2015/2016年超强厄尔尼诺事件气候监测及诊断分析

文章基于国家气候中心现行厄尔尼诺监测和诊断业务规范,分析了2015/2016年厄尔尼诺事件的现状及其演变过程,并将之与1982/1983年以及1997/1998年厄尔尼诺事件做对比。监测结果表明,2015/2016年厄尔尼诺事件是自1951年以来继1982/1983年和1997/1998年厄尔尼诺事件之后的第三次超强厄尔尼诺事件,并且在持续时间、峰值强度、累计海温距平和海温距平连续超过2.0℃的时间等指标上均强于前两次超强厄尔尼诺事件。赤道中西太平洋的多次西风爆发过程驱动次表层异常暖海温东传,使得厄尔尼诺事件发展。与前两次超强厄尔尼诺事件对比发现,2015/2016年厄尔尼诺事件盛期暖海温中心强度和范围较前两次事件偏小,南方涛动强度较前两次偏弱,西风爆发过程中西风异常强度也小于前两次事件。     

两类E1 Nino事件太平洋海温异常时空结构的分析

用聚类法对１９５１─１９８６年发生的１０次厄尔尼诺事件进行分析，归纳出两类厄尔尼诺事件。第Ⅰ类在赤道中太平洋偏西先开始增温，第Ⅱ类在赤道东太平洋先开始增温；用距平合成和复自然正交经验展开研究了两类事件从产生到消亡各阶段所对应的太平洋海温异常的时空结构和特征。爆发和发展阶段，第Ⅰ类海温场扰动由西向东传，第Ⅱ类相反。距平分布也呈明显相反的特征。成熟阶段，赤道地区第Ⅰ类逆转为由东向西传播；第Ⅱ类则出现经向北传、纬向准静止；中高纬地区两类仍相反，而距平分布的相反特征则已经消失。消亡阶段，海温场的扰动传播第Ⅱ类与成熟阶段变化不大，而第Ⅰ类就变成与第Ⅱ类一致；距平分布也差别不大。     

2014—2016年超强厄尔尼诺事件的气候影响

2014—2016年,赤道中东太平洋发生了一次超强厄尔尼诺事件,此次事件于2015年11月达到峰值,12月开始衰减。其峰值强度超过了1951年以来另外两次超强厄尔尼诺事件（1982/1983年和1997/1998年）的强度,成为了1951年以来最强的事件。截至2016年4月,事件已持续20个月,也成为了1951年以来持续时间最长的厄尔尼诺事件。在这次事件的发展过程中,热带太平洋至东亚副热带地区的大气环流表现出了显著的响应特征：赤道中东太平洋对流活动加强,异常上升运动发展,而赤道西太平洋对流活动受抑制,异常下沉运动控制;菲律宾附近异常反气旋生成并发展加强,西太平洋副热带高压强度偏强、西伸脊点异常偏西,尤其2015年冬季副热带高压强度为1980年以来最强。与此同时,2015年秋、冬季,我国长江以南大部降水偏多,尤其冬季华南地区（广东、广西、海南三省区）平均降水量达历史第一,较常年偏多1.6倍以上。近期,超强厄尔尼诺正处于衰减阶段,但是考虑到热带印度洋暖海温的“接力”作用,厄尔尼诺事件对2016年春、夏季我国气候异常的影响可能仍将持续。     

2015/2016年超强El Nio局地海气特征及其特殊性

利用NOAA海表温度和NCEP/NCAR大气环流等全球再分析资料,讨论了2015/2016年超强El Nio事件局地海气过程的演变特征,并与1982/1983和1997/1998年两次强El Nio事件做了对比分析。结果表明,2015/2016年El Nio在峰值强度、持续时间、累计海温距平等指标上都略强于前两次El Nio,可视为有完整气象观测纪录以来的最强事件;与前两次事件相比,2015/2016年El Nio海温异常中心位置明显偏西,热带东太平洋海温相对较冷而中太平洋更暖,由于热带对流对海温的非线性响应,赤道东太平洋降水相对较弱,中太平洋则显著偏多,这在El Nio当年12月至次年4月尤为明显;此外,在前两次El Nio的成熟期至衰减期,中太平洋大气响应都存在明显的南移特征,西风异常和对流中心都从赤道南移到了5°S以南。而2015/2016年中太平洋大气响应一直位于赤道附近,南移特征相对较弱,ENSO和年循环相互作用的组合模态相比前两次较弱,西北太平洋反气旋的强度也弱于前两次。这主要是由于2015年冬季至2016年春季,热带太平洋暖海温异常位置偏西,中太平洋海温异常明显强于前两次,叠加气候平均态海温之后,赤道南北两侧海温都高于对流阈值,对流旺盛,这大大削弱了大气响应的经向移动和ENSO组合模态的强度。     

