ENSO循环机理的一些新看法与气候异常

近几年来我国学者在对ENSO循环机理方面提出了一些新看法。研究表明 ,ENSO实质上是主要由东亚季风异常引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温异常的年际循环。ENSO的真正源在西太平洋暖池 ,暖池正 (负 )SOTA沿赤道温跃层 (斜温层 )东传到东太平洋 ,便导致ElNi no/LaNi na的爆发 ;在暖池正 (负 )SOTA沿赤道温跃层东传的同时 ,有负 (正 )SOTA沿 10°N和 10°S纬度带向西传播 ,从而构成SOTA的循环 ;而热带太平洋SOTA循环的驱动者是赤道西太平洋的异常纬向风。ENSO事件的发生 ,往往引起全球大气环流和世界许多地区的气候异常 ,导致一些国家和地区多雨洪涝 ,另外一些国家和地区高温少雨和严重干旱。     

ENSO循环机理的一些新看法与气候异常

近几年来我国学者在对ENSO循环机理方面提出了一些新看法.研究表明,ENSO实质上是主要由东亚季风异常引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温异常的年际循环.ENSO的真正源在西太平洋暖池,暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层(斜温层)东传到东太平洋,便导致ElNino/La Nina的爆发;在暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层东传的同时,有负(正)SOTA沿10°N和10°S纬度带向西传播,从而构成SOTA的循环;而热带太平洋SOTA循环的驱动者是赤道西太平洋的异常纬向风.ENSO事件的发生,往往引起全球大气环流和世界许多地区的气候异常,导致一些国家和地区多雨洪涝,另外一些国家和地区高温少雨和严重干旱.     

西太平洋暖池次表层海温异常 与ENSO循环的相互作用

利用1964～1993年的太平洋次表层海温资料,进一步分析研究了西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环的关系。合成及相关分析的结果进一步表明,西太平洋暖池次表层海温的暖（冷）异常及其东传对ENSO的发生起着十分重要、且更直接的作用。然而,赤道西太平洋异常纬向风是造成次表层海温异常东传的重要原因,而纬向风的异常又是由于东亚冬季风异常活动所引起的,这间接地说明了异常东亚冬季风对西太平洋暖池次表层海温距平东传的重要作用。通过研究还发现,ENSO发生后,北半球副热带地区将有次表层暖（冷）海温距平沿着10～20oN纬带西传,这是导致西太平洋暖池次表层海温发生异常的重要原因之一。也就是说,西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环之间是相互影响、相互作用的。     

东亚夏季风的研究进展及其需进一步研究的问题

回顾了近年来关于东亚夏季风的结构特征以及年际、季内的变化特征及其成因的研究进展;并且回顾了关于东亚夏季风的数值模拟和可预测性的最新研究进展,特别是系统地回顾了东亚夏季风与印度季风特征的异同以及ENSO循环、西太平洋暖池和青藏高原在东亚夏季风的年际、季内变化的作用。还提出在关于东亚夏季风变化及其模拟和预测等方面需进一步研究的问题。     

ENSO 循环各阶段东亚夏季风特征的诊断研究

利用NCEP／NCAR再分析资料和NCAR海温资料及中国测站地温资料，对ENSO循环不同阶段东亚夏季风强弱变化进行了分析．并从此期间的海陆热力差异和季风低压变化来探讨海温异常对东亚夏季风的影响，结果表明：东亚夏季风指数有明显的年际变化和年代际变化，且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系，其中又以与三个月前的海温变化关系最好．在Ninol 2区为冷、暖水之后的三个月中，冷水期对应的东亚夏季风指数大于暖水期对应的东亚夏季风指数，东亚夏季风比暖水期强。赤道东太平洋SST变化期间亚洲大陆的地面温度和地面气压也有明显变化，这是引起ENSO不同阶段东亚夏季风变化的主要原因。     

