热带太平洋地区风场异常和与El Ni?o有关的年际变化

利用1964～1993年NCEP/NCAR再分析风应力资料和中国科学院大气物理研究所发展的14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋与El Ni?o有关的年际变化进行了研究.首先,分析了西太平洋暖池次表层海温异常(SOTA)与Ni?o3区海表温度异常(SSTA)的年际变化关系,发现在El Ni?o事件之前,暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了El Ni?o的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传.然后,选取了20世纪70年代和80年代两次最强的El Ni?o事件讨论了引起这种机制的可能原因--西风异常的作用.最后,对1964～1993所有的El Ni?o年的风场、次表层海温和海表温度的异常进行了综合分析.     

热带太平洋地区风场异常和与El Nio有关的年际变化

利用1964~1993年NCEP/NCAR再分析风应力资料和中国科学院大气物理研究所发展的14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋与El Ni~no有关的年际变化进行了研究。首先,分析了西太平洋暖池次表层海温异常(SOTA)与Ni~no 3区海表温度异常(SSTA)的年际变化关系,发现在El Ni~no事件之前,暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了El Ni~no的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传。然后,选取了20世纪70年代和80年代两次最强的El Ni~no事件讨论了引起这种机制的可能原因———西风异常的作用。最后,对1964~1993所有的El Ni~no年的风场、次表层海温和海表温度的异常进行了综合分析。     

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.     

热带太平洋经向风应力异常与El Nio的发生——(Ⅱ)动力学分析(英文)

第一部分（Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ，２００１）的资料分析表明，Ｅｌ Ｎｉｏ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ＥｌＮｉｏ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 Ｎｉｏ事件之前的辐合经向风应力异常有利于Ｅｌ　Ｎｉｏ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，这将有利于以 Ｎｌ　Ｎｉｏ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。     

两类中太平洋El Nio特征的对比分析

利用1979—2012年逐月Hadley中心海表温度、欧洲中期天气预报中心次表层海温、NCEP/NCAR风场再分析资料,对两类中太平洋(CP)El Nio及耦合的大气环流特征进行分析。结果表明,第一类CP El Nio(CP-ⅠEl Nio)增暖中心位于Nio4区且关于赤道对称;第二类CP El Nio(CP-ⅡEl Nio)的Nio4区与热带东北太平洋区域(NEP,130~110°W、15~25°N)同位相变化,冬季成熟后形成关于赤道非对称的带状增暖结构。进一步的研究表明,两类CP El Nio次表层结构存在差异:CP-ⅠEl Nio冬季次表层海温异常(SOTA)在中东太平洋与西太平洋呈显著偶极分布;CP-ⅡEl Nio在中、西太平洋位相相反但东太平洋异常较弱,且经向异常主要在赤道及其以北。两类CP El Nio耦合的大气环流特征不同:CP-ⅠEl Nio冬季异常Walker环流上升中心位于赤道上空,经向风向赤道辐合,低纬地区Hadley环流加强;CP-ⅡEl Nio冬季低层向北越赤道气流加强,Walker环流上升中心移到赤道以北,低纬地区Hadley环流减弱。     

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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。     

一种新的El Ni(n)o海气耦合指数

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850 hPa风场、200hPa速度势和对外长波辐射OLR)的多变量经验正交函数展开(multivariate EOF,简称MV-EOF)探讨了热带太平洋的主要海气耦合特征.结果表明,MV-EOF分析的前两个耦合模态分别很好地对应了传统型El Ni(n)o和ElNiloModoki的海气耦合特征:传统型El Ni(n)o期间,伴随着赤道中东太平洋SST的异常增温,HC、SLP、200 hPa速度势等要素总体呈东西反相的“跷跷板”变化,低层850hPa赤道中太平洋出现较强西风距平,西北太平洋上空为反气旋性异常环流;ElNi(n)o Modoki期间,SST持续增温和HC正异常中心均显著西移至中太平洋,低层SLP和高空200 hPa速度势均呈现纬向三极型异常分布,低层异常强西风向西移至暖池东部,西北太平洋上空呈现气旋性异常环流.两类El Ni(n)o的海气耦合特征存在显著差异,较优的El Ni(n)o指数应不仅可以客观描述和区分El Ni(n)o现象本身,更要紧密联系两类事件所产生的大气响应.以往定量表征El Ni(n)o年际变化的指标大多立足于SST或SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的El Ni(n)o指数HCEI和HCEMI.较以往基于SST的El Ni(n)o指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类El Ni(n)o(如1993年的传统型El Ni(n)o和2006年的El Ni(n)o Modoki),而且能更好地反映和区分两类El Ni(n)o与大气间的海气耦合特征,为ElNi(n)o的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具.     

CMIP5多模式模拟两类El Ni(n)o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(n)o(即东部EP和中部CP型El Ni(n)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(n)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(n)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(n)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.     

热带大气季节内振荡的异常与1997年El Nino 事件的发生

利用美国NCEP资料分析热带大气季节内振荡(ISO)与ENSO的关系,揭示了1997年E1Nino事件的发生,与赤道中西太平洋地区大气ISO在1996年冬到1997年春期间的异常增强有重要关系.而且该地区ISO的异常增强并不主要由赤道印度洋地区移来,主要表现为ISO在印度尼西亚上空被激发增强和东传.印度尼西亚地区ISO的被激发,则是由于东亚冬季风强异常在该地区引起的强对流活动的结果.     

