两类反埃尔尼诺年对低纬大气环流及我国天气的影响

有关埃尔尼诺对中、低纬度环流及我国天气、气候的影响已有不少研究[1~4],但对反埃尔尼诺与大气环流及我国天气气候的联系却研究很少.尽管反埃尔尼诺事件的基本特征及其伴随的大范围天气异常有很多相同之处,但在具体年又各有其特点.已有研究初步表明,发生在反埃尔尼诺过程中的某些天气的异同与反埃尔尼诺过程的特征有关[5].因此单纯以反埃尔尼诺年份为基准来讨论问题具有一定局限性,若根据过程的实际特点,有针对性地加以区别,以揭示反埃尔尼诺过程的不同特征并深入分析各种特征情况下的天气、气候异常,这无疑对实际应用以及海气关系的诊断研究有重要意义.     

埃尔尼诺的模拟和预测

众所周知,埃尔尼诺是以出现在美洲秘鲁和厄瓜多尔沿海区域数千千米尺度的异常高的暖水为特征的异常的海洋和天气事件,当埃尔尼诺现象出现时,全球性的大气环流发生变化,出现全球性天气异常.因而,它已被看成是全球年际气候变化的最突出的一种标志.     

埃尔尼诺事件的判据、分类和特征

利用1950年至1989年美国气候分析中心(CAC)的赤道太平洋海表温度指数,对埃尔尼诺的定义、分类和特征给出了数字判据。制作了埃尔尼诺(El Nino)和反埃尔尼诺(La Nina)的鸟瞰图,发现埃尔尼诺的强度大、频次多、有明显的盛期;反埃尔尼诺的强度弱、频次少、没有明显的盛期(1988—1989年的反埃尔尼诺盛期比较明显)但持续时间长。从增温的起始海域看,在1950—1989年间11次埃尔尼诺过程中(包含1979—1980年的弱埃尔尼诺),有6次首先在赤道东太平洋(NINO1+2区)增温,然后向西扩展到中赤道太平洋。还有5次则首先从赤道中太平洋增温。从增温开始的时间看,有7次是在上半年开始增温,但只有1953年一次发生在圣诞节前后。中东赤道太平洋的海表温度(取NINO1+2+3+4的指标和)与西北太平洋副热带高压的强度有滞后半年左右的正相关。埃尔尼诺年台风发生的频次少,强度大,生成的位置偏南,多发区明显偏东,最大频次月比正常偏晚1—2个月,在我国登陆的台风偏少。     

埃尔尼诺事件与北半球大气环流遥相关

埃尔尼诺事件与北半球大气环流有密切的遥相关.本文将事件定义为三级.即1级——反埃尔尼诺年,2级——正常年,3级——埃尔尼诺年.以此与前期(前二年1月起)到后期(后二年3月止)总共51个月的月平均500hPa和100hPa高度场求点相关,取相关系数r≥0.40为显著性相关.结论为:(1)埃尔尼诺事件对北半球大气环流有肯定的影响.(2)埃尔尼诺对低纬环流有最显著的大范围持续性正相关,持续期长达1年3个月,最佳正相关期为同年冬季～次年春季,最佳正相关区为中-西太平洋和东大西洋.(3)这种影响首先通过Walker环流在低纬度纬向扩展传播,冬春季环绕整个北半球成一显著性正相关环带.其次,冬季达峰值后,即通过Hadlley环流和二维Rossby波列作经向频散传播,对中高纬影响主要集中在几个关键区,即大气活动中心.最后于次年春季中纬峰值向高纬扩展传播,加上环流季节性变迁和隔季相关效应,次年夏季出现埃尔尼诺事件对中高纬环流影响的第二个峰值.表现出埃尔尼诺事件对海洋-气象灾害施加了重要影响.     

