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。     

西太平洋暖池时空分布特征及其与ENSO的关系

应用NCEP/NCAR SST资料和SODA海温资料,分析研究了热带太平洋海温场的变化特征,讨论了气候突变前后热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)形态的显著变化及其差异,由此重新界定了WPWP的范围,并进一步分析了WPWP的时空变化特征。结果表明,新界定的WPWP气候平均场与前人定义的气候平均场分布特征基本相同,但也存在一定的差异。新界定的WPWP的优点在于它不仅能够客观反映出气候(海洋)突变前后西太平洋暖池的时空变化特征,而且重要的是可以避免由前人定义的WPWP与东太平洋暖池合为一体的现象发生,从而避免人为地计算WPWP面积变化带来的结果差异。新界定的WPWP平均深度可达130 m左右,呈现出西浅东深的"耳状"分布特征,在冬春季节,南北(经向)窄东西(纬向)宽,呈纬向带状分布;在夏秋季节,WP-WP明显向北扩展。平均深度最大中心位于(5°S,180°)附近。由WPWP区域不同深度的异常海温变化与Niño3指数的相关分析可知,WPWP次表层异常海温变化与Niño3指数呈显著的负相关关系,而与表层的异常海温的关系并不密切,这一结果进一步证明了西太平洋暖池对ENSO的贡献是来自次表层异常海温的东传。     

北太平洋维多利亚模态对西太平洋暖池面积和东边界的影响研究

利用HadISST再分析资料和IAP次表层海温资料,分析了维多利亚模态(VM)对西太平洋暖池面积(WPA)范围的扩展和东边界(WPEB)纬向运移的影响。结果表明:春季VM的强度对当年夏季至次年夏季的WPA有很强的影响,同时也对WPEB东西方向的移动位置起着十分重要的作用。当春季VM为正位相时,会在随后的夏季引起赤道太平洋中部海表温度SST异常变暖,同时西赤道太平洋会产生异常西风,从而加强了赤道东传Kelvin波,使赤道海洋表层暖水向东传播,WPEB向东移,WPA范围扩大。相反,当春季VM为负位相时,WPA的范围的扩展会被抑制而缩小,同时也会影响WPEB向西运移;其次,VM也可以通过影响赤道西太平洋次表层海温来进一步影响WPA的扩展和WPEB的纬向运移。另外,结论还表明VM与WPEB的相关关系超前VM与WPA关系一个季度左右,且前者相关系数更高。同时春季VM指数可以超前1 a左右对WPA的变化趋势和WPEB的位置进行有效的预测。     

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。     

北极海冰和赤道东太平洋海温对西太平洋副热带高压的影响

本文根据北极海冰和赤道东太平洋海温资料与西太平洋副热带高压（简称副高，下同）进行时滞相关分析。结果表明，北极海冰与副高是负相关，赤道东太平洋海温与副高是正相关，两者对西太平洋副高的影响同等重要，对副高的预报有一定的参考价值。     

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。     

印度洋-太平洋暖池的变异研究

为了研究在何种时间尺度上定义研究印度洋-太平洋暖池（简称印-太暖池）更有意义, 本文中应用功率谱等统计学方法, 对印-太暖池的季节、年际及年代际变化特征进行了分析.结果表明, 印-太暖池、东印度洋暖池（简称东印暖池）在季节变化上表现为单峰结构, 而西太平洋暖池（简称西太暖池）则为双峰结构; 在年际变化上印-太暖池和西太暖池表现出很强的3-6年变化周期, 东印暖池则存在准两年的振荡周期; 印-太暖池还存在10年以上的年代际周期振荡, 特别是70年代中后期的年代际突变明显, 而东印暖池的这种变化更为明显.由此可知印-太暖池的年代际变化与东印暖池、西太暖池年代际变化较为相似, 季节和年际变化颇为不同, 所以, 在研究年代际尺度的问题上, 定义并研究印-太暖池的意义更大, 而在研究年际、季节尺度上的问题时东印暖池、西太暖池应分而视之.     

