热带太平洋经向风应力异常与 El Nino 的发生--Ⅱ)动力学分析

第一部分(Zhang et al.,2001)的资料分析表明,El Nino事件发生之前在赤道中东太平洋存在着显著的异常经向风应力辐合.为了分析这种超前的辐合经向风应力距平在其后的ElNino事件发生中的动力作用,本文利用简单热带海洋动力学模式,从动力学上研究了热带海洋对关于赤道辐合的理想经向风应力强迫的响应,指出赤道东太平洋出现在El Nino事件之前的辐合经向风应力异常有利于El Nino事件的发生.辐合的经向风应力强迫作用于热带海洋,会激发出西传的Rossby波,使得赤道附近的海洋混合层变厚.由于耗散的影响,最大的增厚区位于强迫区域.当这个强迫作用于赤道东太平洋时,这将有利于E1 Nino事件发生;另一方面,Rossby波响应在赤道及其附近使得表层海水向西流动,中东太平洋表层水的不断向西输送有利于表层水在西太平洋堆积,为后来暖事件的发生累积能量.     

热带太平洋经向风应力异常与ElNio的发生──(Ⅰ)资料诊断(英文)

对热带太平洋海表经向风应力异常与 Ｅ１ Ｎｉ　ｏ事件之间的关系进行了诊断分析。结果表明，超前的经向风应力距平场与ＮＩＮＯ３区（１５°－９０°Ｗ，５°Ｓ－５°Ｎ）的海面温度异常（ＳＳＴＡ）有显著的超前相关，这种相关性在超前６个月甚至更早一些就有显示。利用奇异值分解方法分析超前的经向风应力距平场与太平洋海表温度异常场之间的耦合模，结果表明对应于赤道中东太平洋的海面温度异常升高，大气风应力场在超前６个月甚至更早的时候，在赤道中东太平洋表现为辐合的经向异常风应力场，即赤道以北为北风异常应力，赤道以南为南风异常应力。这种耦合模的时间系数与 ＮＩＮＯ３ ＳＳＴＡ指数所表示的 ＥＩｉｏ事件有很好的对应关系，表明这种耦合模反映的正是超前的经向风应力异常与 Ｅｌ ＮｉＢ　ｏ事件所对应的海表温度异常之间的相关核态。通过与热带西太平洋纬向风应力异常的比较，赤道中东太平洋辐合的经向风应力异常与ＥｌＮｉｆｉｏ事件发生的同样具有重要的联系。     

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 Ⅱ.模式结果分析

为了分析 ＥＩ 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，建立一个类似于Ｚｅｂｉａｋ的简单热带海洋数值模式，在观测到的风应力异常的强迫下，模拟赤道太平洋地区 １９７１年１月至 １９９８年８月海表温度异常的变化。结果表明，模式对观测的Ｎｉｏ３区海表温度异常（ＳＳＴＡ）有很好的模拟能力。模拟和观测Ｎｉ区ＳＳＴＡ之间的相关系数可达 ０．９０。模式对 Ｅｌ Ｎｉｏ事件期间赤道太平洋海表温度异常随时间变化也有较好的模拟能力。为了分析Ｅｌ Ｎｉｏ期间ＳＳＴＡ的空间分布及其随时间变化的动力学机制，还对１９８６～１９８９年 ＥＮＳＯ循环期间赤道太平洋地区观测的 ＳＳＴＡ的传播特征及其形成机制进行了分析。模式较好地模拟出了观测到的赤道太平洋地区ＳＳＴＡ的传播特征，即从１９８６年底至１９８７年 ４月， ＳＳＴＡ具有向东传播的特征，从 １９８７年 ６月至 １９８８年 ２月具有向西传播的特征。动力学分析的结果表明，赤道中西太平洋地区的缔向风应力异常对 Ｅｌ Ｎｉｏ事件的发生和消亡具有重要作用。赤道中西太平洋地区的西风异常可强迫出东传的Ｋｅｌｖｉｎ波，这个东传的 Ｋｅｌｖｉｎ波对正 ＳＳＴＡ的东传起主要作用，当这个东传的 Ｋｅｌｖ     

Meridional Wind Stress Anomalies over Tropical Pacific and the Onset of El Nino. Part Ⅰ: Data Analysis

