西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO的联合影响

基于热带太平洋SST和850 hPa风资料,分析了西太平洋暖池东界和东太平洋暖池南界的年际和年代际变异,并探讨了赤道太平洋纬向风异常对西太平洋暖池纬向运移的驱动作用以及热带东北太平洋经向风异常对东太平洋暖池经向变动的影响。在此基础上,研究了西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO循环的联合影响,并提出了一个联合影响指数。结果表明,当联合指数为1.6时,有可能出现一次新的El Nino事件。这为ENSO的形成和演变机制研究提供了一个新的线索。     

西太平洋暖池纬向变异及其对ENSO的影响

基于SODA再分析资料以及SST、JEDAC和TAO观测资料,利用加权平均法建立了具有良好代表性的暖池整体暖水的纬向运移指标序列,并利用Morlet小波变换等分析方法,研究了暖池的纬向变异特征及其对ENSO的影响。结果表明,暖池具有明显的年际(2—7年)和年代际(10—16年)纬向变异,并在1976年前后经历了一次由弱到强的气候跃变。暖池内部的暖水大致可以50m为界分为上、下两部分,其上半部分的纬向变异幅度非常大,而其下半部分的纬向变异幅度则相对较小。但两者具有很一致的年际、年代际变化趋势。暖池的年代际纬向变异对赤道中太平洋纬向风应力和纬向流有较好的响应,而且对赤道西太平洋上层热含量变化有较大影响。相关和合成分析表明,暖池的东扩、西缩对ENSO暖(El Nio)、冷(La Nia)事件的形成和发展具有直接的影响,而且暖池的异常东扩对El Nio有增强作用。     

西太平洋暖池热盐结构温度场的时空变化

基于1950-2011年间热带太平洋月平均温盐度资料,以28°C等温线作为暖池的定义标准,分别计算了暖池区(20°N-15°S,120°E-140°W)各网格点混合层、障碍层和深层的平均温度,从而构成了暖池热盐结构的温度场。据此,运用EOF分析法研究了暖池混合层、障碍层和深层温度距平场的时空变化特征,并探讨了纬向风、纬向流和海面净热通量等要素对这3层温度场主要模态的影响。结果表明,第一模态揭示了暖池中东部3层温度都具有显著的年际变化和长期变化趋势,并在1985年前后经历了一次气候跃变,而第二模态则基本反映了暖池西部3层温度皆存在着明显的年际变化和长期变化趋势,并在1995年前后经历了一次气候跃变。暖池混合层(包括障碍层)温度场前两个模态的年际振荡主要是由纬向风和南赤道流(SEC)共同引起的,而暖池深层温度场前两个模态的年际振荡则是由SEC和赤道潜流(EUC)共同调制的。     

西太平洋暖池重心的时空变化特征分析

利用英国气象局Hadley气候预测和研究中心1870年1月—2010年12月全球海表温度逐月再分析资料,引入物体重心的概念,研究了西太平洋暖池的季节、年际和年代际变化,以及在El Nino年和La Nina年的演变特征。结果表明,就季节变化而言,西太平洋暖池重心呈一个西北-东南倾斜的"8"字型结构。2月和8月暖池重心分别达到其一年中位置的最南端和最北端。西太平洋暖池重心的年际变化以纬向变动为主,显著周期为3—5年,变动幅度可达12个经度。在年代际变化上,重心呈现"纬向-经向-纬向"的移动特征,其转折点分别与上世纪气候突变的时间相一致。El Nino时期,西太平洋暖池重心偏东,而LaNina时期,重心则偏西,其南北差异则并不明显。     

西太平洋暖池海域热含量场的变异及其影响

基于 1 95 5— 1 999年间太平洋月平均海温资料 ,利用经验正交函数 (EOF)分解法 ,研究了西太平洋暖池海域 ( 1 2 0°E— 1 60°W ,1 8°N— 1 6°S)热含量场的时空变化 ,并分析了该海域东、西区热含量变化与南方涛动、副热带高压及ENSO的关系。结果表明 ,暖池海域热含量场主要包括年变化型、年际变化型和年代际变化型三个模态 ,其主要变化周期依次为 1 .0、3.6和 1 3.7年。相关和合成分析表明 ,暖池东、西区热含量的变化均与南方涛动、副热带高压和ENSO循环有十分密切的关系。     