东亚夏季风环流与ENSO循环的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料和NCAR海温资料 ,对ENSO循环不同阶段东亚夏季风环流的变化进行了分析。计算了各年夏季风环流的强度系数及其与多年平均夏季风环流的相似系数和差异系数 ,分析它们与海温变化的关系。结果表明 :东亚夏季风环流强度有明显的年际变化和年代际变化 ,且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系 ,其中又以与三个月前的海温变化关系最好。在春季 (3～4月 )Nino 1+2区为冷、暖水时 ,当年夏季 (6～ 7月 )东亚季风区中 85 0hPa等压面上 >2m·s-1的经向风北伸纬度和东亚季风区的垂直经圈环流都有明显差异 ,在冷水期 >2m·s-1的经向风北伸纬度比暖水期高 ,季风环流圈的上升支北移 ,东亚夏季风环流较暖水期强。     

赤道太平洋次表层海温模态在ENSO循环中的作用

利用美国马里兰大学海洋同化月平均再分析资料(SODA),分离出赤道太平洋次表层海温异常(SOTA)的年际变率和年代际变率,利用经验正交分解(EOF)方法分别得到SOTA年际变率和年代际变率的第一模态和第二模态,重点分析了第二模态在ENSO循环中的作用。结果表明,赤道太平洋年际变率和年代际变率的第一模态为偶极子分布,此分布型是ENSO循环冷暖位相在次表层的同时表现。第二模态以次表层范围较广的海温异常趋势一致分布为显著特征,该模态是ENSO循环演变过程的重要环节。第二模态时间系数与Ni?o-3.4指数具有较好的超前相关性,可作为ENSO事件的预测前兆信号,合成和个例分析验证了这一次表层信号的预测指示作用。      

亚澳季风异常与ENSO准四年变化的联系分析

分析了赤道地区纬向风的年际变化特征，以及亚澳季风与ENSO在各个位相的联系。结果表明：赤道纬向风变化与中东太平洋海温变化在准四年周期上是强烈耦合的；在El Eino期间东亚冬季风弱，夏季风强，而南亚夏季风弱，反之，在La Nina期间东亚冬季风强，夏季风弱，而南亚夏季风强；东亚地区的异常北风有利于西太平洋西风异常爆发，使得东太平洋海温升高，但只有随后在中东太平洋出现持续性西风异常，El Nino才能发展，其中来自太平洋中部的异常北风（并不是来自东亚大陆地区）和南太平洋中部的异常南风的辐合对中东太平洋出现持续性西风异常起重要的作用，尤其是澳大利亚东北部的季风异常的影响更为显。     

MJO持续异常对ENSO的影响

MJO在夏季会出现在太平洋持续异常活跃和在印度洋持续异常活跃两种形式,用指数定义了这种异常的强度,并发现这种异常表现与秋冬季节ENSO的出现之间有很高的相关性。当夏季MJO在太平洋持续异常活跃时,经常激发当年秋冬季节发生El Nino事件;当夏季MJO在印度洋持续异常活跃时,经常激发当年秋冬季节发生La Nina事件。对大气环流的分析表明,MJO的持续异常活跃会对整个赤道太平洋上空的环流造成影响,引起风应力的异常。异常风应力激发次表层冷/暖海水向东输送。冬季冷/暖海水在东太平洋次表层堆积,最终导致ENSO的形成。     

THE INFLUENCE OF PERSISTENT ANOMALY OF MJO ON ENSO

In this study, two possible persistent anomalies of the Madden-Julian Oscillation mode (MJO) are found in the summer season (persistently Pacific active and Indian Ocean active), and an index is set to define the intensity of the two modes. They are proved to have high statistical correlations to the later ENSO events in the autumn and winter seasons: When persistent anomaly of MJO happens in the Pacific Ocean in summer, El Ni?o events are often induced during the autumn and winter seasons of that year. However, during the other MJO mode when the summer persistent anomaly of MJO occurs in the Indian Ocean, La Ni?a events often follow instead. The analysis of the atmospheric circulation field indicates that persistent anomaly of MJO can probably affect the entire Equatorial Pacific circulation, and results in wind stress anomalies. The wind stress anomalies could excite warm or cold water masses which propagate eastwards at the subsurface ocean. The accumulation of warm or cold subsurface water in the Equatorial Eastern Pacific Ocean may eventually lead to the formation of an ENSO.     

