ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

两次非典型厄尔尼诺期间热带太平洋主流系和赤道行星波研究

两次非典型厄尔尼诺事件发生期间,Walker环流中的西太平洋部分显着减弱,Hadley环流中的东太平洋部分显着增强.西太平洋距平西风应力增强向东伸展;东太平洋距平北风应力增强向南伸展.西太平洋暖池的能量可以两种方式向东传播:赤道Kelvin波温跃层模态和流速模态.温跃层模态向东输送的总能量大于流速模态向东输送的总能量.1982～1983年厄尔尼诺事件中,赤道Kelvin波温跃层模态起主要作用,赤道潜流减弱;1986～1987年厄尔尼诺事件中,赤道Kelvin波流速模态起主要作用,赤道潜流增强.厄尔尼诺事件期间,赤道潜流消失、反向现象是一种局地性海洋响应,这种现象不伴随赤道Kelvin波向东传播.     

两类厄尔尼诺事件期间热带大气GILL响应分析

分析了1979—2018年两类厄尔尼诺事件期间月平均热带太平洋海面温度(sea surface temperature,SST)异常、对流降水异常、大气环流异常等特征,发现东部型、中部型厄尔尼诺期间海洋及大气加热场并不是赤道对称,赤道以南热源强度大于赤道以北。大气对热源的响应表现在:1)低层在大气热源西侧出现南、北半球热带相对应的气旋环流异常,但是赤道以南气旋的涡度大于赤道以北,且两类厄尔尼诺事件期间涡度中心的位置不同;到高层赤道中东太平洋呈现赤道对称的反气旋环流控制。2)低层热源的西侧出现西风异常,东侧为东风异常,西风异常的强度与范围明显大于东风异常,且东部型西风异常的强度大于中部型;而到高层,纬向风的风向和低层正好相反。3)低层东部型、中部型厄尔尼诺上升运动异常分别位于赤道中东太平洋和赤道中太平洋,下沉运动出现在热源东西两侧及赤道两侧5°N以北、5°S以南的热带地区;东部型到中层上升运动异常强度达到最大,而中部型到高层上升运动异常强度达到最大。4)低层东部型、中部型厄尔尼诺期间位势高度在中东太平洋为负异常,西太平洋为正异常;到高层,整个赤道中东太平洋地区均为位势高度正异常,并且在赤道两侧分别出现位势高度正异常中心,与反气旋环流涡度中心及下沉运动异常中心相对应。5)除西风异常范围大于东风异常,其他特征与赤道非对称热源GILL响应的理论计算模态基本一致。     

太平洋次表层海温异常年际变率的信号通道与ENSO循环

利用SODA海洋同化资料,分析了太平洋次表层海温异常(SOTA)年际信号变异特征与ENSO循环的联系。结果表明,热带太平洋的年际变率表现为以160°W为纵轴的东西向和以6°—8°N为横轴的南北向的跷跷板分布,南太平洋和北太平洋中高纬度海洋的SOTA则与热带西太平洋SOTA同号,但强度较弱,这些变化都与ENSO事件密切相关,是ENSO事件的两个主要模态,具57和44个月显著周期。ENSO循环期间,热带西太平洋SOTA强信号中心沿赤道东传,到达赤道东太平洋后加强并北扩,导致ElNi?o或LaNi?a事件,同时从热带西太平洋有较弱SOTA信号向东北和西南传播,在南、北太平洋中高纬度海域产生弱SOTA;同期位于热带东太平洋反号的SOTA强信号中心沿10°—15°N(平均12°N)西传,至热带西太平洋后加强并南扩,为下次LaNi?a或ElNi?o事件准备条件,同时在北太平洋中高纬度海洋还存在着反号弱的SOTA。如此周而复始,完成ENSO循环。太平洋次表层海温年际变化信号除在赤道及以北的热带太平洋存在一个逆时针方向的传播通道外,同时在热带西太平洋有异常信号向南、北太平洋中高纬度海域传播,并指出ENSO循环期间太平洋次表层海温异常年际变率信号传播的可能通道。     

