的作用.     

太平洋北赤道逆流年际变化的特征及其影响因子分析

采用SODA数据资料,分析了1950—2008年太平洋北赤道逆流(NECC)的年际变化特征及其与ENSO循环的联系。研究结果表明:(1)El Nio(La Nia)盛期是NECC流量由年际异常增大(减小)到异常减小(增大)的转折点;(2)NECC流轴的纬度在El Nio(La Nia)盛期达到年际异常最南(北)端;(3)NECC流轴在深度上呈西深东浅倾斜,El Nio(La Nia)盛期倾斜最弱(强)。通过构造典型ENSO循环的海表面风应力场,驱动一层半线性约化重力数值模式,结果验证了在NECC的年际变化中海表面风应力场是关键因素,而大洋波动(Kelvin波和Rossby波)和洋流本身是海洋内部的主要动力调整机制。     

西太平洋暖池水体振荡与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性初探

赤道中东太平洋海表温度异常是研究ENSO(El Ni?o-South Oscillation)的重要指标。本文利用海洋再分析数据,着眼于西太平洋暖池暖水体三维结构的年际变异特征,分析西太平洋暖池水体变动与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性,并从前期西太平洋暖池三维暖水体的结构演变及其在上层海洋质量与热量配置中的作用角度,探究了赤道中东太平洋关键Ni?o分区海表温度异常变化的内在一致性,以期为ENSO的预测预报提供新的思路和依据。分析表明,ENSO尺度上西太平洋暖池三维结构变异主模态表现为暖水体平均约以170oE为轴的纬向时空振荡,其可超前赤道中东太平洋海表温度异常变化约达6个月,并以在赤道中东太平洋及附近海域形成双舌状异常"暖池"为显著特征。前期暖池暖水体的纬向振荡是赤道中东太平洋海表温度异常变化的重要前兆信息之一。作为海洋中ENSO暴发的重要源区和驱动因子,西太平洋暖池纬向振荡通过在中东太平洋形成不同强度(泛指暖水量及其深度和范围等的大小)的异常"暖池",进而在上层海洋质量和热量的纬向配置中起关键性作用,并且可能与不同EI Ni?o事件的触发机制密切相关,从这种意义上讲,不同ENSO事件的发生和发展存在一定的同源一致性。     

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...     

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。     

热带太平洋水位和海流对不同风场响应的模拟研究

本文用二维绝热模式研究了El Nio发生前后热带太平洋表层流系和水位对两种不同风场的响应。多年平均夏季(7月)风场是用1950～1979年期间COADS资料统计得到的,El Nio期间(7月)风场也是根据同一资料,把1950～1979年期间6个强El Nio年合成得到的。模拟的表层流系(包括北赤道流、北赤道逆流、南赤道流)的位置与实际基本一致。水位也与Wyrtki(1974)等人计算结果吻合得较好。El Nio期间,在风场发生变化的情况下,计算结果是:北赤道流和北赤道逆流加强,南赤道流减弱;西太平洋出现以北赤道逆流槽为中心的大面积水位负距平,东太平洋水位普遍升高,没有明显的中心。本文对这些变化的原因进行了初步的分析和讨论。     

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.     

西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量初步研究

基于2001年1月～2014年7月期间的Argo温盐剖面资料，利用循环平稳经验正交函数（CSEOF）分解、最大熵谱分析和相关分析等方法，研究了西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量的空间分布、季节和年际变化特征，并探讨了其影响机制。结果表明，暖池海域近表层与次表层热含量逐年变化呈反位相变化模态，同样盐含量变化趋势也不尽相同。无论热含量还是盐含量，都存在着明显的季节和年际变化。CSEOF分析表明，暖池海域热含量第一模态空间场具有显著的东—西反相位年际振荡，盐含量第一模态则呈正-负-正的三极子模态，但时间序列显示，热含量在2007年以后经过3次位相调整，而盐含量2007年以后只经过一次位相调整，且这种年际变化都与ENSO事件有关，且热含量相比于盐含量受ENSO影响更大。El Niño期间，暖池海域西部热含量减少， 东部增加，La Niña期间则相反；研究海域南北部盐含量在El Niño期间增加，中部（暖池高温中心）减少，La Niña期间则相反；进一步分析表明，热含量变化主要受到局地风场以及纬向流的影响，而盐含量变化则受淡水通量和纬向流的影响。     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

Spatial and temporal structure of Tropical Pacific interannual variability in 20th century coupled simulations