两类E1 Nino事件太平洋海温异常时空结构的分析

用聚类法对１９５１－１９８６年发生的１０次厄尔尼诺事件进行分析，归纳出两类厄尔尼诺事件。第Ｉ类在赤道中太平洋偏西先开始增温，第Ⅱ类在赤道东太平洋先开始增温；用距平合成和复自然正交经验展开研究了两类事件从产生到消亡各阶段所对应的太平洋海温异常的时空结构和特征。爆发和发展阶段，第Ｉ类海温场扰动由西向东传，第Ⅱ类相反。距平分布也呈明显相反的特征。成熟阶段，赤道地区第Ｉ类逆转为由东向西传播；第Ⅱ类则出现经     

ENSO循环的两个不同位相期印度海洋表温度异常的特征分析

通过对ENSO循环的两个不同位相中印度洋地区海表温度变化特征的分析，指出印度洋地区的海温变化与赤道东太平洋地区的海温变化有较好 的相关关系，是ENSO循环的重要组成部分，对应于赤道东太平洋暖位相期，印度洋地区的海温分布为东冷西暖，与此相反，在赤道东太平洋冷位相，印度洋地区的温分布为东暖西冷，进一步的分析还发现，印度洋东，西部地区海温变化纬向差异最明显的区域位于印度洋赤道以南0－25℃附近，且这种差异具有明显的年季变化特征，在整个夏季风期间差异较大，而冬季风期间较小，其中冷位相期间的纬向差异比暖位相期间的纬向差异大，代表印度洋纬向差异的IDM（偶极指数）变化与赤道东太平洋地区的海温变化有很好的正相关关系。     

ENSO循环的两个不同位相期印度洋海表温度异常的特征分析

通过对ENSO循环的两个不同位相中印度洋地区海表温度变化特征的分析,指出印度洋地区的海温变化与赤道东太平洋地区的海温变化有较好的相关关系,是ENSO循环的重要组成部分。对应于赤道东太平洋暖位相期,印度洋地区的海温分布为东冷西暖;与此相反,在赤道东太平洋冷位相期,印度洋地区的海温分布为东暖西冷。进-步的分析还发现,印度洋东、西部地区海温变化纬向差异最明显的区域位于印度洋赤道以南0～25°S附近,且这种差异具有明显的年季变化特征,在整个夏季风期间差异较大,而冬季风期间较小,其中冷位相期间的纬向差异比暖位相期间的纬向差异大。代表印度洋纬向差异的IDM(偶极指数)变化与赤道东太平洋地区的海温变化有很好的正相关关系。     

近40a江苏省冬季气温异常的演变及其涨气背景场特征

通过1961－1998年江苏省11个站点冬季平均气温的EOF分析，探讨江苏省冬温异常的演变特征，并分析其同期及前期500hPa高度距均，海温距平场的特征，指出冬季异常冷年，同期与前期500mPa高度距平场主要表现为亚洲－太平洋地区阻塞形势发展，经向环流加强，同期至前期6个月赤道东太平洋海温为持续负距平。而暖冬同期与前期500hPa高度距平场的特征特征是，西太平洋海温为持续负距平。而暖冬同期与前期500hPa高度距平场的特征是，西太平洋副高势力较强，亚欧大陆中高纬 纬向环流占优势，同期赤道东太平洋海温具有厄尔尼诺的特征，但前期赤道东太平洋海温距平具有由负向正转变特征。     

