热带太平洋西风异常对ENSO事件发生的作用

本文从观测资料对80年代两次ENSO事件产生过程中，热带太平洋西风异常及其对赤道中、东太平洋表层海温增暖的作用进行了分析和比较。分析结果表明:在这两次ENSO事件的产生过程中，赤道西太平洋上空均有较大的西风异常，并且它由赤道西太平洋向赤道中、东太平洋传播，随着西风异常从西向东传播，赤道中、东太平洋的表层相继增温。分析还表明，1982／1983年ENSO事件发生过程中，热带太平洋西风异常的强度要比1986／1987年热带太平洋西风异常强得多，这使得1982／1983 ENSO事件的强度比1986／1987_ENSO事件强得多。为了说明热带西太平洋西风异常对赤道中、东太平洋ENSO事件发生的作用，本文还利用IAP太平洋环流模式对西风异常在ENSO事件产生过程中的作用进行了数值模拟。模拟的结果说明了热带太平洋的西风异常对赤道太平洋暖水的向东传播和赤道中、东太平洋的增温起了很重要作用，这与观测事实分析一致。     

基于GODAS数据的西太平洋暖池热状态特征及其对ENSO事件的影响

利用1981—2011年共31 a美国GODAS月平均次表层海温资料,以5~366 m次表层垂直平均海温表征上层海洋热含量(HC),运用合成、相关等统计学方法,分析了西太平洋暖池(以下简称暖池)热状态气候特征及其对ENSO事件的影响。结果表明:暖池区HC异常变化最大,异常变化最大的区域与其高值中心区域并不重合,而是在经向上向其两侧偏离;暖池区HC季节变化与SST季节变化高度一致,年际变率大于SST的年际变率;暖池热状态与ENSO事件有密切联系,最大冷(暖)异常恰好对应于ENSO循环过程中的El Ni1o(La Ni1a)事件,并且ENSO事件前期暖池HC存在明显东传信号。     

在1982/1983 ENSO过程中暖池和赤道辐合带相互作用对大气表面风的影响

利用一个耦合海气模式,用数值试验方法分析了1982/1983 ENSO期间的暖池和赤道辐合带(ITCZ和SPCZ)的相互作用对大气表面流场和散度场的影响。结果指出,ENSO高峰期和成熟期SPCZ比ITCZ更重要(即ENSO高峰期和成熟期SPCZ与暖池相互作用比ITCZ与暖池相互作用更强烈);ENSO的形成初期和衰减期SPCZ和ITCZ同样重要。      

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。     

ENSO事件发展的时空特征

本文利用1951—1988年10°S—50°N太平洋SST资料与EOF分析方法对ENSO事件的发展过程与循环的时空特征进行了分析.分析结果表明EOF第一主分量时间系数的变化可以很好地表示SST距平变化与ENSO事件的发生.并且,第一主分量空间函数分布的变化揭示了一种ENSO事件增温是春季首先始于赤道东太平洋沿岸,随后向西传播到赤道中太平洋的增温过程;而第二主分量空间函数分布的变化揭示了另一种ENSO事件可增温首先始于赤道中太平洋,然后向东传播到赤道东太平洋的增温过程.分析结果还表明,ENSO事件的强度是强弱相间,其周期平均大约为4年左右. 本文还比较了80年代热带太平洋SST的变化及所发生的两次ENSO事件与其它年代所发生的ENSO事件的差别.     

ENSO发生前与发展初期赤道西太平洋西风异常的爆发问题

利用 NCEP/NCAR再分析资料 ,通过对 El Nino与 La Nina发生前与发展初期低层风场的合成分析 ,发现在赤道中东太平洋增暖当年的春季与夏季 ,赤道西太平洋存在两次显著的西风局地 ( 1 40°E～ 1 80 )增强过程。其原因并不仅仅在于印度洋的西风异常东移 ,更在于南北半球的经向风在该地区强烈辐合 ,造成局地气压梯度增强 ,促进西风加强并向东爆发 ;同时由于地球自转效应的作用 ,来自北半球的东北风到达赤道附近后转西北风 ,南半球的东南风转西南风 ,直接加强了西风的强度。对比分析南北半球经向风的作用表明 ,南半球东南风的强度与位置更稳定 ,对赤道西风两次增幅过程的贡献更大。这支南半球的经向气流来自高纬极区 ,与中高纬度气压场异常有直接的关系。     