从全球海平面气压场的变化分析埃尔尼诺形成的大气环流条件

本文根据南北半球(60°N-50°S)月平均海平面气压图,研究了赤道东太平洋(0°-10°S,180°-90°W)海表温度与前期12个月各月大气环流异常的关系,发现无论是南半球还是北半球,均是冬季大气环流对以后的海温变化影响大.又对比了埃尔尼诺年及反埃尔尼诺年前期大气环流的差异,如以接近埃尔尼诺峰值的11月为例,则在此之前的12个月内,大气环流的影响可分为三个阶段.第一个阶段自上一年11月至当年1月,与海温相关最大的地区在北半球的大陆上;第二个阶段自2月至5月,为过渡阶段,相关区不稳定,但大部分显著相关区在南半球;第三个阶段自6月到10月,为加强影响阶段,相关区稳定在南半球,反映出南方涛动的特征.最后对环流异常影响埃尔尼诺的物理过程进行了讨论.     

1949-1987年间埃尔尼诺现象的分析

本文利用1949年至今太平洋海温距平场资料对各次埃尔尼诺过程的开始时间、发展过程及强度等方面进行了分析,找出了各次埃尔尼诺的不同特征,并分析展望了于1986年开始的埃尔尼诺过程。     

1854-1987年期间的埃尔尼诺与反埃尔尼诺事件

本文根据1854-1978年COADS海温资料对赤道东太平洋海温变化进行了研究,补充了1979-1987年资料,共确定出31个埃尔尼诺事件及24个反埃尔尼诺事件,并与其他作者的结果进行了详细的比较,同时根据事件发生的时间进行了分类.第一类埃尔尼诺或反埃尔尼诺事件,正或负距平开始于上半年(1-6月),第二类事件开始于下半年(7-12月),1982-1983年及1986-1987年两个埃尔尼诺事件均属第二类.第二类埃尔尼诺事件的正距平区常自西向东传播,与第一类的自东向西传播不同.     

热带西太平洋水温对埃尔尼诺的响应

本文根据埃尔尼诺指数和南方涛动指数的时间变化曲线[1],确定了埃尔尼诺年(ElNino)、反埃尔尼诺(Anti-El Niño)年和平年。统计并分析了1967—1983年间,137°E断面(24°N—1°S)的水文调查资料[2]。结果表明热带西太平洋在埃尔尼诺年的分布与反埃尔尼诺年完全不同。自1967年以来的三个埃尔尼诺过程(1968—1969、1972—1973、1982—1983年)中,上述断面的深厚水体内(24°N—1°S,O—1200米),呈现为冷年的特征;而反埃尔尼诺年(1971、1974年)则是暖年。     

亚洲季风区南北半球风场的相互作用与埃尔尼诺

埃尔尼诺发生前的北半球冬半年,印度洋到西太平洋由北向南的越赤道气流强,澳大利亚地区的台风多;埃尔尼诺发生年的北半球夏半年,印度洋到西太平洋由南向北的越赤道气流强,西北太平洋近赤道台风日数多.这表明亚洲季风区南北半球的相互作用对埃尔尼诺的发生、发展有重要的影响.     

热带西太平洋18°20′N断面上部的水团特征及其对埃尔尼诺和反埃尔尼诺的响应

笔者根据1986～1989年间中-美联合TOGA调查的CTD资料,应用模糊聚类法划分热带西太平洋中近黑潮源地(18°20′N断面)上部水域的水团,并描述它们的分布和主要特征以及其对1986～1989年发生的埃尔尼诺和反埃尔尼诺事件的响应。结果表明,该海域的1 000m以浅分布着三个水团:北太平洋热带表层水(包括黑潮表层水)、北太平洋次表层水(包括黑潮次表层水)和北太平洋中层水(包括黑潮中层水)(分别简称为NPTSW、NPSW和NPIW);它们的交界分别位于100和350m左右。在1986/1987的埃尔尼诺年,海区的温跃层明显上移,暖水量明显减少;NPTSW的垂直厚度大约减少了20m,上均匀层中的盐度略有增加,而温度则没有多大的差别。在1988/1989年发生的反埃尔尼诺事件的后期,温跃层上部的强度变弱,上均匀层则变薄,海区中的暖水量也明显减少;近海表面的盐度异常低,而温度略有降低。由此可见,不管是在1986/1987的埃尔尼诺年还是在1988/1989的反埃尔尼诺年,研究海区的暖水都减弱,也即都反映为“冷水年”。     