近期西太平洋暖池的某些特征

利用１９９１－１９９８年间的观测资料,对近期西太平洋暖池的某些特征及其变化进行了分分析。结果表明,暖池某些特征的变化非常明显,而且ＥＮＳＯ有极好的呼应。     

西太平洋暖池研究综述

西太平洋暖池（Western Pacific Warm Pool）是全球海温最高的海域,汇聚了巨大的热能,在地球气候系统中具有非常重要的作用。本文综述了近30年来有关西太平洋暖池的研究进展,包括西太平洋暖池的维持机制、在不同时间尺度西太平洋暖池的变异特征和物理机制,以及西太平洋暖池的观测和数值模拟等领域的研究进展。西太平洋暖池的维持是现有地形下大气过程和海洋过程相互作用导致的,在季节内到世纪尺度均存在很强的变化。其中：季节内变化的驱动机制主要包括与大气季节内振荡(Madden Julian Oscillation)相关的对流和海表面热通量变化,以及海洋波动等海洋动力过程;季节变化主要是太阳辐射的季节变化导致;在年际尺度上,西太平洋暖池作为El Ni?o-Southern Oscillation的一部分而振荡具有显著年际变化;太平洋代际振荡（Pacific Decadal Oscillation）和大西洋代际振荡（Atlantic Multi-decadal Oscillation）驱动着西太平洋暖池的年代际变化;世纪尺度的变化显示全球变暖背景下西太平洋暖池存在扩张趋势。人类对西太平洋暖池的系统观测始于海洋观测卫星的使用,随后历经WCRP/TOGA、TAO/TRITON、TOGA-COARE、WOCE、Argo、SPICE、NPOCE等多个观测计划,极大促进了西太平洋暖池的研究。但截止到第五次耦合模式比对计划（Coupled Model Intercomparison Project 5）,多数气候模式仍未能克服热带模拟偏差,对西太平洋暖池的模拟效果较差,表明在西太平洋暖池动力学的理解和模拟方面仍有较大进步空间。     

西太平洋暖池海温的时空变化及其在ENSO循环中的作用

应用SODA_1.4.2版本资料,分析研究了热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)海温场的变化特征,讨论了WPWP海温的时空变化特征与ENSO之间的联系途径.分析结果表明,在上层海洋,WPWP的海温场在垂向结构上具有显著的年际变化特征,在不同深度存在较大差异.表层的异常海温出现明显的增温趋势,在47年期间(1958-2004)增温幅度达0.15℃.而随着深度的增加,异常海温出现明显的降低趋势,次表层(120-170 m)的降温幅度最大,其降温可达-0.72℃.这种变化可能与20世纪70年代末WPWP区域的海温场发生突变过程存在一定关系.另外,在热带太平洋温跃层曲面上,WPWP区域海温变化与赤道东太平洋海温变化存在"跷跷板"现象.据此,定义了赤道东西太平洋温跃层曲面上异常海温变化强度指数,为ENSO循环过程的研究提供了又一参考依据.通过对WPWP不同深度的异常海温和海流分析发现,WPWP异常海温的东传过程与赤道潜流的强弱变化存在密切关系.     

西太平洋暖池研究的新进展

对近几年国内外有关热带西太平洋暖池的现场观测、暖池物理机制、暖池与ENSO的关系、暖池异常变化对气候的影响等方面的最新研究进展作了回顾;同时,对目前暖池研究中存在的几个问题进行了简要的讨论。     