2015/2016厄尔尼诺事件的衰减位相及其对应的西北太平洋环流异常

利用季节平均Had ISST海温、CMAP降水及NCEP风场数据,分析了2015/2016超级厄尔尼诺衰减期的特征及其对应的西北太平洋大气环流异常。结果表明:2015/2016厄尔尼诺事件除了成熟位相冬季强度大以外,还具有在随后春季衰减快,到夏季就消亡的特征。伴随着厄尔尼诺的迅速衰减,西北太平洋有较强的反气旋环流异常维持。厄尔尼诺衰减位相与西太反气旋异常存在相互作用。一方面,由于此次厄尔尼诺事件强度强,衰减期热带印度洋有显著的暖海温异常从冬季一直维持到夏季,有利于西太反气旋的增强和维持。另一方面,西太反气旋环流异常的维持及其南侧东风异常的发展使得中东太平洋正海温异常减弱,令厄尔尼诺事件快速衰退。此外,通过与1982/1983和1997/1998年比较发现,这三次超强厄尔尼诺事件虽强度相当,但衰减位相及与之相联系的西太反气旋异常都不尽相同。1982/1983事件衰减慢,维持时间长,对应的西太反气旋强度弱。而1997/1998事件衰减快,维持时间短,对应的西太反气旋强度在春季和夏季都强盛维持。2015/2016事件的衰减速度明显快于1982/1983事件,对应的西太反气旋也强于1982/1983事件,由于2015/2016事件增暖中心偏向于中东太平洋,而这里是厄尔尼诺衰减过程中负海温异常最先出现的区域,因此尽管2015/2016事件中西太反气旋异常的强度弱于1997/1998事件,但衰减速度及衰减位相维持时间与1997/1998相当。本文研究结果表明厄尔尼诺衰减与西太反气旋异常之间的关系较为复杂,需进一步研究。     

2015年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

对2015年海洋和大气环流异常特征进行分析,讨论这些异常特征对中国气候的主要影响。结果表明:2015年东亚冬季风强度较常年略偏弱,冬季风季内变化特征显著,初冬强度偏强,隆冬和后冬转为偏弱。受其影响,冬季我国大部分地区气温较常年同期偏高,但季内变化显著,初冬冷、隆冬和后冬暖。2015年,赤道太平洋出现了一次超强厄尔尼诺事件,2014年5月至2015年11月厄尔尼诺综合区累计海温指数已达23.0℃,成为历史上最强厄尔尼诺事件。加之,4月以来印度洋一致偏暖模态及偶极模态正位相发展,使得夏季太平洋副热带高压偏强、偏西、偏南,导致我国南方多雨而北方少雨。2015年南海夏季风爆发时间与常年一致,结束偏晚2候,强度偏弱。     

Upper-ocean dynamical features and prediction of the super El Niño in 2015/16: A comparison with the cases in 1982/83 and 1997/98

The 2015/16 super El Niño event has been widely recognized as comparable to the 1982/83 and 1997/98 El Niño events. This study examines the main features of upper-ocean dynamics in this new super event, contrasts them to those in the two historical super events, and quantitatively compares the major oceanic dynamical feedbacks based on a mixed-layer heat budget analysis of the tropical Pacific. During the early stage, this new event is characterized by an eastward propagation of SST anomalies and a weak warm-pool El Niño; whereas during its mature phase, it is characterized by a weak westward propagation and a westward-shifted SST anomaly center, mainly due to the strong easterly wind and cold upwelling anomalies in the far eastern Pacific, as well as the westward anomalies of equatorial zonal current and subsurface ocean temperature. The heat budget analysis shows that the thermocline feedback is the most crucial process inducing the SST anomaly growth and phase transition of all the super events, and particularly for this new event, the zonal advective feedback also exerts an important impact on the formation of the strong warming and westward-shifted pattern of SST anomalies. During this event, several westerly wind burst events occur, and oceanic Kelvin waves propagate eastwards before being maintained over eastern Pacific in the mature stage. Mean-while, there is no evidence for westward propagation of the off-equatorial oceanic Rossby waves though the discharging process of equatorial heat during the development and mature stages. The second generation El Niño prediction system of the Beijing Climate Center produced reasonable event real-time operational prediction during 2014–16, wherein the statistical prediction model that considers the preceding oceanic precursors plays an important role in the multi-method ensemble prediction of this super.     