近年来厄尔尼诺期间北赤道流输运的年际变化

为了研究近年来厄尔尼诺期间北赤道流输运的年际变化,本文利用海洋客观分析数据MOAA GPV(Grid Point Value of the Monthly Objective Analysis)以及P-vector方法计算了北太平洋绝对地转流,探讨了2001~2013年期间厄尔尼诺与北赤道流输运之间的关系。在此期间发生的4次厄尔尼诺事件中,北赤道流输运在2002~2003、2006~2007、2009~2010年的厄尔尼诺成熟期都出现了明显的增强,但是在2004~2005年的厄尔尼诺成熟期并没有明显的增强。进一步分析发现,在2002~2003年、2006~2007年、2009~2010年的厄尔尼诺成熟期,10°N以南的热带西北太平洋区域出现了负的海面高度异常和气旋式环流异常,这主要是由热带环流区域出现的西风异常和正的Ekman抽吸通过Rossby波西传到热带西太平洋区域所致;但是在2004~2005年厄尔尼诺成熟期,海面温度异常的分布明显不同,西风异常和正的Ekman抽吸异常明显北移,导致负的海面高度异常和气旋式环流异常出现在了10°N以北的西北太平洋区域,使得北赤道流输运在2004~2005年的厄尔尼诺成熟期没有明显的增强。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

ENSO非对称性对热带降水的影响研究

利用1966—2015年多种海气资料,分析了热带太平洋海域的ENSO非对称性表现,结果表明:在赤道东太平洋,ENSO暖事件强度大于ENSO冷事件,而在赤道中、西太平洋上与之相反,即在振幅强度和发生位置上存在不对称。研究还发现,在厄尔尼诺年的冬季,热带印度洋-太平洋海域整体上呈现出"正-负-正"的降水异常分布形势,而在拉尼娜年冬季,则呈现出"负-正-负-正"的降水异常分布形势,并且,降水距平的正负异常中心在厄尔尼诺年与拉尼娜年冬季存在纬向不同程度的偏移,表现出ENSO冷暖事件年冬季降水异常的非对称性。通过定量计算降水对热带海域的贡献,得到赤道中太平洋的降水量主要来源于厄尔尼诺年,赤道东太平洋的降水则主要来源于拉尼娜年,而热带印度洋及赤道西太平洋的大部分降水由中性年贡献。此外,对热带印度洋-太平洋划分厄尔尼诺强度与热带降水线性与非线性区域,发现在赤道西太平洋和赤道中太平洋及其偏东区域线性关系较为明显。     

ENSO循环相关的海洋异常信号传播特征及其机制

通过分析最新的海洋模式同化资料(EstimatingtheCirculationandClimateoftheOcean,EC CO),研究了ENSO循环相关的海洋异常信号在太平洋中的传播过程。研究发现,导致ENSO位相变化的温跃层异常信号主要从北太平洋西传而来,该区与赤道东太平洋相反的温跃层异常信号到达西太暖池区,再从西太暖池沿赤道传到东太平洋,可使ENSO向反位相发展。该异常信号沿赤道东传过程中热带西南太平洋也会出现类似的温跃层异常变化,但是随着异常信号东移和从南太平洋东边界10°S左右传来的反异常信号入侵,热带西南太平洋的异常信号逐渐减弱并消失。稳定性分析表明,北太平洋较大面积区域存在斜压不稳定性或正压不稳定性,有利于ENSO相关的温跃层异常信号以Rossby波形式有效地西传;而在南太平洋,不稳定区的面积较小,且主要局限于海盆东侧,因而传播较弱,这样就造成了ENSO信号在太平洋南、北半球的非对称传播。一般来说,ENSO信号主要在以赤道波导区、东边界、北太平洋纬向区域和西边界组成的回路中循环,在南半球的传播不明显。     

热带太平洋平均环流数值模拟

用中国科学院大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(区域为南北纬30°,经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°,垂直方向分为不等距14层),在观测到的海表面风应力和热量及淡水通量驱动下,对热带太平洋平均环流进行了数值模拟.结果表明,模式成功地模拟了海面起伏中赤道槽、赤道脊、北赤道逆流槽及中小尺度涡旋(如棉兰老涡)系统等分布;与这些槽脊分布相对应的北赤道流,南赤道流和北赤道逆流等热带流系;对气候有重大影响的海表温度分布;次表层温跃层结构和赤道潜流等.文中特别讨论了海面起伏与模式其他变量场间的关系及其应用.     