热带西太平洋18°20'N断面上部的水团特征及其对埃尔尼诺和反埃尔尼诺的响应

笔者根据1986～1989年间中-美联合TOGA调查的CTD资料,应用模糊聚类法划分热带西太平洋中近黑潮源地(18°20'N断面)上部水域的水团,并描述它们的分布和主要特征以及其对1986～1989年发生的埃尔尼诺和反埃尔尼诺事件的响应。结果表明,该海域的1 000m以浅分布着三个水团:北太平洋热带表层水(包括黑潮表层水)、北太平洋次表层水(包括黑潮次表层水)和北太平洋中层水(包括黑潮中层水)(分别简称为NPTSW、NPSW和NPIW);它们的交界分别位于100和350m左右。在1986/1987的埃尔尼诺年,海区的温跃层明显上移,暖水量明显减少;NPTSW的垂直厚度大约减少了20m,上均匀层中的盐度略有增加,而温度则没有多大的差别。在1988/1989年发生的反埃尔尼诺事件的后期,温跃层上部的强度变弱,上均匀层则变薄,海区中的暖水量也明显减少;近海表面的盐度异常低,而温度略有降低。由此可见,不管是在1986/1987的埃尔尼诺年还是在1988/1989的反埃尔尼诺年,研究海区的暖水都减弱,也即都反映为“冷水年”。     

埃尔尼诺指数与黑龙江省冷夏及秋冬持续低温过程关系的分析

埃尔尼诺现象与黑龙江省夏季低温关系已有不少研究[1,2]。潘华盛等曾在文献[2]中指出,黑龙江省夏季低温主要是在特定的海温场和环流形势下发生的。海温场形势变化对冷夏的形成影响很大。本文拟利用自然正交函数(EOF)展开太平洋海温场的方法,讨论埃尔尼诺事件及其与黑龙江省夏季及秋冬持续低温过程的关系。     

埃尔尼诺与中国东部夏季降水异常分布

根据近500余年的埃尔尼诺和旱涝资料,按埃尔尼诺的强弱、爆发时间和形成过程,研究了埃尔尼诺与中国东部夏季降水异常分布的关系,得到以下主要结果:(1)不同类型埃尔尼诺现象所对应的降水分布有显着差异。东部型当年,雨带在黄河下游至淮河下游;西部型当年,雨带则在长江流域。东部型次年,在黄河流域及其以北和华南有两个雨带;西部型次年,雨带在长江流域及其以南;(2)东部型,上半年发生的和弱的埃尔尼诺所对应的降水分布基本相同,西部型,下半年发生的和强的埃尔尼诺所对应的降水分布类似;(3)1991年华北、江南干旱和江淮洪涝的形成与埃尔尼涝的发生有密切联系。     

埃尔尼诺现象的不同发展阶段与山东沿海降水的初步探讨

一、引言海洋对大气,大气对海洋的相互作用,相互影响,早已引起了国内外气象学家和海洋学家的高度重视。特别自本世纪五十年代以来,世界性的气候异常,更加引起了各国科学家们对这一课题研究的浓厚兴趣。近几年来,随着观测手段的提高和研究的日益深入,使世界各地所发生的气候异常现象,有了不少新的认识。越来越多的研究表明:影响气候异常现象发生的能量,主要来源于大洋内部水文结构的骤变埃尔尼诺现象(以下简称现象),是太平洋海域水温结构骤变的主要表现形式之一。目前,虽然对现象发生的机理尚未有统一的定论,但对它与世界气候异常的相互关系,大量研究认为:世界性的气候异常即干旱、洪涝、高温、严寒等均与大洋的海温异常,埃尔尼诺现象发生有关。为了进一步探讨太平洋埃尔尼诺现象生消过程中各不同阶段海温变化特征,与山东沿海降水变化间的关系,分析了三次重要事件,得到了一些有益的结果。     

热带西太平洋纬向风的变化特征及其与埃尔尼诺的关系

本文以热带西太平洋7个岛屿测站为代表,分析了热带西太平洋纬向风的年际变化特征及其与埃尔尼诺的关系。 结果表明,在埃尔尼诺南方涛动现象发生前后,热带西太平洋低、高层纬向风具有不同的特征,低层纬向风与滞后1～6个月的南方涛动指数呈明显的负相关。该地区纬向风异常在太平洋低纬地区海气相互作用过程中可能起着重要的作用。     

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.     

