热带温度场的振荡与埃尔尼诺现象

海洋与大气是一个复杂的相互联系相互作用的整体,海洋上的埃尔尼诺现象引起全球性的天气、气候异常,已成为大家关注的大问题.在这方面,中国气象工作者做了不少工作,取得了显著的进展.本文的目的在于揭示热带温度场长期振荡的事实,它们与埃尔尼诺现象的相互关系,为热带温度场长期预报提供有用的背景和着眼点.     

1854-1987年期间的埃尔尼诺与反埃尔尼诺事件

本文根据1854-1978年COADS海温资料对赤道东太平洋海温变化进行了研究,补充了1979-1987年资料,共确定出31个埃尔尼诺事件及24个反埃尔尼诺事件,并与其他作者的结果进行了详细的比较,同时根据事件发生的时间进行了分类.第一类埃尔尼诺或反埃尔尼诺事件,正或负距平开始于上半年(1-6月),第二类事件开始于下半年(7-12月),1982-1983年及1986-1987年两个埃尔尼诺事件均属第二类.第二类埃尔尼诺事件的正距平区常自西向东传播,与第一类的自东向西传播不同.     

热带西太平洋水温对埃尔尼诺的响应

本文根据埃尔尼诺指数和南方涛动指数的时间变化曲线^[1],确定了埃尔尼诺年(ElNino)、反埃尔尼诺(Anti-El Niño)年和平年。统计并分析了1967—1983年间,137°E断面(24°N—1°S)的水文调查资料^[2]。结果表明热带西太平洋在埃尔尼诺年的分布与反埃尔尼诺年完全不同。自1967年以来的三个埃尔尼诺过程(1968—1969、1972—1973、1982—1983年)中,上述断面的深厚水体内(24°N—1°S,O—1200米),呈现为冷年的特征;而反埃尔尼诺年(1971、1974年)则是暖年。     

热带西太平洋低层大气的多逆温层特征

本文主要利用1986年1—2月,“中美热带西太平洋海-气合作研究”第一航次联合考察期间所获得的水文、气象资料,分析了调查海区对流层大气的温度、湿度的垂直结构,揭示了热带西太平洋对流层低层大气的多逆温层现象,并指出这些薄而弱的逆温层主要是靠大尺度的下沉增温效应形成与维持的。     

埃尔尼诺与反埃尔尼诺期间亚洲夏季风环流系统的特征差异

本文对最近三次埃尔尼诺及三次反埃尔尼诺年7月份850hPa风的资料分别进行了合成分析。结果发现,在这两类不同的海洋事件中,亚洲夏季风主要环流系统(低空越赤道气流、盛行风、西太平洋副高及澳大利亚高压等)均表现出不同的特征,其中北半球环流系统特征与以前的研究结果一致,但澳大利亚高压则不然。     

1983年埃尔尼诺期间海气热交换分析

本文利用1983年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的客观分析资料与美国气候分析中心(CAC)月平均海温网格点资料,计算了45°E—75°W,35°N—35°S范围内太平洋和印度洋海气交界面上的感热、潜热通量,着重分析埃尔尼诺El Nino事件发展最盛的1983年1月和结束的12月所呈现的不同特征,并与1981年1月的情况作了对比.结果指出:在El Nino年,在日界线以西的中太平洋赤道附近低纬地区海气之间的热交换比正常年份强烈,但在170°W以东的中、东太平洋赤道附近及南侧SST的强增暖区为热通量的低值区,而印度洋上感热、潜热通量的强度分布类似于正常年份.这种热通量的强交换区的空间分布与海表温度的高温区和强增暖区及强对流区和OLR的负距平区的对应关系较为复杂,但与1000hPa的风场有着十分良好的对应关系.这种强交换随着El Nino过程的衰退和结束而减弱.     