赤道太平洋的环流

一.引 言 赤道太平洋上层海洋环流的主要特征已被建立十多年了。1942年斯维尔德鲁普等人描述了中太平洋的表面流:往西流的北和南赤道流以及往东流的北赤道逆流。随后,南赤道逆流也被用表面动力高度图表示出来(Reia,1961),Cromwell等人(1954)发现了赤道潜流,从而对上述环流的描述进行了主要修正。Hisard和Rual(1970)发现了赤道潜流下面     

The circulation of the eastern tropical Pacific: A review

During the 1950s and 1960s, an extensive field study and interpretive effort was made by researchers, primarily at the Scripps Institution of Oceanography, to sample and understand the physical oceanography of the eastern tropical Pacific. That work was inspired by the valuable fisheries of the region, the recent discovery of the equatorial undercurrent, and the growing realization of the importance of the El Niño phenomenon. Here we review what was learned in that effort, and integrate those findings with work published since then as well as additional diagnoses based on modern data sets.Unlike the central Pacific, where the winds are nearly zonal and the ocean properties and circulation are nearly independent of longitude, the eastern tropical Pacific is distinguished by wind forcing that is strongly influenced by the topography of the American continent. Its circulation is characterized by short zonal scales, permanent eddies and significant off-equatorial upwelling. Notably, the Costa Rica Dome and a thermocline bowl to its northwest are due to winds blowing through gaps in the Central American cordillera, which imprint their signatures on the ocean through linear Sverdrup dynamics. Strong annual modulation of the gap winds and the meridional oscillation of the Intertropical Convergence Zone generates a Rossby wave, superimposed on the direct forcing, that results in a southwestward-propagating annual thermocline signal accounting for major features of observed thermocline depth variations, including that of the Costa Rica Dome, the Tehuantepec bowl, and the ridge–trough system of the North Equatorial Countercurrent (NECC). Interannual variability of sea surface temperature (SST) and altimetric sea surface height signals suggests that the strengthening of the NECC observed in the central Pacific during El Niño events continues all the way to the coast, warming SST (by zonal advection) in a wider meridional band than the equatorially trapped thermocline anomalies, and pumping equatorial water poleward along the coast.The South Equatorial Current originates as a combination of equatorial upwelling, mixing and advection from the NECC, and Peru coastal upwelling, but its sources and their variability remain unresolved. Similarly, while much of the Equatorial Undercurrent flows southeast into the Peru Undercurrent and supplies the coastal upwelling, a quantitative assessment is lacking. We are still unable to put together the eastern interconnections among the long zonal currents of the central Pacific.     

2015/2016年超强厄尔尼诺期间热带西太平洋海洋环流变化特征

本文利用HYCOM （Hybrid Coordinate Ocean Model）再分析数据对北赤道流（NEC）、棉兰老流（MC）以及黑潮（KC）所构成的NMK环流系统在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间的变化特征及其影响机制进行了研究，并与其他厄尔尼诺期间的变化特征进行了对比。结果表明，在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间，NEC和MC输运均显著增强，最大值分别达到66 Sv （1 Sv=10⁶ m³/s）和49.4 Sv，北赤道流分叉纬度最北可达16°N，KC输运没有明显增强。NMK环流系统的年际变化主要与此次厄尔尼诺事件期间热带西北太平洋15°N以南、160°E以西海域出现的气旋式环流异常有关。该环流异常出现自厄尔尼诺事件的前期阶段，并于爆发阶段达到顶峰，主要是由15°N以南区域出现的强西风异常所引起的。进一步分析表明，此次厄尔尼诺事件期间NEC、MC输运和NBL的平均值均大于1992— 2014年间所有厄尔尼诺事件的平均状况，但与1997/1998年超强厄尔尼诺事件期间的平均值相近。     

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.     