ENSO对其后东亚季风活动影响的GCM模拟研究

将１～３月赤道东太平洋海表水温距平（ＳＳＴＡ）引入大气环流模式,模拟研究了ＥＮＳＯ（厄尔尼诺和拉尼娜）对其后东亚季风活动的影响。结果表明,由于ＳＳＴＡ在大气中强迫激发出了大气低频振荡,使得ＥＮＳＯ对其后的东亚季风活动仍有明显影响。厄尔尼诺之后的夏季,西太平洋副热带高压偏强偏北且西伸明显,中国东部降水偏少,尤其是华北地区;厄尔尼诺之后的冬季,东亚大槽偏深,冬季风偏强。拉尼娜之后的夏季,中国长江下游为异常副热带高压单体控制,江淮流域雨量偏少;拉尼娜之后的冬季,东亚大槽偏弱,东亚冬季风偏弱。厄尔尼诺的影响比拉尼娜的影响略强,两者的影响并非完全反相。     

东亚冬季风及其影响的进一步研究I.东亚冬季风变化及异常的特征

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的大气环流系统,其活动有重要影响,其向南爆发可以越过赤道对澳大利亚夏季风起作用。但相对夏季风,人们对东亚冬季风的研究一直较少。作者首先利用Hadley中心近百年的北半球海平面气压场资料,改进提出了一个能更好表征东亚冬季风强度的指数,进一步分析研究了东亚冬季风的年际和年代际变化及其异常特征。其结果表明,东亚冬季风不仅存在着明显的年际变化,主要有准两年的振荡周期和5～7年左右的周期,还存在周期为25～30年左右以及周期为十几年的年代际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析的方法,还系统研究了东亚冬季风异常时的大气环流特征。对比分析表明,对应强、弱东亚冬季风,大尺度环流系统(蒙古高压、阿留申低压、500 hPa位势高度场等)的变化特征基本上呈反相分布;并且在强、弱东亚冬季风年,赤道地区的Hadley环流和Walker环流也出现基本反相的异常分布特征;而且赤道西太平洋有西(东)风异常出现,菲律宾以东有异常气旋(反气旋)性环流。在对异常东亚冬季风诊断分析的基础上,用一个大气环流模式（GCM）模拟了异常东亚冬季风的活动。通过对数值模拟结果的强、弱东亚冬季风进行对比分析发现,在强、弱东亚冬季风时,北半球中高纬度大气环流的结构会出现明显的变化和调整;同时,热带地区大气环流也有显著的差异。数值模拟和资料分析结果有较好的一致性,从而进一步揭示了东亚冬季风的变化和异常特征。     

NUMERICAL SIMULATION OF LAG INFLUENCE OF ENSO ON EAST-ASIAN MONSOON

By prescribing sea surface temperature anomalies(SSTAs)over eastern equatorial Pacific inJanuary—March,the lag influence of ENSO(El Nino and La Nina)on monsoon over East Asiahas been studied.The results suggest that,due to the excitation of atmospheric low-frequencyoscillation by the SSTA,ENSO has significant lag influence on the monsoon over East Asia.During the summer after E1 Nino,the subtropical high over western Pacific is intensified andshows the northward and westward displacement,meanwhile,the rainfall over East China isbelow normal,especially in North China:during the winter after E1 Nino,both the Asian troughand the winter monsoon over East Asia are strengthened.During the summer after La Nina,theanomalous subtropical high prevails over the lower reaches of Yangtze(Changjiang)River,therainfall between Yangtze and Huaihe Rivers is below normal:during the winter after La Nina,both the Asian trough and the winter monsoon over East Asia are weaker.Compared with LaNina,the effect of El Nino is stronger,but it is not always opposite to the one of La Nina.     