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。     

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.     

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).     

基于AVHRR/SST的西太平洋暖池近期变化研究

考虑到热结构和纬度分布 ,提出了更加合理的暖池中心和面积计算方法。利用 AVHRR/SST月平均数据 ,分析了西太平洋暖池近期 (1 993～ 2 0 0 1年 )的变化特征 :暖池中心移动在经向上是单一的年周期 ,而纬向上存在 3.3(最显著 ) ,1和 0 .5年 3个周期分量 ;暖池面积和表面强度都有 3个主要的周期分量 ,分别是 3.3,1 ,0 .5年和 1 .5,1 ,0 .67年 ,且都以 1年周期为最显著 ;2者的主频在正常年份大致呈同相关系 ,而在厄尔尼诺 /拉尼娜期间存在位相差 ,甚至反相。厄尔尼诺 /拉尼娜现象在1 993～ 2 0 0 1年之间的平均周期为 3.3年。     

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。     

晚中新世以来印度洋-太平洋暖池水体交换过程及其气候效应

以印尼海道或印尼穿越流连接的印度洋-太平洋暖池之间的水体交换不仅控制了印-太热带海区的物质、热量和淡水收支,也通过反馈和遥相关机制对高纬海区产生影响,因而在调控区域和全球气候中功不可没。本文综述了晚中新世以来印尼海道或印尼穿越流的演化历史及其对热带和高纬海区气候的影响过程与机制。千年和轨道尺度上,印尼穿越流在冰期为表层流主导;在间冰期温跃层流得到强化;在冰消期为表层流主导向温跃层流主导过渡,其转换模式与海平面、温盐环流、类ENSO和东亚季风等密切相关,但其中的作用机制异常复杂。构造尺度上,印尼海道呈多期次逐渐关闭的趋势,但其相对开合、张缩的时间存在争议。印尼海道或印尼穿越流的演化改组了印度洋暖池和西太平洋暖池之间热量、营养物、水团和洋流的分布,对暖池的形成与发展以及类ENSO特别是上新世暖期永久类El Niňo产生重要影响。印尼海道的关闭被认为触发了北半球大冰期,然而切断向北半球高纬海区热量的输送是由通过印尼海道关闭引起的大洋环流还是大气环流效应所致,目前还没有定论。印-太暖池水体交换对热带和高纬海区气候影响机制的诸多假说还只停留在模型模拟的阶段,缺乏高质量古海洋记录的实证检验。针对本文提出的科学问题和阐述的未来研究方向,在印-太暖池印尼海道两侧设计站位,并获取高分辨率或长时间跨度的岩芯,实施综合对比的全水层古海洋学研究,是加深该领域研究的当务之急。     

热带西太平洋浮力频率的垂直分布和经向变化

根据实测资料(1986-1990年),分析了热带西太平洋(165°E,10°N～10°S)浮力频率的垂直分布和经向变化,讨论了浮力频率与海水稳定度和海洋内波位能的关系。分析结果表明,赤道海域浮力频率的垂直分布和经向变化具有明显的年际变化。其垂直分布的特点是:浮力频率的垂直变化与位温梯度dθdz的垂直变化相似。在ENSO前期或初期,浮力频率在垂直方向上的极大值达到最大,此时跃层最强,但其厚度最薄;在LaNi na期间,垂直方向的极大值明显小于ENSO前期和初期,此时跃层较厚,跃层强度次之;在ENSO末期,垂直方向上的极值介于上述两者之间。此时跃层厚度最为深厚,跃层强度最弱。浮力频率的经向变化是:在ENSO前期和初期,赤道海域的垂向极大值明显高于赤道外海洋;在LaNi na期间,它明显低于赤道外海洋;而在ENSO末期,则与赤道外海洋无显著差异;在8°N,有一个近乎定常的浮力频率峰值,几乎与ENSO或LaNi na的年际变化无关。     