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。      

夏季西太平洋台风频数异常与ENSO事件的关系及大气环流异常特征

根据西太平洋编号台风资料、NOAA卫星观测OLR资料和NCEP／NCAR风场再分析资料,在统计和探讨夏季西太平洋台风多（少）发年与ENSO事件的关系的基础上,分别对夏季台风异常偏多或偏少的E1Nifio、LaNifia年的OLR特征量和热带夏季风环流进行合成对比分析。分析表明：夏季当南半球马斯可林高压和澳大利亚高压无明显的系统性异常时,Walker环流异常的影响占主导作用,并遵循ENSO事件对大气环流及台风频数影响的基本规律。若E1Nifio期间澳大利亚高压环流出现系统性异常时,南半球环流异常的影响则占主导地位,台风反而异常偏多。对于1999年LaNifia特殊年份,马斯可林高压异常偏强引发的季风西风偏北偏东,台风反而异常偏少。弱风速垂直切变区、西太平洋暖池和季风槽的重叠部分是台风频发源地,本文分别对E1Nifio、LaNifia台风异常偏多（少）年台风频发源地的位詈和范围作了比较分析．     

西北太平洋热带气旋在ENSO发展和衰减年的路径变化

本文运用有限混合模型算法对1979~2015年夏、秋季（6~11月）中国气象局（CMA）上海台风研究所（STI）的最佳路径数据集热带气旋（TC）路径进行聚类,将其路径分为七类,分别为第一类（西太西移型）、第二类（南海西移型）、第三类（沿海转折型）、第四类（低纬转折型）、第五类（洋面转折型）、第六类（近海转折型）、第七类（日本海转折型）;并利用S-EOF（季节EOF,Seasonal Empirical Orthogonal Function）方法确定ENSO四个位相（El Ni?o发展年、El Ni?o衰减年、La Ni?a发展年、La Ni?a衰减年）,分析在不同ENSO位相下TC路径的年际变化以及相应的流场,得到一些有意义的结论:El Ni?o发展年,TC在西北太平洋东南海域活动频繁,以第六类（近海转折型）路径为主;El Ni?o衰减年以第二类（南海西移型）路径居多,第七类（日本海转折型）路径也较为活跃;La Ni?a发展年,TC集中在西北象限海域,以第七类（日本海转折型）路径为主;La Ni?a衰减年,TC源地多位于我国沿海地区与台湾岛附近洋面上,以第三类（沿海转折型）路径为主。     

副热带北太平洋SST在ENSO冷暖位相转变中的作用

2015/2016年发生的极端El Ni?o事件,与1997/1998年El Ni?o事件具有可比拟的强度,但是2016年事件转变为弱La Ni?a,而1998年事件则为强La Ni?a。本文通过对比这两次极端El Ni?o事件,揭示其转变为不同强度La Ni?a事件的物理机制。混合层热收支分析的结果表明,在El Ni?o衰减年的4~11月,2016年平流反馈和温跃层反馈相对较弱,混合层温度衰减速率慢,其产生的主要原因是赤道中西太平洋的东风异常较弱。进一步分析表明,赤道中西太平洋的东风异常与副热带东北太平洋的海表温度异常（SSTA）有关,该地区的SST在1998年表现为冷异常,2016年为暖异常。副热带东北太平洋冷的SSTA有利于信风加强,从而加强中西太平洋的东风异常;而暖的SSTA使得赤道以北出现西南风异常,从而削弱中西太平洋的东风异常。此外,合成分析也表明,副热带东北太平洋SSTA与转变的La Ni?a的强度具有关联,El Ni?o转变为强La Ni?a的情况在位相转变期伴随着副热带北太平洋冷的SSTA,而El Ni?o转变为弱La Ni?a的情况没有明显的冷SSTA。     

1997／1998年El Nino事件发生、发展可能机制的进一步研究

基于美国哥伦比亚大学Lamont—Doherty地球观象台LDEO（Lamont—DohertyEarth Observatory）海表温度资料和NCEP／NCAR再分析风场资料,分析了1997／1998年El Nino3期间西太平洋暖池海表温度和西风距平的时间演变特征,同时也分析了东太平洋暖池海表温度和北风距平的时间演变特征。结果表明,1997／1998年El Nino3事件期间,西太平洋暖池海表温度变化及异常西风和东太平洋暖池海表温度变化及异常北风都与Nino3指数变化密切相关。将东、西太平洋暖池及异常北风、西风一并结合起来考虑,进一步研究了1997／1998年El Nino3事件发生、发展的可能机制：异常西风驱动西太平洋暖池东端暖水向东伸展直接有利于赤道东太平洋海表温度增加;异常西风激发东传的暖Kelvin波对东太平洋的冷上升流有抑制作用,从而有利于赤道东太平洋海表温度增加;东传的异常西风可以通过埃克曼漂流效应将赤道两侧的海表暖水向赤道辐合从而加强了赤道附近的下沉流,也有利于赤道东太平洋赤道附近海表温度增加。几乎与此同时,北风距平通过产生北风吹流将东太平洋暖池暖水由北向南输送至赤道附近直接导致Nino3区海表温度增加。上述增温因素的叠加作用共同导致了1997／1998年El Nino事件迅速发生、异常强大。     