超强与普通厄尔尼诺海-气特征差异及对西太平洋副热带高压的不同影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、GODAS海洋资料、哈得来中心海表温度（SST）以及中国国家气候中心（NCC）环流指数数据,依据美国气候预测中心的厄尔尼诺事件标准筛选出1980-2016年的超强与普通厄尔尼诺事件,对比了两类事件的不同生命阶段内海表及次表层温度特征的差异,并探讨了其对西太平洋副热带高压（西太副高）的不同影响。结果表明,对超强厄尔尼诺事件而言,海表温度正距平发展早且迅速,其大值中心偏东,纬向梯度强,但对普通厄尔尼诺事件而言,海表温度正距平中心偏西,纬向梯度小。厄尔尼诺事件的发展源于次表层海温距平（SOTA）随开尔文波东传并沿温跃层上升到达海表,其波动前部区域异常垂直海流对次表层海温距平的变化起重要作用;当海气激烈耦合时,可在温跃层激发出更强的海洋波动,使得次表层变暖更明显,激发出强的厄尔尼诺事件。海温异常强迫出的大气异常环流的强度与强迫源的强度关系密切。两类厄尔尼诺均能通过异常的沃克环流引起大气Gill型响应,使得西太副高偏强、西伸,且当超强厄尔尼诺发生时,异常沃克环流更强,海洋性大陆区域上空的异常强辐散导致Gill型响应而产生的反气旋更强,对西太副高的影响更甚。印度洋海表温度对厄尔尼诺的滞后变暖所带来的影响在上述亚太大气环流的持续异常中起重要作用。这些结果有利于加深对不同类型厄尔尼诺事件及影响西太副高机理的认识。      

强El Niño衰减年东亚夏季风的季节内变化:1998年和2016年的对比分析

本文对比分析了1998年和2016年这两个强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,在6~7月期间,由于热带印度洋海温偏高、对流偏强,造成西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压（副高）偏西偏强,长江流域降水偏多,华南偏少,东亚夏季风异常具有典型的El Ni?o衰减年特征。但两年的8月份有很大差异,虽然1998年8月与6~7月相似,但2016年8月份则完全不同。受乌拉尔地区异常反气旋的影响,源自西伯利亚东部的北风异常穿越东亚并直抵暖池地区,造成副高分裂并减弱东退,同时激发暖池对流发展,而对流的发展则进一步促使副高减弱。因此,2016年8月东亚夏季风异常与1998年8月相反,中国北方夏季降水异常也呈现很大差异。另外,1998年热带大西洋偏暖,并通过热带环流变化影响到东亚夏季风异常,其强迫作用与热带印度洋类似。而2016年大西洋海温异常较弱,对东亚夏季风影响也较弱。因此,El Ni?o对东亚夏季风的影响不仅与其强度有关,还与El Ni?o衰减之后造成的印度洋和大西洋海温异常有关。本文的分析结果表明,即使在强El Ni?o衰减年夏季,由于El Ni?o之间的个性差异以及其他因子的影响,东亚夏季风季节内变化仍然能呈现出显著差异,特别是在8月份。因此,在预测东亚夏季风异常时,宜将6~7月和8月分别考虑。此外,为进一步提高东亚夏季风预测水平,除传统的季度预测外,还需要进一步加强季节内尺度的预测。     

CMIP5多模式模拟两类El Niño海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验（piControl）模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni?o（即东部EP和中部CP型El Ni?o）的海表盐度（SSS）空间结构差异及其与海表温度（SST）和降水的关系。结果表明:（1）大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni?o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;（2）CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;（3）依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低（高）的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西（偏东）,引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni?o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西。同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡。SSS变化会影响ENSO的发生发展。因此,探讨两类El Ni?o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴。     