西太平洋暖池热盐结构盐度场变异的主模态

基于1950~2011年间的月平均温、盐度资料,以28℃等温线作为西太平洋暖池的定义标准,并取ΔT=-0.4℃,分别计算了暖池区(20°N~15°S,120°E~140°W)各格点混合层、障碍层和深层的平均盐度,构成了暖池热盐结构的盐度场.据此,运用EOF分解法分析了暖池热盐结构盐度距平场主要模态的变化特征及其与ENSO间的关系,并探讨了主要模态的年际变异机理.结果表明,暖池热盐结构盐度场第一模态揭示了盐度场变异的关键区位于暖池中部;该模态具有2~4a的年际变化和准10a的年代际变化,并在1977年前后经历了一次气候跃变(此外,深层盐度场第一模态还在1999年前后发生了一次气候跃变),且在跃变前后与不同类型的ENSO事件有较密切的联系.暖池中部混合层和障碍层盐度的变化比较一致,即在跃变前盐度为偏高期,而在跃变后则变为偏低期.暖池中部深层盐度在1977年以前和1999年之后皆处于偏高期,而在1978~1999年间则处于偏低期.而且,从混合层至深层,盐度的变化幅度逐渐变小.进一步分析表明,暖池中部混合层和障碍层盐度的年际变化主要是由纬向风、南赤道流(SEC)和降水共同引起的,即当东风增强(减弱)时,强(弱)SEC将携带更多(少)的高盐水进入混合层或潜沉至障碍层,同时局地降水的减少(增多),也使得混合层和障碍层的盐度增加(减少);深层盐度的年际变化主要是由SEC和赤道潜流(EUC)导致的,即当SEC增强(减弱)时,将有更多(少)的高盐水进入暖池,而当EUC增强(减弱)时则有更多(少)的低盐水流出暖池,从而使得暖池的深层盐度升高(降低).     

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。     

西太平洋暖池表层暖水的纬向运移

基于1950～2000年太平洋月平均SST资料,运用Morlet小波分析等方法研究了西太平洋暖池表层暖水的纬向运移特征.结果表明:暖池表层暖水纬向运移的年际(2～8a)和年代际(10～16a)变化都非常明显;表层暖水的纬向运移于1982年前后经历了一次气候跃变,跃变后暖水东界的平均位置比跃变前东移了10个经度;表层暖水的纬向运移对ENSO暖(ElNiño)、冷(LaNiña)事件的形成和发展具有直接的作用.     

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.     

Variability of sea surface temperature and warm pool area in the South China Sea and its relationship to the western Pacific warm pool

Sea surface temperature (SST) data derived from satellite and in situ measurements are used to study the thermal variability in the South China Sea (SCS). Time–frequency–energy distributions, periods of variability, and trends are computed by the Hilbert–Huang transform method. The SST trend from 1982 to 2005 is 0.276°C per decade in the SCS which is higher than 0.144°C per decade in the western Pacific warm pool (WPWP). The warm pool (SST ≥ 28°C) area in the SCS has increased by 0.20 × 10⁶ km² per decade. The SST and area of the warm pool in the SCS are strongly correlated, respectively, with the SST and area of the WPWP with a time lag of 1 month, suggestive of a strong connection between these two warm pools. Once the annual cycle is eliminated, decadal oscillations dominate the variability of SST and warm pool area in the SCS.     

赤道潜流变化及其与ENSO的关系

应用TOGA/TAO实测海流和SODA全球海洋再分析资料,分析研究了热带太平洋赤道潜流的变化特征及其与ENSO循环的关系,初步探讨了赤道潜流变化对两种不同类型(中部型和东部型)ENSO事件的影响。对赤道潜流距平场的EOF分解表明,第一模态为"东太平洋潜流模态",特征向量主要反映东太平洋赤道潜流的变化情况;第二模态为"中太平洋潜流模态",特征向量主要反映中太平洋赤道潜流的变化情况;这两个主要模态基本可以反映赤道潜流距平场的主要信息。这两个模态对应的时间系数有明显的年际变化特征,并且与NINO指数都有较好的负相关,最大相关均通过99.9%的信度检验。相关分析表明潜流第一模态的变化滞后于NINO指数变化,而第二模态的变化则提前于NINO指数变化,即ENSO事件对东太平洋赤道潜流的变化有一定影响,而中太平洋的潜流变化又会对ENSO事件产生影响。通过个例分析表明,中太平洋赤道潜流的变化对两种不同类型ENSO事件的发生有重要影响。在东部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流增强,这样西太平洋暖池的异常海温在潜流的引导下快速向东传播,直接到达东太平洋形成东部型ENSO事件;中部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流明显减弱,西太平洋的异常海温不能迅速东传速,在中太平洋堆积上升到达海面,使得中部型ENSO事件爆发。     

