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。     

西风爆发、次表层暖水东移与厄尔尼诺现象

利用最近20 a的大气海洋资料,分析了厄尔尼诺事件与赤道太平洋西风异常以及赤道太平洋次表层海温之间的关系.结果表明,赤道西太平洋(5°S～5°N,120°～160°E)和赤道中东太平洋(5°S～5°N,160°E～160°W)西风异常都存在着与厄尔尼诺周期一致的年际变化,但前者还包含有显著的2～3个月季节内振荡.赤道西太平洋次表层冷暖水东移也呈现年和年际时间尺度的振荡周期.在厄尔尼诺发生前,赤道西太平洋次表层海水出现持续性增暖,赤道西太平洋西风异常频率加快,强度增强.随后赤道中太平洋(160°E～160°W)出现持续性(3个月以上)强西风异常(即西风爆发),并进一步向东扩展,同时次表层暖水沿着赤道波导东移到赤道东太平洋混合层,导致赤道东太平洋海表大面积异常增暖,形成一次厄尔尼诺现象.最后,模式模拟了1980～1984年赤道太平洋海温的变化,进一步证实了赤道纬向西风异常对暖水东移起着重要的作用.     

85O hPa夏季西太平洋副热带高压的年际变化特征

本文选取1520线作为刻画850 hPa夏季西太副高年际变化的指标线.定义了西脊点、面积、脊线和北界指数.结果表明,夏季西太副高850 hPa的年际变化与500 hPa有一定差异,但850 hPa是较500hPa研究夏季西太平洋副热带高压年际变化更为合适的一层.赤道太平洋海表面温度异常(SSTa)对850 hPa夏季西太副高的位置和面积的年际变化都有较显著的影响.     

印度洋-太平洋暖池海域表层水温分析

利用1951~2003年HadISST资料集的表层海水温度（SST）资料,讨论了印度洋-西太平洋暖池（IPWP）海域,尤其是印度尼西亚贯穿流（ITF）及其周边海域SST的季节及年际变化的时空特征.研究结果表明,整个研究海域SST的年际变化均与ENSO相关,但印度洋与南海的响应特征与西太平洋的相反且不同步.前者海温变化滞后Nio3指数3~6个月,而热带太平洋西边界和ITF流经海域海温则超前1~3个月.沿ITF及其东印度洋出口,SST的年际变化规律不同于热带印度洋而与太平洋的相似,分析表明其在较大程度上受到ITF海洋桥的影响.在季节尺度上,印度洋和太平洋赤道海域SST的波动规律也有明显不同.以巽他岛弧（苏门答腊、爪哇和小巽他群岛）为界,从赤道西太平洋向西沿ITF流径,太平洋一侧SST的季节变化以0.5a周期的波动占主导,印度洋一侧则以1a周期占主导.     

热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

海温距平的ENSO模和类ENSO模的三维结构

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,深入揭示了ENSO模的海洋三维结构及其年际和年代际变率。研究结果指出,ENSO海洋模随深度呈明显规律变化。在热带太平洋,它由热带中东太平洋表层显著海温异常分布型随深度增加逐渐过渡为热带西太平洋次表层显著反号海温异常分布型;在赤道太平洋以赤道西太平洋暖池次表层海温显著异常与赤道中东太平洋表层海温反号显著异常为主要特征。El Nino期间,热带中东太平洋表层为强海温正距平中心,西太平洋暖池次表层为强海温负距平中心,在年际尺度上,160°E以西的西北太平洋副热带海域还存在一个与西太平洋海温异常变化反号、与热带东太平洋同号的区域;La Nina期间正好相反。ENSO循环主要由ENSO年际变率所决定,年际ENSO模具有东部型ENSO事件的海温异常分布特征,其循环是东部型冷暖事件之间的转换,在200m以浅,它具ENSO模相同的三维结构和3-5年的显著年际变化周期;年代际类ENSO模具有中部型ENSO事件的海温异常分布特征,年代际ENSO循环是中部型冷暖事件之间的转换,其影响主要限制在200m以浅的海洋上层,具有ENSO模相似的三维结构和9-23年的显著周期。     