Change of El Niño and La Niña amplitude asymmetry around 1980

Amplitude of El Niño and La Niña was significantly different during 1980–2016 but almost same during 1958–1979. The cause of this interdecadal change is investigated through an oceanic mixed-layer heat budget analysis. It was found that this interdecadal change was primarily attributed to the distinctive effects of nonlinear zonal temperature advection between the two periods. During 1980–2016 nonlinear zonal advection, working together with nonlinear meridional advection, contributes to the El Niño and La Niña amplitude asymmetry. During 1958–1979 the nonlinear zonal advection had an opposite effect. The difference in the nonlinear zonal advection between the two interdecadal periods was caused by distinctive longitudinal locations of El Niño centers. Maximum SST anomaly (SSTA) centers were confined near the coast of South America (east of 90° W) during the first period but appear near 110° W during the second period. Because of this difference, an anomalous eastward ocean surface current (caused by a positive thermocline depth anomaly during El Niño) would generate a negative (positive) nonlinear zonal advection before (after) 1980. The distinctive longitudinal locations of El Niño centers are possibly caused by the interdecadal changes of mean thermocline and high-frequency wind variability over the equatorial western-central Pacific. A hypothesis was put forth to understand distinctive initiation locations between El Niño and La Niña.     

厄尼诺与南海的台风活动

本文对厄尼诺年(赤道东太平洋SST有持续正距平)和反厄尼诺年(赤道东太平洋SST有持续负距平)南海的台风(包括进入南海的西太平洋台风和在南海生成的台风)活动进行了统计分析。结果表明,厄尼诺同南海的台风活动有明显关系:厄尼诺年平均台风数偏少,反厄尼诺年平均台风数偏多,其异常主要发生在8—11月份;在两广沿海登陆的平均台风数也是厄尼诺年偏少,反厄尼诺年偏多,其异常以10和11月最显著;在北部湾海域活动的台风多在8—9月份,也是厄尼诺年偏少,反厄尼诺年偏多。文本也对厄尼诺如何影响南海的台风活动提出了初步看法。      

Impacts of different types of El Niño and La Niña on northern tropical Atlantic sea surface temperature

The present study investigates the dependence of the northern tropical Atlantic (NTA) sea surface temperature (SST) response to El Niño and La Niña events on the decay time and amplitude of tropical Pacific SST anomalies. It is found that the NTA SST response to La Niña events displays a notable difference between late and early decaying events, similar to that in response to El Niño events, but with a weaker signal. Latent heat flux is a dominant term in the NTA SST change in preceding winter-early spring in both El Niño and La Niña events and in the difference of the NTA SST anomaly between late and early decaying El Niño and La Niña events. The zonal and meridional advections have an opposite effect on the NTA SST warming in late decaying El Niño events. Although the warming in the NTA region is similar in late decaying moderate and strong El Niño events, the distribution of the SST anomalies in the mid-latitude North Atlantic Ocean shows a notable difference between the two types of late decaying El Niño events. The SST anomalies also display difference in the early decaying weak and moderate El Niño events. Surface heat flux differences are largely attributed to wind differences.     

Numerical simulations of mesoscale flood environment

Summary The transition from a cold to a warm state of the E1 Niño-Southern Oscillation (ENSO) cycle is studied using Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Sets (COADS) for the period 1950–1992.The onset of El Niño (November to December of the year preceding the El Niño) is characterized by an occurrence of minimum sea-level pressure anomalies in the subtropics around the node line of the Southern Oscillation. This pressure fall favors the formation of the anomalous cyclonic circulations over the western Pacific and leads to the establishment of anomalous westerlies in the western equatorial Pacific during the boreal spring of the El Niño year. The westerly anomalies then intensify and propagate into the central Pacific by the end of the El Niño year. This is an essential feature of the development of a basin-wide warming.It is argued that the development of the equatorial westerly anomalies over the western Pacific may result from the thermodynamic coupling between the atmosphere and ocean. In boreal winter and spring the mean zonal winds change from westerly to casterly over the western equatorial Pacific. A moderate equatorial westerly anomaly initially imposed on such a mean state may create eastward SST gradients via changing rates of evaporational cooling and turbulent mixing. The equatorial SST gradients would, in turn, induce differential heating and zonal pressure gradients which reinforce the westerly anomalies. The feedback between the eastward SST gradients and westerly anomalies promotes the eastward propagation of the westerly anomalies.With 9 Figures