热带海洋中非稳定波的不对称现象

热带非稳定波（ＴＩＷｓ）关于赤道的径向不对称是其突出特征之一。本文利用二层半线性海洋模式研究各种不对称背景条件对非稳定波不对称性的影响。结果表明，在大西洋和太平洋上热带非稳定波（ＴＩＷｓ）的不对称性似是由于南赤道流的两个分支和海面温度锋面对于赤道的不对称性，而不是由于北赤道逆流的出现。     

黑潮入侵南海的强弱与太平洋年代际变化及厄尔尼诺-南方涛动现象的关系

在黑潮入侵南海强弱的问题上,到底是太平洋年代际变化(Pacific Decadal Oscillation,PDO)还是厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)现象在起关键作用,目前还存在着较大争议。本文先以高盐水作为黑潮入侵强弱的示踪物,用120°E断面的高盐水数据和北赤道流分叉点(North Equator Current Bifurcation,NEC-Y)的南北变动进行相关分析,接着,进一步用学者所用的黑潮入侵指数(KI指数,Kuroshio intrusion index和NEC指数,North Equatorial Current index)与北赤道流分叉点南北变动进行相关分析。最后,用EMD(Empirical Mode Decomposition)方法和相关关系分析法分别分析了PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点南北变动的关系并用NECP风场数据探讨其影响机制。结果表明:(1)通过对120°E断面的高盐水的KI指数、NEC指数与NEC-Y的相关分析,表明了北赤道流分叉点的南北变动能够很好地指代黑潮入侵南海的强弱;(2)通过PDO指数和Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动的相关性分析,发现PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动都具有较好的相关性,都在0.5水平。这些良好的相关性表明了PDO和ENSO对黑潮入侵南海的强弱都具有重要的影响;(3)当处于厄尔尼诺年(拉尼娜)时,赤道太平洋发生西(东)风异常,使得北赤道流分叉点偏北(南),使吕宋岛东侧的黑潮流速减弱(加强),黑潮入侵南海增强(减弱);当PDO处于暖(冷)阶段时,会加强热带太平洋的西(东)风异常,使得黑潮入侵南海增强(减弱)。     

ENSO variability and the eastern tropical Pacific: A review

El Niño-Southern Oscillation (ENSO) encompasses variability in both the eastern and western tropical Pacific. During the warm phase of ENSO, the eastern tropical Pacific is characterized by equatorial positive sea surface temperature (SST) and negative sea level pressure (SLP) anomalies, while the western tropical Pacific is marked by off-equatorial negative SST and positive SLP anomalies. Corresponding to this distribution are equatorial westerly wind anomalies in the central Pacific and equatorial easterly wind anomalies in the far western Pacific. Occurrence of ENSO has been explained as either a self-sustained, naturally oscillatory mode of the coupled ocean–atmosphere system or a stable mode triggered by stochastic forcing. Whatever the case, ENSO involves the positive ocean–atmosphere feedback hypothesized by Bjerknes. After an El Niño reaches its mature phase, negative feedbacks are required to terminate growth of the mature El Niño anomalies in the central and eastern Pacific. Four requisite negative feedbacks have been proposed: reflected Kelvin waves at the ocean western boundary, a discharge process due to Sverdrup transport, western Pacific wind-forced Kelvin waves, and anomalous zonal advections. These negative feedbacks may work together for terminating El Niño, with their relative importance being time-dependent.ENSO variability is most pronounced along the equator and the coast of Ecuador and Peru. However, the eastern tropical Pacific also includes a warm pool north of the equator where important variability occurs. Seasonally, ocean advection seems to play an important role for SST variations of the eastern Pacific warm pool. Interannual variability in the eastern Pacific warm pool may be largely due to a direct oceanic connection with the ENSO variability at the equator. Variations in temperature, stratification, insolation, and productivity associated with ENSO have implications for phytoplankton productivity and for fish, birds, and other organisms in the region. Long-term changes in ENSO variability may be occurring and are briefly discussed. This paper is part of a comprehensive review of the oceanography of the eastern tropical Pacific.     

An extended variable-grid global ocean circulation model and its preliminary results of the equatorial Pacific circulation

1IntroductionThetropicalPacificOceanplaysanimpor-tantroleintheclimatevariabilitiessuchasElNi-no-SouthernOscillation(ENSO)phenomenon(Chao,1993).ManystudieshavefoundthatthetropicalPacificvariabilitiescanhavesignifi-cantinfluenceontheoceancirculationintheseasadjacenttoChina(Yu,1985;Chaoetal.,1996;Wangetal.,2002).TheseaareaadjacenttoChinaischaracterizedbyitscomplextopog-raphyandnumerousnarrowstraits,andthusre-quiresafinegridtoresolve.Tostudytheinter-actionbetweenthetropicalPacificandChinas…     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅰ.年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.