对热带太平洋海表经向风应力异常与EI Nino事件之间的关系进行了诊断分析。结果表明，超前的经向风应力距平场与NINO3区(150°-90°W，5°S-5°N)的海面温度异常(SSTA)有显著的超前相关，这种相关性在超前6个月甚至更早一些就有显示。利用奇异值分解方法分析超前的经向风应力距平场与太平洋海表温度异常场之间的耦合模，结果表明对应于赤道中东太平洋的海面温度异常升高，大气风应力场在超前6个月甚至更早的时候，在赤道中东太平洋表现为辐合的经向异常风应力场，即赤道以北为北风异常应力，赤道以南为南风异常应力。这种耦合模的时间系数与NINO3 SSTA指数所表示的El Nino事件有很好的对应关系，表明这种耦合模反映的正是超前的经向风应力异常与El Nino事件所对应的海表温度异常之间的相关模态。通过与热带西太平洋纬向风应力异常的比较，赤道中东太平洋辐合的经向风应力异常与El Nino事件发生的同样具有重要的联系。     

论陆架波系动力学及其在厄尔尼诺信号传播中的作用

文中讨论了陆架波系和赤道波系在动力学上的相似性，和赤道波系一样，陆架波系也由惯性重力波、Ｋｅｌｖｉｎ波、Ｒｏｓｓｂｙ（长、短）波和有条件的Ｒｏｓｓｂｙ－重力混合波组成。指出，当　海洋三边存在陆架而一边为赤道时（如北太平洋），则陆架波系和赤道波系中的Ｋｅｌｖｉｎ波，　将以逆时针方向携带信号绕海盆一周，而两个波系中的Ｒｏｓｓｂｙ长波，将以顺时针方向绕海盆一周，即通过陆架波和赤道波为海洋中某些信号的传播组织成一个绕海盆的环路。这种物理　过程可望用以解释发生在海洋中的某些长周期现象，如Ｅｌ　Ｎｉ　ｏ现象。文中进一步　讨论了陆架波的各种简化运动。     

El Nio位相期间印度洋海温异常对中国南部初夏降水及初夏亚洲季风影响的数值模拟研究

基于中国科学院大气物理研究所的ＩＡＰ ９Ｌ大气环流模式，设计并完成了赤道太平洋暖异常海温和印度洋地区的不同结构异常海温的强迫试验．以研究在 Ｅｌ Ｎｉｏ位相期间印度洋不同海温异常分布对初夏亚洲季风及我国南部地区初夏降水的影响。结果表明：ＥＩＮｉｏ位相期间印度洋异常海温的作用是不可忽视的。在 Ｅｌ Ｎｉｏ位相期间，印度洋不同的海温结构对越赤道气流异常，对印度、中南半岛及中国南方的降水分布有重要的影响。利用ＮＣＥＰ的资料进行合成分析，进一步证实了数值模拟结果的可靠性。     

赤道印度洋—太平洋海面经向风的年际低频振荡

通过对COADS1950—1979年海面经向风和海温资料的分析，本文探讨了印度洋—太平洋近赤道地区经向风的长期变化特征及其与厄尼诺发生发展间的关系。结果表明:（1）热带太平洋辐合带系统与海温具有相同的季节变化趋势，冬季赤道辐合带和高海温位于南半球，夏季位于北半球。厄尼诺年经向风发生异常，近赤道地区出现强烈的经向风辐合。（2）近赤道经向风存在准2年（QBO），准3.5年（SO）和准5年（FYO）3种年际低频振荡。QBO对厄尼诺年经向风异常起着重要作用，SO对厄尼诺年和冷水年的经向风变化均十分重要，这两种振荡可以很好的拟合经向风的实际变化，FYO则起着加强的作用。（3）经向风年际低频振荡起源于印度洋—海洋大陆和东太平洋沿岸地区，南北半球冬季风异常和东太平洋沿岸地区信风异常是其主要原因。（4）季风—信风（V）相互作用表现为当异常经向风扰动从季风区东传到信风区时明显增幅，这与信风区海气系统之间时间尺度约1年的自我正反馈有关。     

切变基流中赤道Rossby包络孤立波(英文)

利用一个简单的赤道β平面浅水模式和多尺度摄动法，从描写赤道Ｒｏｓｓｂｙ波的正压大气位涡度方程中推导出在切变基本维向流中赤道Ｒｏｓｓｂｙ波包演变所满足的非线性Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程，并得到其单个包络孤立波子波解，并分析基本流切变对非线性赤道Ｒｏｓｓｂｙ孤立子的影响。     