Warming in the Northwestern Indian Ocean Associated with the El Ni(n)o Event

This paper investigates possible warming effects of an El Ni(n)o event on the sea surface temperature anomaly(SSTA)in the northwestern Indian Ocean.Most pure positive Indian Ocean dipole(IOD)events (without an El Ni(n)o event co-occurring) have a maximum positive SSTA mainly in the central Indian Ocean south of the equator.while most co-occurrences with an El Ni(n)o event exhibit a northwest-southeast typical dipole mode.It is therefore inferred that warming in the northwestern Indian Ocean is closely related to the El Ni(n)o event.Based on the atmospheric bridge theory,warming in the northwestern Indian Ocean during co-occurring cases may be primarily caused by relatively less latent heat loss from the ocean due to reduced wind speed.The deepened thermocline also contributes to the warming along the east coast of Africa through the suppressed upwelling of the cold water.Therefore,the El Ni(n)o event is suggested to have a modulating effect on the structure of the dipole mode in the tropical Indian Ocean.     

E1 Ni(n)o事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法, 分析了1971～2003年间7个El Ni(n)o事件发生时南、 北半球大气环流异常的对称与反对称特性.分析结果表明, El Ni(n)o事件发生期间, 在热带地区15°S～15°N大气环流异常以对称性为主, 但也有一定的反对称分量: 高度场异常和纬向风异常的对称性较强, 而经向风异常的反对称较强; 同时在El Nino事件演变的各阶段, 高度场异常和纬向风异常的变化较明显, 而经向风的变化较小, 高度场和风场异常在低层 (700 hPa) 和高层 (200 hPa) 呈明显的反位相分布.并且, 为探讨El Ni(n)o事件对南、 北半球大气环流异常的非对称性影响的机理, 本研究进一步利用ERA-40逐日资料, 应用Hough函数分析了El Nino事件发生期间这些赤道波动的演变特征.结果表明, El Ni(n)o事件发生期间, 热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强, 而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用; 并且, 研究结果还表明, 在El Ni(n)o事件发生期间, 热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常.此外, 分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性.     

Interannual Thermocline Signals and E1 Nino-La Nina Turnabout in the Tropical Pacific Ocean

One of the fundamental questions concerning the nature and prediction of the oceanic states in the equatorial eastern Pacific is how the turnabout from a cold water state (La Ni?na) to a warm water state (El Ni?no) takes place, and vice versa. Recent studies show that this turnabout is directly linked to the interannual thermocline variations in the tropical Pacific Ocean basin. An index, as an indicator and precursor to describe interannual thermocline variations and the turnabout of oceanic states in our previous paper (Qian and Hu, 2005), is also used in this study. The index, which shows the maximum subsurface temperature anomaly (MSTA), is derived from the monthly 21-year (1980–2000) expendable XBT dataset in the present study. Results show that the MSTA can be used as a precursor for the occurrences of El Ni?no (or La Ni?na) events. The subsequent analyses of the MSTA propagations in the tropical Pacific suggest a one-year potential predictability for El Ni?no and La Ni?na events by identifying ocean temperature anomalies in the thermocline of the western Pacific Ocean. It also suggests that a closed route cycle with the strongest signal propagation is identified only in the tropical North Pacific Ocean. A positive (or negative) MSTA signal may travel from the western equatorial Pacific to the eastern equatorial Pacific with the strongest signal along the equator. This signal turns northward along the tropical eastern boundary of the basin and then moves westward along the north side of off-equator around 16N. Finally, the signal returns toward the equator along the western boundary of the basin. The turnabout time from an El Ni?no event to a La Ni?na event in the eastern equatorial Pacific depends critically on the speed of the signal traveling along the closed route, and it usually needs about 4 years. This finding may help to predict the occurrence of the El Ni?no or La Ni?na event at least one year in advance.     

CAM3模式模拟厄尔尼诺事件对大气环流异常的影响

采用CAM3（Community Atmosphere Model Version3）模式中海气湍流通量参数化原方案和改进方案,利用观测海温驱动CAM3模式进行气候模拟,以分析模式对厄尔尼诺事件影响气候变化的模拟能力。结果表明,采用CAM3模式海气湍流通量参数化改进方案,模式能够更好地模拟出由厄尔尼诺事件引起的北太平洋和北美地区大气环流的变化,尤其是对厄尔尼诺年冬季阿留申低压强度和与PNA遥相关型有关的500hPa位势高度异常的模拟。     

Different Summer Rainfall Anomaly Patterns in Northeast China Associated with Two Kinds of El Niño Events

The relationship between summer rainfall anomalies in northeast China and two types of El Ni?o events is investigated by using observation data and an AGCM. It is shown that, for different types of El Ni?o events, there is different rainfall anomaly pattern in the following summer. In the following year of a typical El Ni?o event, there are remarkable positive rainfall anomalies in the central-western region of northeast China, whereas the pattern of more rainfall in the south end and less rainfall in the north end of northeast China easily appears in an El Ni?o Modoki event. The reason for the distinct differences is that, associated with the different sea surface temperature anomalies (SSTA) along the equatorial Pacific, the large-scale circulation anomalies along east coast of East Asia shift northward in the following summer of El Ni?o Modoki events. Influenced by the anomalous anticyclone in Philippine Sea, southwesterly anomalies over eastern China strengthens summer monsoon and bring more water vapor to Northeast China. Meanwhile, convergence and updraft is strengthened by the anomalous cyclone right in Northeast China in typical El Ni?o events. These moisture and atmospheric circulation conditions are favorable for enhanced precipitation. However, because of the northward shift, the anomalous anticyclone which is in Philippine Sea in typical El Ni?o cases shifts to the south of Japan in Modoki years, and the anomalous cyclone which is in the Northeast China in typical El Ni?o cases shifts to the north of Northeast China, leading to the “dipole pattern” of rainfall anomalies. According to the results of numerical experiments, we further conform that the tropical SSTA in different types of El Ni?o event can give rise to observed rainfall anomaly patterns in Northeast China.