Tropical Pacific interannual variability is examined in nine state-of-the-art coupled climate models, and compared with observations and ocean analyses data sets, the primary focus being on the spatial structure and spectral characteristics of El Niño-Southern Oscillation (ENSO). The spatial patterns of interannual sea surface temperature (SST) anomalies from the coupled models are characterized by maximum variations displaced from the coast of South America, and generally extending too far west with respect to observations. Thermocline variability is characterized by dominant modes that are qualitatively similar in all the models, and consistent with the “recharge oscillator” paradigm for ENSO. The meridional scale of the thermocline depth anomalies is generally narrower than observed, a result that can be related to the pattern of zonal wind stress perturbations in the central-western equatorial Pacific. The wind stress response to eastern equatorial Pacific SST anomalies in the models is narrower and displaced further west than observed. The meridional scale of the wind stress can affect the amount of warm water involved in the recharge/discharge of the equatorial thermocline, while the longitudinal location of the wind stress anomalies can influence the advection of the mean zonal temperature gradient by the anomalous zonal currents, a process that may favor the growth and longer duration of ENSO events when the wind stress perturbations are displaced eastwards. Thus, both discrepancies of the wind stress anomaly patterns in the coupled models with respect to observations (narrow meridional extent, and westward displacement along the equator) may be responsible for the ENSO timescale being shorter in the models than in observations. The examination of the leading advective processes in the SST tendency equation indicates that vertical advection of temperature anomalies tends to favor ENSO growth in all the CGCMs, but at a smaller rate than in observations. In some models it can also promote a phase transition. Longer periods tend to be associated with thermocline and advective feedbacks that are in phase with the SST anomalies, while advective tendencies that lead the SST anomalies by a quarter cycle favor ENSO transitions, thus leading to a shorter period.     

太平洋表层海温的年代际变化

众所周知，ENSO(El Nino/ Southern Oscillation)是发生在热带太平洋的年际时间尺度上最强的气候信号，与 El Nino (La Nina)相应的正(负)海温距平(SSTA)主要分布于赤道中东太平洋地区(Rasmusson et al.，1982)。相对于热带太平洋的年际ENSO现象，人们注意到北太平洋海平面气压(SLP)存在更长周期的年代际变化(Trenberth et al.，1994)，有人认为这与北太平洋的表层温度(SST)变化有关(Latif et al.，1994)，也有人认为与热带SST的异常关系更为密切(Jacobs et al.，1994)。20世纪80年代后的ENSO事件和20世纪60，70年代有明显的差别(Wang，1995)，20世纪90年后El Nino发生频数增加，并且在1997和1998年出现了20世纪最强的一次Nino事件(McPhaden，1999)。 因此，不论是作为大气年代际变化可能的一个驱动因子，还是作为年际ENSO的背景场，从整体上了解太平洋SST的年代际时间尺度上的时、空变化特征都是十分重要的。     

2009/2010年El Ni(n)o事件变化特征及其机理

应用TAO (Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了发生在2009/2010年的El Ni(n)o事件的变化特征,讨论了此次El Ni(n)o事件发生过程中,赤道东、西太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,特别是对赤道太平洋次表层异常海温变化的...     

中国科学院气候系统模式模拟的ENSO循环

On the basis of more than 200-year control run, the performance of the climate system model of Chinese Academy of Sciences(CAS-ESM-C) in simulating the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) cycle is evaluated, including the onset, development and decay of the ENSO. It is shown that, the model can reasonably simulate the annual cycle and interannual variability of sea surface temperature(SST) in the tropical Pacific, as well as the seasonal phase-locking of the ENSO. The model also captures two prerequisites for the El Ni?o onset, i.e., a westerly anomaly and a warm SST anomaly in the equatorial western Pacific. Owing to too strong forcing from an extratropical meridional wind, however, the westerly anomaly in this region is largely overestimated. Moreover, the simulated thermocline is much shallower with a weaker slope. As a result, the warm SST anomaly from the western Pacific propagates eastward more quickly, leading to a faster development of an El Ni?o. During the decay stage, owing to a stronger El Ni?o in the model, the secondary Gill-type response of the tropical atmosphere to the eastern Pacific warming is much stronger, thereby resulting in a persistent easterly anomaly in the western Pacific. Meanwhile, a cold anomaly in the warm pool appears as a result of a lifted thermocline via Ekman pumping. Finally, an El Ni?o decays into a La Ni?a through their interactions. In addition, the shorter period and larger amplitude of the ENSO in the model can be attributed to a shallower thermocline in the equatorial Pacific, which speeds up the zonal redistribution of a heat content in the upper ocean.     

Heat budget of the western Pacific warm pool and the contribution of eddy heat transport diagnosed from HYCOM assimilation

Using the high-resolution Hybrid Coordinate Ocean Model and the Navy Coupled Ocean Data Assimilation Global 1/12° Analysis (GLBa0.08), and the Objectively Analyzed Air–Sea Fluxes and the International Satellite Climatology Cloud Project products, we investigated the seasonal and interannual evolutions of heat budget, including the pseudo-heat content change, the net air–sea heat flux and the eddy heat transport (EHT), based on the time-dependent heat budget analysis in the western Pacific warm pool (WPWP). The results show that the pseudo-heat content change has significant semi-annual variation, which peaks in April–May and September. There is strong positive feedback between EHT and the net air–sea heat flux. EHT is important in balancing the sea surface heat flux into the WPWP. The seasonal EHT variability is dominated by its meridional component. On the interannual time scale, the zonal and vertical components of EHT show comparable amplitudes with the meridional one. The observed net air–sea heat flux in the WPWP is highly correlated with EHT and the pseudo-heat content change on the interannual time scale. The net air–sea heat flux leads the pseudo-heat content change by about half a month and leads EHT by about one month. The variations of the air–sea heat flux and EHT are connected to the El Niño Southern Oscillation events: during the development of El Niño (La Niña) events, the warm pool expanded eastward (retreated westward), the net air–sea surface flux into the WPWP increased (decreased) and EHT enhanced (weakened) significantly.     

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。