E1 Nio与南方涛动及其对副热带高压的影响

本文分析研究了1949-1977年逐月东太平洋赤道海区海表面温度、1949-1980年逐月南方涛动指数以及1954-1984年逐月北半球西太平洋副热带高压(以下简称副高)特征指数等资料。结果表明:东太平洋赤道海区水温异常增高及降低与副高的异常变化之间存在6-9个月的时滞关系;副高的强弱变化与南方涛动的异常变化之间存在时滞3-5个月的相关关系;而南方涛动又与东太平洋赤道水温的变化存在某种联系,尤其是E1 Nino及反 E1 Nino发生期更为明显,它们之间存在同期到时滞3个月的相关关系。     

西北太平洋海表温度变化主成分分析

对西北太平洋1982—2010年NOAA系列卫星海表温度(Sea Surface Temperature,SST)产品进行月平均等处理,采用Reynolds SST月平均场对数据进行质量控制、数据融合等处理,建立高空间覆盖、长时间序列的SST场数据集。对月距平场进行经验正交函数(EOF)分解,分析时空模态特征,并将第一模态时间序列与相关气候时间序列进行比较。主成分分析结果显示西北太平洋SST存在显著的约13a周期的年代际模态和2~5a的类厄尔尼诺模态,年代际变化和西太平洋暖池的年代际振荡相似;类厄尔尼诺模态与Ni珘no-3.4区SST周期变化较为相关,并相对于厄尔尼诺具有约10个月的滞后。本研究显示,西北太平洋可能在多种不同时间尺度气候机制的控制之下。     

北太平洋海温分布与7月副高的遥相关分析

选取1952-2005年共54 a北太平洋月平均海表温度(SST)资料,奇异值分解结果表明,6月日界线附近西风漂流区的SST包含了北太平洋SST场的主要信息,西风漂流区与赤道冷水区的SST存在遥相关振荡,并且在6月振幅达全年最高值,11月其振幅出现次高值。分析结果表明,6月西风漂流区的SST可视为来年7月西太平洋副高强弱变化的信号:6月西风漂流区的SST偏低,则来年7月西太平洋副高偏强;反之,来年7月西太平洋副高偏弱。     

北太平洋850和500hPa夏季副热带高压的年际和年代变化

利用NCEP\NCAR再分析位势高度场资料和Hadley中心SST资料,将北太平洋500和850hPa夏季副热带高压异常变化结合在一起进行了分析,发现夏季500和850hPa副高的位置和强度的年际和年代变化都有明显差异,并且850hPa副高远比500hPa副高稳定。上下两层除了同时增强和同时减弱外,还存在着500hPa增强850hPa减弱,以及500减弱850hPa增强等不同类型。相关分析表明,夏季500和850hPa副热带高压年际和年代异常变化与同期不同海区海表温度(SST)异常之间存在明显的关系。     

赤道东太平洋和印度洋-南海暖池海温场的协同作用对西太平洋副热带高压的影响

本文应用Hadley Center提供的全球最新海表温度资料,分析探讨了赤道太平洋和印度洋-南海(简称印-南)暖池区域海表面温度异常(SSTA)与西太平洋副热带高压(简称副高)变化的关系,结果表明,赤道东太平洋SSTA和印-南暖池区域SSTA对副高的影响存在明显的时空分布差异,它们二者对副高变化存在协同作用的影响。前者对副高的影响始于超前一年的春季,持续到当年的春季。后者则始于前冬,持续到当年的夏季。赤道东太平洋SSTA对副高的影响主要通过对经向环流影响所致,印-南暖池区域SSTA对副高影响的主要途径是通过经向环流和水汽输送,前者主要体现在对对流层中低层经向Hadley环流的影响,而后者主要体现在对对流层低层经向季风环流及其伴随的水汽输送的影响,它们二者对副高的影响机理存在不同。作者提出了赤道东太平洋和印-南暖池区域SSTA对副高存在协同影响作用,并通过最优子集回归分析,建立了副高异常变化的预测模型,对2015年5-8月副高强度进行了预测,其结果是5-8月的副高强度较常年偏强,扣除超强台风的影响,预测结果正确,由此可以认为,本文建立的预测模型是可靠的。这一工作的特点是强调了赤道东太平洋和印-南暖池的协同作用对副高持续性的影响,为副高异常变化及其降水的预测提供更为可靠的依据。     

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.     