Impact of quasi-decadal variability in the tropical Pacific on ENSO modulations

The impact of quasi-decadal (QD: 8 to 18 years) variability in the tropical Pacific on ENSO events is investigated. It is found that there is a significant difference in the behavior of ENSO events between the phases of positive and negative anomalies of the QD Niño-3.4 index. During the period of negative QD-scale Niño-3.4 index, ENSO events, especially La Niña events, occur more frequently, and larger amplitudes of thermal anomalies related to El Niño events appear over the central to eastern equatorial Pacific. Furthermore, propagations of upper ocean heat content anomaly and a phase relationship between upper ocean heat content and Niño-3 index in the equatorial Pacific, which have been pointed out by previous studies, are clearly detected during the period of negative QD Niño-3.4 index.     

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。     

Influence of Asian monsoon and ENSO events on particle fluxes in the western subtropical Pacific

A time-series sediment trap was deployed from October 2007 to May 2011 in the western subtropical Pacific with the aim of understanding the seasonal and inter-annual variability on particle flux in response to El Niño-Southern Oscillation (ENSO) events. Total mass fluxes varied from 3.04 mg m⁻² day⁻¹ to 31.1 mg m⁻² day⁻¹, with high fluxes during February–April and low fluxes during other months. This seasonal variation was also characterized by a distinct change in the CaCO₃ flux between the two periods. The marked increase in particle flux during February–April may be attributed to enhanced biological productivity in surface waters caused by strong wind-driven mixing in response to the western North Pacific monsoon system. The 2009/10 strong El Niño was accompanied by a significant reduction in particle flux, whereas the La Niña had no recognizable effect on particle flux in the subtropical Pacific. In particular, in the mature phase of the 2009/10 strong El Niño, the fluxes of organic carbon and biogenic silica decreased by 70–80% compared with those during the normal period, implying that the El Niño acted to suppress biological productivity in surface waters. The suppression of biological productivity during the 2009/10 strong El Niño is attributed to the decrease in precipitation due to the shift in the western Pacific warm pool. This finding is opposite that of other studies of the western equatorial Pacific, where El Niño events were observed to result in an increase in biological productivity and particle flux. The difference in particle flux between the western equatorial and subtropical Pacific is attributed to the regional differences in oceanic and atmospheric circulation systems generated by the strong El Niño.     

A possible role of the South China Sea in ENSO cycle

A data-based hypothesis on the role of the South China Sea (SCS) in ENSO cycle is proposed: during El Nino, there are westerly wind anomaly over the western equatorial Pacific and positive SST anomaly in the eastern equatorial Pacific. Meanwhile anomalous convection moves to the central Pacific with anomalous sinking over Indonesian Archipelago. The latter can cause southerly wind anomaly over the north of South China Sea (NSCS) and makes the NSCS warmer. The warm NSCS can attract the anomalous convection to it in some degree. This attraction is in favor for producing easterly wind anomaly over the western equatorial Pacific, so it helps to form a cycle.     

热带西太平洋暖池异常东伸与热带东太平洋增温

本文利用“Climate Diagnostics Bulletin”、“Oceanographic Monthly Summary”、美国夏威夷水位中心提供的资料以及TOGA-COAREIOP资料,分析了1992～1993厄尔尼诺事件中西太平洋暖池、东太平洋SST对异常风场的响应,结果指出:由于西风暴发而引起的西太平洋暖水向东输送,不仅导致西太平详水位降低,而且导致温跃层显着升高,进而引起上层海水热含量显着减少,这种减少在温跃层更为明显.东太平洋与此相反,热含量与温跃层深度出现正距平,正距平中心出现时间比西太平洋的负距平均晚两个月;暖池28℃等温线的异常东伸是海流对低空西风异常直接响应的结果,定量估算表明,纬向流异常所引起的温度平流是暖池28℃等温线异常东伸的主要动力,是热带东太平洋异常增温的主要原因之一.