西太平洋暖池三维结构的季节和年际变化

基于1950-2011年间的太平洋月平均水温资料和ENSO指数,以28℃等温线作为暖池的定义标准,研究了暖池三维结构的季节和年际变化,并探讨了暖池三维结构与不同类型ENSO的关系。结果表明,暖池三维结构存在着较显著、但并不一致的季节和年际变化。其中,在季节变化方面,暖池冬季西缩、春季东扩,冬季偏南、夏季偏北,春、秋季变厚,冬、夏季变薄;在年际变化方面,暖池的三维结构在超前1~3个月时与ENSO有较密切的对应关系。在El Nio(La Nia)发生前1~3个月时,暖池异常东扩(西缩),暖水向赤道辐合(向赤道外辐散),暖池变薄(增厚)。初步分析表明,暖池三维结构的季节变化主要是由太阳辐射、风和海洋环流引起的,而其年际变化则主要是由热带太平洋的纬向风异常、赤道Kelvin波和Rossby波引起的纬向流异常以及Ekman输送共同导致的。此外,20m和50m层的暖池东界分别与东部型和中部型ENSO事件有非常密切的关系,可作为研究不同类型ENSO的指标序列。     

西太平洋暖池热盐结构的季节变化

Using the 28°C isotherm to define the Western Pacific Warm Pool(WPWP), this study analyzes the seasonal variability of the WPWP thermohaline structure on the basis of the monthly-averaged sea temperature and salinity data from 1950 to 2011, and the dynamic and thermodynamic mechanisms based on the monthly-averaged wind,precipitation, net heat fluxes and current velocity data. A DT=–0.4°C is more suitable than other temperature criterion for determining the mixed layer(ML) and barrier layer(BL) over the WPWP using monthly-averaged temperature and salinity data. The WPWP has a particular thermohaline structure and can be vertically divided into three layers, i.e., the ML, BL, and deep layer(DL). The BL thickness(BLT) is the thickest, while the ML thickness(MLT) is the thinnest. The MLT has a similar seasonal variation to the DL thickness(DLT) and BLT.They are all thicker in spring and fall but thinner in summer. The temperatures of the ML and BL are both higher in spring and autumn but lower in winter and summer with an annual amplitude of 0.15°C, while the temperature of the DL is higher in May and lower in August. The averaged salinities at these three layers are all higher in March but lower in September, with annual ranges of 0.41–0.45. Zonal currents, i.e., the South Equatorial Current(SEC)and North Equatorial Counter Current(NECC), and winds may be the main dynamic factors driving the seasonal variability in the WPWP thermohaline structure, while precipitation and net heat fluxes are both important thermodynamic factors. Higher(lower) winds cause both the MLT and BLT to thicken(thin), a stronger(weaker)NECC induces MLT, BLT, and DLT to thin(thicken), and a stronger(weaker) SEC causes both the MLT and BLT to thicken(thin) and the DLT to thin(thicken). An increase(decrease) in the net heat fluxes causes the MLT and BLT to thicken(thin) but the DLT to thin(thicken), while a stronger(weaker) precipitation favors thinner(thicker)MLT but thicker(thinner) BLT and DLT. In addition, a stronger(weaker) NECC and SEC cause the temperature of the three layers to decrease(increase), while the seasonal variability in salinity at the ML, BL, and DL might be controlled by the subtropical cell(STC).     

ENSO期间热带西太平洋势能的年际变化

利用1986/1987ENSO事件前后的深水CTD资料,计算了热带西太平洋(141°~165°E,10°N~10°S)相对于不同等压面的势能空间分布和时间变化。结果表明,ENSO期间热带西太平洋单位面积上水柱的势能明显减小,而热带西太平洋势能的经向变化明显大于纬向变化。经向变化的特征是赤道外势能大于赤道上的势能。势能最大值位于4°N和4°S,而最大年际变化则发生于7°N,远大于赤道附近。最后,还分析了热带西太平洋势能分布的地域性特征,并指出了这些特征与海洋水文特征的联系。