ROLE OF EQUATORIAL PACIFIC OCEAN SUBSURFACE OCEANIC TEMPERATURE MODE IN ENSO CYCLE

Based on the simple ocean data assimilation (SODA) reanalysis dataset from the University of Maryland and the method of Empirical Orthogonal Functions (EOF), the characteristics of interannual and interdecadal variabilities of the equatorial Pacific subsurface oceanic temperature anomaly (SOTA) are captured. The first and second modes of the equatorial Pacific SOTA in the interannual and interdecadal variations are found respectively and the effect of the second mode on the ENSO cycle is discussed. Results show that the first mode of SOTA’s interannual and interdecadal variabilities exhibit a dipole pattern, indicating that the warm and cold temperature anomalies appear simultaneously in the equatorial subsurface Pacific. The second mode shows coherent large-scale temperature anomalies in the equatorial subsurface Pacific, which is a dominant mode in the evolution of ENSO cycle. The temporal series of the second mode has a significant lead correlation with the Ni?o-3.4 index, which can make a precursory prediction signal for ENSO. The function of this prediction factor in SOTA is verified by composite and case analyses.     

关于亚洲季风与ENSO循环相互作用研究最近的进展

综述和回顾了最近6年我国在实施国际气候变化与可预测性研究计划(CLIVAR)中在季风与ENSO循环相互作用方面的研究成果.特别是回顾了ENSO循环对东亚和我国降水、水汽输送、季风环流、西太平洋副热带高压的影响,以及亚洲季风对ENSO循环的动力作用和ENSO循环的物理机制等的研究成果,并且,还回顾了关于季风与ENSO循环相互作用的数值模拟和可预测性的研究成果.同时指出今后在此领域急待研究的一些问题.     

The Interannual Variations of Summer Precipitation in the Northern Indian Ocean Associated with ENSO

Using rainfall data from the Global Precipitation Climatology Project(GPCP),NOAA extended reconstruction sea surface temperature(ERSST),and NCEP/NCAR reanalysis,this study investigates the interannual variation of summer rainfall southwest of the Indian Peninsula and the northeastern Bay of Bengal associated with ENSO.The composite study indicates a decreased summer rainfall southwest of the Indian Peninsula and an increase in the northeastern Bay of Bengal during the developing phase,but vice versa during the decay phase of El Ni o.Further regression analysis demonstrates that abnormal rainfall in the above two regions is controlled by different mechanisms.Southwest of the Indian Peninsula,the precipitation anomaly is related to local convection and water vapor flux in the decay phase of El Ni o.The anomalous cyclone circulation at the lower troposphere helps strengthen rainfall.In the northeastern Bay of Bengal,the anomalous rainfall depends on the strength of the Indian southwest summer monsoon(ISSM).A strong/weak ISSM in the developing/decay phase of El Ni o can bring more/less water vapor to strengthen/weaken the local summer precipitation.     

ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究

用中国160个站月平均降水量和赤道东太平洋Ni?o 3区海温资料研究了ENSO循环过程的不同位相与中国降水的关系。结果显示ENSO循环对中国冬、夏季降水丰或欠及时空分布有密切关系,ENSO发展年的夏季我国东部地区以雨量偏少为主,一些地区可偏少3～5成,多雨带位于江淮之间;ENSO恢复年的夏季长江及江南地区雨量偏多,其南北两边偏少;反ENSO年的夏季长江—黄河之间及东南部雨量偏少,其北边和西南正常偏多;在ENSO的准常态年夏季,长江以北为正偏差,江南除少部分地区外降水分布接近正常。还发现ENSO暖位相与中国冬季降水也有很好关系。由于本文用准常态年降水平均值代替通常的气候平均值,因而有利于更好地揭示ENSO与中国气候变化的关系。