热带太平洋表面水温的波动与埃尔尼诺的关系

将热带太平洋表面水温的时空变化视为各种波动的合成,用频率一波数谱方法进行分析,得到三个方面结果.1.各种波动的时空谱特征是:主峰集中于低频段和低波数上,随频数和波数的增加谱值迅速衰减;同一频率一波数下,西退波大于东进波的情况居多.2.各种波动的比重和位置是:准静止波甚微,瞬变波占绝大多数;驻波占瞬变波的13%,移动波占87%,东进波占瞬变波的42%,西退波占44%;静止波的波脊在93°W,驻波的波腹居93°W.3.主要波动与埃尔尼诺事件密切相关,并能解释一些现象(1)波动周期与埃尔尼诺/南方涛动的周期是相近的;(2)波动波幅与同一频率下埃尔尼诺/南方涛动的幅度是相近的;(3)波动的波向、传播的距离和历时与埃尔尼诺的运动是相近的;(4)准静止波波脊和驻波波腹出现在90°W附近,从而加强了该处的波动,这与埃尔尼诺事件在南美洲沿岸的温度变幅为最大是一致的.     

热带太平洋特征模模式以及埃尔尼诺形成动力机制

本文引入并构造了分层的热带太平洋扰动的特征模模式,进一步探讨了热带太平洋温跃层深度扰动的动力学机制及动力学结构,发展和改进了ENSO动力学研究中常用的第一阶铅直斜压模扰动模式.研究结果表明,除海洋混合层(表层)与温跃层(次表层)之间的动量交换是形成温跃层深度扰动的重要动力学机制之外,分层海洋的铅直质量交换同样在导致温跃层深度扰动中发挥重要的动力学作用,两者具有不同的动力学结构.文中还讨论了埃尔尼诺形成的动力学机制和动力学过程.     

1971—1992年期间埃尔尼诺的发展期特征

小波（ｗａｖｅｌｅｔ）分析的结果表明埃尔尼诺－南方涛动（ＥＮＳＯ）循环的周期从本世纪五十年代以来经历了显著的变化。其主周期在六十年代中期由六年左右突变为二年左右，随后逐渐增为４年左右。七十年代中期之后，ＥＮＳＯ循环呈现准５年振荡，同时也含有一个明显的准两年振荡分量。最近二十年来，ＥＮＳＯ循环中由冷到暖的状态转换过程有值和注意的相似性。对１９７１－１９９２年间的海温、海表气压和风场以及深对流场所做的     

南海冷涡区域SST及冷涡动能、有效重力位能对热带气旋的响应

选择了12个个例,分析了冷涡区域海表面温度(sea surface temperature, SST)对热带气旋(tropical cyclone, TC)的响应。在TC的影响下,冷涡区域SST降低的最大值在2.7—9.15℃,冷涡平均降温1.35—5.89℃。冷涡SST降低与TC移动速度有很好的反向关联,移动速度越慢,冷涡SST降低越多。冷涡SST降低与TC平均最大风速有较好的正向关联,最大风速越大,冷涡SST降低越多。TC对冷涡的能量改变起着重要的作用,TC经过冷涡后,冷涡的动能(eddy kinetic energy, EKE)、有效重力位能(available gravitational potential energy, AGPE)有明显增长,并且EKE的增长小于AGPE的增长。TC作用前后EKE、AGPE的增长与冷涡区域SST降低的平均呈正向关联,表明在TC的影响下,冷涡的EKE、AGPE的改变能够反映SST降低的程度,或者说SST降低的多少能够反映冷涡EKE、AGPE改变的程度。     

热带西太平洋18°20′N断面上部的水团特征及其对埃尔尼诺和反埃尔尼诺的响应

笔者根据1986～1989年间中-美联合TOGA调查的CTD资料,应用模糊聚类法划分热带西太平洋中近黑潮源地(18°20′N断面)上部水域的水团,并描述它们的分布和主要特征以及其对1986～1989年发生的埃尔尼诺和反埃尔尼诺事件的响应。结果表明,该海域的1 000m以浅分布着三个水团:北太平洋热带表层水(包括黑潮表层水)、北太平洋次表层水(包括黑潮次表层水)和北太平洋中层水(包括黑潮中层水)(分别简称为NPTSW、NPSW和NPIW);它们的交界分别位于100和350m左右。在1986/1987的埃尔尼诺年,海区的温跃层明显上移,暖水量明显减少;NPTSW的垂直厚度大约减少了20m,上均匀层中的盐度略有增加,而温度则没有多大的差别。在1988/1989年发生的反埃尔尼诺事件的后期,温跃层上部的强度变弱,上均匀层则变薄,海区中的暖水量也明显减少;近海表面的盐度异常低,而温度略有降低。由此可见,不管是在1986/1987的埃尔尼诺年还是在1988/1989的反埃尔尼诺年,研究海区的暖水都减弱,也即都反映为“冷水年”。     