西太平洋副热带高压与海表温度的关系

利用超前滞后相关分析研究了西太平洋副热带高压与海表面温度异常的关系。选取各关键海区分析海温与西太副高在不同时段上的超前滞后相关, 结果表明，冬季东太平洋海温与滞后其2—3个月的副高异常达最大正相关，热带印度洋海温异常与冬季同期副高异常的正相关最显著；西太平洋海温在冬春季与同期的副高负相关最显著；北太平洋海温在冬春季滞后副高1—2个月时存在负相关，大西洋暖池区6月与西太副高的同期正相关最大；对南太平洋来说，冬季的西太副高与从前秋到春季的SST都存在最大负相关。海表温度的异常主要解释冬春季的西太副高异常，而对于夏秋季副热带高压，SST的作用比较有限     

2019年11月西北太平洋热带气旋生成频数异常偏多的成因分析

基于1979—2019年NCEP-DOE再分析资料、中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集和HadISST全球海温资料等,研究了2019年11月西北太平洋TC生成频数异常偏多的可能原因。结果表明:2019年11月西太平洋副热带高压(WPSH)强度偏强、脊线偏北,其南侧偏东气流与越赤道气流交汇形成的西北太平洋热带辐合带偏强偏北、向东延伸,为TC生成创造了低层强的辐合、高层强的辐散、小的风速垂直切变以及对流层中层充足的水汽等有利的大尺度环境条件,导致TC生成频次异常偏多、生成位置偏北偏东。采用EOF方法进行分析,发现11月东亚大槽年际变化的第二模态为南北反位相型分布,对应的第二特征向量(PC2)与WPSH脊线指数具有高度一致性,且与同期西北太平洋上空TC生成频数呈显著的正相关关系。即当11月东亚大槽北部加深而南部变浅时,对应WPSH脊线偏北,TC生成频数偏多,表明深秋季节西风带槽脊活动对西北太平洋TC生成有一定的调制作用。进一步的诊断分析揭示了北太平洋海温异常可能是造成东亚大槽经向偶极子型变异的重要因子。     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

1994年西太平洋副高异常的前期特征分析

本文通过相关普查，分析了影响夏季西太平洋副热带高压的北太平洋海温场和北半球５００ｈＰａ高度场的前期特征，找出了影响１９９４夏季酉太平洋副热带高压异常的强信号及其所在区域．以较高的信度和精度建立了夏季逐月副高强度和脊线位置两特征量的预报方程，进一步发现，中、东部太平洋海温场存在与副高强度高相关的对偶相关区，该区同前一年６月加利福尼亚寒流和北赤道暖流间形成的海温梯度相对应，而初夏副高脊线位置则决定于前一年１０～１２月赤道东太平洋一线的海温分布．     

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.     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

Interdecadal climate regime dynamics in the North Pacific Ocean: theories, observations and ecosystem impacts

Basin-scale variations in oceanic physical variables are thought to organize patterns of biological response across the Pacific Ocean over decadal time scales. Different physical mechanisms can be responsible for the diverse basin-scale patterns of sea-surface temperature (SST), mixed-layer depth, thermocline depth, and horizontal currents, although they are linked in various ways. In light of various theories and observations, we interpret observed basinwide patterns of decadal-scale variations in upper-ocean temperatures. Evidence so far indicates that large-scale perturbations of the Aleutian Low generate temperature anomalies in the central and eastern North Pacific through the combined action of net surface heat flux, turbulent mixing and Ekman advection. The surface-forced temperature anomalies in the central North Pacific subduct and propagate southwestwards in the ocean thermocline to the subtropics but apparently do not reach the equator. The large-scale Ekman pumping resulting from changes of the Aleutian Low forces western-intensified thermocline depth anomalies that are approximately consistent with Sverdrup theory. These thermocline changes are associated with SST anomalies in the Kuroshio/Oyashio Extension that are of the same sign as those in the central North Pacific, but lagged by several years. The physics of the possible feedback from the SST anomalies to the Aleutian Low, which might close a coupled ocean–atmosphere mode of decadal variability, is poorly understood and is an area of active research. The possible responses of North Pacific Ocean ecosystems to these complicated physical patterns is summarized.     

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.