El Nio事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971~2000年逐月SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料(Carton等,2004)、1980~2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料(Kalnay等,1996)探讨中部型(暖海水首先出现在120°W以西)和东部型(暖海水首先出现在120°W以东)El Nino事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出:(1)中部型和东部型El Nio事件发生时,太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象,但中部型El Nio事件西风应力距平强度强,造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区,这类El Nio事件强度偏强。(2)中部型El Nio事件,赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播,辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻,西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。(3)东部型El Nio事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区,东太平洋暖水形成与局地(120°W以东)辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关;东部型El Nio事件暖池次表层的暖水,不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区,而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区,再由西风漂流平流到东太平洋。     

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。     

不稳定热带海气相互作用中快波的过滤

Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ［１］明确指出在热带海气耦合系统中能够存在不稳定的海气相互作用。Ｐｈｉｌａｎｄｅｒ等［２］的数值计算表明，由于海气相互作用，不稳定扰动可以向东传播。Ｙａｍａｇａｔａ［３］和Ｈｉｒｓｔ［４］从理论上也证明了海气之间存在着正反馈过程。巢纪平和张人禾［５］运用一个流场和压力场的高阶平衡近似，即在热带大气和海洋中只存在向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波时，得出了两种介质中向西传播的赤道Ｒｏｓｓｂｙ波通过海气相互作用过程，可以产生向西传的不稳定波。并且在一定条件下，还可出现一类不属于Ｋｅｌｖｉｎ波的向东传的不稳定波，这些结果对解释ＥＮＳＯ事件的传播过程是值得参考的。     

对厄尔尼诺事件和海洋环流的数值模拟研究

用太平洋海洋环流模式，模拟研究热带太平洋海温和环流的年际变化特征和机制．用观测的逐月风应力强迫模式，模拟１９７１～１９９５年发生的主要厄尔尼诺事件．说明风应力异常对厄尔尼诺生成起主要作用．对海温异常峰值附近３个月海温和洋流的综合分析表明：在厄尔尼诺事件时，１６０°Ｗ以西温跃层上升，以东温跃层下降，温跃层的东西倾斜显著变小．同时沿赤道的垂直环流圈减弱，中东赤道太平洋涌升流、海表层向西的赤道洋流和次表层向东的赤道潜流都减弱且厚度减小；在反厄尔尼诺时，情况则相反．     

El Nino事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用 II.模式结果分析

为了分析ElNio事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用，建立一个类似于Zebiak的简单热带海洋数值模式，在观测到的风应力异常的强迫下，模拟赤道太平洋地区1971年1月至1998年8月海表温度异常的变化。结果表明，模式对观测的Nio3区海表温度异常(SSTA)有很好的模拟能力。模拟和观测Nio3区SSTA之间的相关系数可达0.90。模式对ElNio事件期间赤道太平洋海表温度异常随时间变化也有较好的模拟能力。为了分析ElNio期间SSTA的空间分布及其随时间变化的动力学机制，还对19861989年ENSO循环期间赤道太平洋地区观测的SSTA的传播特征及其形成机制进行了分析。模式较好地模拟出了观测到的赤道太平洋地区SSTA的传播特征，即从1986年底至1987年4月，SSTA具有向东传播的特征，从1987年6月至1988年2月具有向西传播的特征。动力学分析的结果表明，赤道中西太平洋地区的纬向风应力异常对ElNio事件的发生和消亡具有重要作用。赤道中西太平洋地区的西风异常可强迫出东传的Kelvin波，这个东传的Kelvin波对正SSTA的东传起主要作用，当这个东传的Kelvin波到达东边界，由于东边界的反射作用，在东边界产生西传的Rossby波，这个西传的Rossby波对赤道中东太平洋地区正SSTA的西传起主要作用。东传Kelvin波和反射的Rossby波对ElNio期间赤道东太平洋正SSTA二次峰值的形成具有重要作用。     

赤道太平洋西风异常与El Ni(n～)o的关系

分析了1980年以来赤道太平洋西风异常观测资料,并利用 POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应.分析和数值模拟试验结果都表明,赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高,但是El Ni(n～)o事件是否能发生,则与西风异常的位置、强度和东移有关.只有当赤道中太平洋(160°E～160°W)出现一定强度的西风异常并较快东移,才有利于El Ni(n～)o发生.     