热带西太平洋18°20'N断面上部的水团特征及其对埃尔尼诺和反埃尔尼诺的响应

笔者根据1986～1989年间中-美联合TOGA调查的CTD资料,应用模糊聚类法划分热带西太平洋中近黑潮源地(18°20'N断面)上部水域的水团,并描述它们的分布和主要特征以及其对1986～1989年发生的埃尔尼诺和反埃尔尼诺事件的响应。结果表明,该海域的1 000m以浅分布着三个水团:北太平洋热带表层水(包括黑潮表层水)、北太平洋次表层水(包括黑潮次表层水)和北太平洋中层水(包括黑潮中层水)(分别简称为NPTSW、NPSW和NPIW);它们的交界分别位于100和350m左右。在1986/1987的埃尔尼诺年,海区的温跃层明显上移,暖水量明显减少;NPTSW的垂直厚度大约减少了20m,上均匀层中的盐度略有增加,而温度则没有多大的差别。在1988/1989年发生的反埃尔尼诺事件的后期,温跃层上部的强度变弱,上均匀层则变薄,海区中的暖水量也明显减少;近海表面的盐度异常低,而温度略有降低。由此可见,不管是在1986/1987的埃尔尼诺年还是在1988/1989的反埃尔尼诺年,研究海区的暖水都减弱,也即都反映为“冷水年”。     

热带西太平洋纬向风的变化特征及其与埃尔尼诺的关系

本文以热带西太平洋7个岛屿测站为代表,分析了热带西太平洋纬向风的年际变化特征及其与埃尔尼诺的关系。 结果表明,在埃尔尼诺南方涛动现象发生前后,热带西太平洋低、高层纬向风具有不同的特征,低层纬向风与滞后1～6个月的南方涛动指数呈明显的负相关。该地区纬向风异常在太平洋低纬地区海气相互作用过程中可能起着重要的作用。     

1986—1987年埃尔尼诺期间赤道太平洋的物理海洋学事件

文中,根据“中美热带西太平洋海气相互作用联合研究”第1—4航次考察的资料结合美国NOAA提供的SST资料和Wyrtki博士提供的水位资料,对1986—1987年埃尔尼诺事件的发生、发展和消衰过程中的海洋事件作了综合分析.指出,这次埃尔尼诺是一个中等偏强的事件.SST场和水位场的宏观变化是同步和相似的,并且都与风场特征有关.次表层温度结构的变化是与上层暖水的东向输送相对应.在此期间,热带西太平洋的流系结构和方向发生了异乎寻常的变化.在埃尔尼诺爆发前期,南赤道流较强,暖水在西太平洋堆积;在爆发期内,则在12.5个纬度带内形成东向流,向东输送暖水;在消衰期内,北赤道逆流变弱、而南赤道逆流变强;在埃尔尼诺结束后,海洋转为动力调整,并在约12个纬度范围内变为西向流.在这次埃尔尼诺期间,向东输送的暖水总量为11.4×10¹⁴m³,此量比1976年埃尔尼诺多1/3,而比1982—1983年埃尔尼诺少2/5.     

南海季风试验期间海面低层大气过程的初步数值模拟试验

采用一维高分辨率大气边界层模式(OSUPBL),模拟了南海海面低层大气,得到高分辨率的海面低层大气的各种气象要素及界面通量和能量平衡关系,并将模拟结果和南海季风试验(SCSMEX)观测结果和日本气象厅(JMA)再分析资料进行对比分析.结果指出,OSUPBL模式模拟得到的海面大气边界层的风速、温、湿垂直廓线,大气边界层高度以及海表面短波辐射、长波辐射、感热、潜热通量、净辐射和海面热收支等与实际观测结果基本一致.