NOAA安设埃尔尼诺早期警报传感器

埃尔尼诺(EI Nino)是一种海洋温度变化现象。美国海洋大气局(NOAA)正在太平洋赤道沿岸水域安设一系列的海洋学传感器,将为埃尔尼诺的早期予报提供一种监测系统。 NOAA正在安设的仪器,期望着当埃尔尼诺形势正在形成时即获得洞察。因此可以更有准备地同猛烈风暴作斗争,并且在确认潮泛发生时,立即通过非常规的系统发出警报。 NOAA的调查船《发现者》号将在其太平洋航程中布放7个系留浮标。其中两个为NOAA发展的Atlas型浮标,它们将用于收集500米以内的次表层海水的温度数据,另外有2个浮标将起类似的作用,而沿着赤道布放的3个辅助浮标,则用于收集风和海流资料。     

预测埃尔尼诺现象的开环门限自回归模式

本文利用大范围月表面水温资料,经过空间平均,减去多年月平均后,获得了热带东太平洋冷水舌域的表面水温距平逐月时间序列(1951年1月-1985年12月).并依此分别建立了自回归模式,自激励门限自回归模式和开环门限自回归模式.应用这三种模式对上述区域的水温距平年际变化曲线进行了模拟.结果表明,所有三个模式对1951年以来的9次埃尔尼诺过程均做出了很好的后报.为进一步验证模式的可靠性,特将该模式进行了外推预报检验(外推时间为1986年1月-1987年2月).预报结果表明,该模式较好地预测出最近的埃尔尼诺过程(1986-1987)的发生和发展强度.三种模式的模拟和预测结果与实测值的相关系数分别是0.84,0.88和0.89.可见三种模式均好,尤以开环门限自回归模式为最佳.这说明开环门限自回归模式是一个监测东太平洋冷水舌域水温距平的年际变化和估算埃尔尼诺强度的有力工具.     

热带太平洋表面水温的波动与埃尔尼诺的关系

将热带太平洋表面水温的时空变化视为各种波动的合成,用频率一波数谱方法进行分析,得到三个方面结果.1.各种波动的时空谱特征是:主峰集中于低频段和低波数上,随频数和波数的增加谱值迅速衰减;同一频率一波数下,西退波大于东进波的情况居多.2.各种波动的比重和位置是:准静止波甚微,瞬变波占绝大多数;驻波占瞬变波的13%,移动波占87%,东进波占瞬变波的42%,西退波占44%;静止波的波脊在93°W,驻波的波腹居93°W.3.主要波动与埃尔尼诺事件密切相关,并能解释一些现象(1)波动周期与埃尔尼诺/南方涛动的周期是相近的;(2)波动波幅与同一频率下埃尔尼诺/南方涛动的幅度是相近的;(3)波动的波向、传播的距离和历时与埃尔尼诺的运动是相近的;(4)准静止波波脊和驻波波腹出现在90°W附近,从而加强了该处的波动,这与埃尔尼诺事件在南美洲沿岸的温度变幅为最大是一致的.     

东北太平洋冬季风的异常与埃尔尼诺

东太平洋南美沿岸热带地区海温的经向季节性变化十分显著.冬季中高纬地区的冷水南侵,赤道北侧的暖水带南移造成暖水浸入赤道南,造成南美沿岸的海温升高.本文指出海温的季节变化受东北太平洋冬季风影响十分明显,埃尔尼诺发生年和次一年冬季,持续偏强的东北风对于冬季赤道北暖水的南浸,进而对埃尔尼诺的发生、发展和维持起着重要作用.