El Ni(n)o事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971～2000年逐月SODA (Simple Ocean Data Assimilation) 同化资料 (Carton等, 2004)、 1980～2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料 (Kalnay等, 1996) 探讨中部型 (暖海水首先出现在120°W以西) 和东部型 (暖海水首先出现在120°W以东) El Ni(n)o事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征.研究指出: (1) 中部型和东部型El Ni(n)o事件发生时, 太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象, 但中部型El Ni(n)o事件西风应力距平强度强, 造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区, 这类El Ni(n)o事件强度偏强.(2) 中部型El Ni(n)o事件, 赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播, 辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻, 西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关.(3) 东部型El Ni(n)o事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区, 东太平洋暖水形成与局地 (120°W以东) 辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关; 东部型El Ni(n)o事件暖池次表层的暖水, 不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区, 而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区, 再由西风漂流平流到东太平洋.     

1997/1998年ElNio事件发生、发展可能机制的进一步研究

基于美国哥伦比亚大学Lamont-Doherty地球观象台LDEO(Lamont-Doherty Earth Observatory)海表温度资料和NCEP/NCAR再分析风场资料,分析了1997/1998年ElNio期间西太平洋暖池海表温度和西风距平的时间演变特征,同时也分析了东太平洋暖池海表温度和北风距平的时间演变特征。结果表明,1997/1998年ElNio事件期间,西太平洋暖池海表温度变化及异常西风和东太平洋暖池海表温度变化及异常北风都与Ni o3指数变化密切相关。将东、西太平洋暖池及异常北风、西风一并结合起来考虑,进一步研究了1997/1998年ElNio事件发生、发展的可能机制:异常西风驱动西太平洋暖池东端暖水向东伸展直接有利于赤道东太平洋海表温度增加;异常西风激发东传的暖Kelvin波对东太平洋的冷上升流有抑制作用,从而有利于赤道东太平洋海表温度增加;东传的异常西风可以通过埃克曼漂流效应将赤道两侧的海表暖水向赤道辐合从而加强了赤道附近的下沉流,也有利于赤道东太平洋赤道附近海表温度增加。几乎与此同时,北风距平通过产生北风吹流将东太平洋暖池暖水由北向南输送至赤道附近直接导致Nio3区海表温度增...     

亚洲季风与ENSO循环的相互作用

ＥＮＳＯ事件对亚洲季风有很大影响,特别是对东亚夏季风环流有较大影响。许多观测事实表明,在ＥＮＳＯ事件处于发展阶段的夏季,江淮流域往往发生洪涝,黄河流域往往发生干旱,东北地区往往发生冷夏。本研究利用观测资料分析了亚洲季风对ＥＮＳＯ事件发生的影响。分析结果表明,在ＥＮＳＯ事件发生前,在热带太平洋上空对流层下层有明显的西风异常;这个西风异常将会加强东传暖Ｋｅｌｖｉｎ波和西传冷Ｒｏｓｓｂｙ波,为ＥＮＳＯ循环提供必要的赤道海洋波动条件;并且这个西风异常与东亚季风区西风异常向南传播有密切关系。通过遥相关分析表明,东亚季风西风异常的南传是通过欧亚型遥相关的波列来实现。通过分析,本研究提出一种亚洲季风与ＥＮＳＯ循环相互作用的物理图像。     

El Ni?o事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971～2000年逐月SODA (Simple Ocean Data Assimilation) 同化资料（Carton等，2004）、1980～2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料（Kalnay等，1996）探讨中部型（暖海水首先出现在120°W以西）和东部型（暖海水首先出现在120°W以东）El Ni?o事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出:（1）中部型和东部型El Ni?o事件发生时，太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象，但中部型El Ni?o事件西风应力距平强度强，造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区，这类El Ni?o事件强度偏强。（2）中部型El Ni?o事件，赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播，辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻，西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。（3）东部型El Ni?o事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区，东太平洋暖水形成与局地（120°W以东）辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关；东部型El Ni?o事件暖池次表层的暖水，不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区，而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区， 再由西风漂流平流到东太平洋。     

赤道太平洋西风异常与El Nio的关系

分析了 1 980年以来赤道太平洋西风异常观测资料 ,并利用POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应。分析和数值模拟试验结果都表明 ,赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高 ,但是ElNi no事件是否能发生 ,则与西风异常的位置、强度和东移有关。只有当赤道中太平洋 ( 1 60°E～ 1 60°W )出现一定强度的西风异常并较快东移 ,才有利于ElNi no发生。     

赤道太平洋西风异常与El Nio的关系

分析了1980年以来赤道太平洋西风异常观测资料,并利用 POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应.分析和数值模拟试验结果都表明,赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高,但是El Nio事件是否能发生,则与西风异常的位置、强度和东移有关.只有当赤道中太平洋(160°E～160°W)出现一定强度的西风异常并较快东移,才有利于El Nio发生.