有关副热带太平洋对ENSO影响研究的综述

ENSO（El Niño-Southern Oscillation）的发生发展既受到来自热带西太平洋纬向海气过程的影响,也受到来自副热带太平洋经向海气过程的影响。本文概述了副热带太平洋海气异常影响ENSO研究方面的科学背景及研究进展,综述了前人提出的副热带太平洋大气海洋异常通过经向风应力以及北太平洋/南太平洋经向模态,影响ENSO发展演变的途径及相关物理机制,总结了近些年观测资料分析及数值模拟研究工作所提出的新观点,并讨论了相关研究中的学术分歧及有待进一步研究的问题。     

西风爆发时赤道西太平洋的热量平衡：个例分析

The responses of sea surface temperature (SST) in the western equatorial Pacific warm pool to the west erly wind bursts (WWBs) play an important role in the relationship between WWB and ENSO. By using da ta collected from eight buoys of TOGA (Tropical Ocean-Global Atmosphere)-COARE (Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment), the heat balances of the upper ocean in the western equatorial Pacific around 0°. 156°E during two WWB events were calculated according to Stevenson and Niiler＇s (1983) method. In both events, SST increased before and after the WWBs, while decreased within the WWBs. The SST amplitudes approximated to l℃. Although sometimes the horizontal heat advections may become the biggest term in the heat balance, the variation of SST was dominated by the surface heat flux. On the other aspect, some different features of the two events are also revealed. The two cases have different variation of mixed layer depth. The depth of mixed layer is almost double in the first case (35 m to 70 m), which is caused by Ekman convergence, while only 10m increments due to entrainment in the second one. There are also differences in the currents structure. The different variations of thermal and currents struc ture in the mixing layers accounted for the different variation of the heat balance during the two events, es pecially the advection and residue terms. The seasonal variation of SST in this area is also investigated sim ply. The first WWB event happened just during the seasonal transition. So we considered that it is a normal season transition rather than a so-called anomaly. That also suggested that the seasonal distinction of the WWB is worthy of more attention in the researches of its relationship to ENSO.     

一个大羊环流模式中赤道西太平洋暖池海面温度对西风爆发的响应

用逐日的欧洲中期数值预报中心再分析(ERA)风应力,和由Haney公式结合ERA海表资料与预报海温计算出的热通量强迫一个全球大洋环流模式.并用逐日的模拟结果与TOGA-COARE(Tropical Ocean--Global Atmosphere--Coupled Ocean-AtmosphereResponse Experiment)浮标观测资料对比,分析模拟结果中暖池海区上层海洋热量平衡对西风爆发(WWB)的响应.在第一次WWB过程中,模拟与观测的主要差异在WWB期间,而造成差异的原因主要是模式中由下沉运动引起的增温和由强的纬向温度梯度引起的暖平流.初步认为下沉增温可能是差分格式本身和模式分辨率不足造成的.从热量平衡的结果看,第二次WWB事件的模拟比第一次更成功,两次差异可能与两次WWB事件的季节背景不同有关.     

热带西太平洋风应力异常在ENSO循环中作用的数值试验

利用一个中等复杂程度的海气耦合模式来研究热带西太平洋地区风应力异常对ENSO循环的影响,并以1997/1998年的El Nino事件为例,分析了模式结果中热带西太平洋地区风应力异常对El Nino事件形成影响的动力学及热力学作用.结果表明,热带西太平洋地区的风应力异常对ENSO循环有很重要的作用.在耦合模式中,当热带西太平洋地区的风应力异常由观测给定时,耦合模式基本上可以模拟出自1971年以来的EI Nino事件,观测与模拟的Nino 3区海面温度异常(SSTA)的相关系数可达0.63.赤道西太平洋地区的风应力异常可加强该地区大气的辐合,从而加强了大气的加热场,进而加强了海气相互作用的不稳定.赤道西太平洋地区西风异常激发出来的Kelvin波及水平平流对EI Nino事件初始阶段的发展起重要作用;海气相互作用及东边界的反射对EI Nino事件的发展及维持起重要作用.     

Possible Origins of the Western Pacific Warm Pool Decadal Variability

In this study,the impacts of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) on the western Pacific warm pool (WPWP) were investigated.Our results show that the WPWP is linked with the PDO and the AMO at multiple time scales.On the seasonal time scales,the WPWP and the PDO/AMO reinforce each other,while at decadal time scales the forcing roles of the PDO and the AMO dominate.Notably,a positive PDO tends to enlarge the WPWP at both seasonal and decadal time scales,while a positive AMO tends to reduce the WPWP at decadal time scales.Furthermore,the decadal variability of the WPWP can be well predicted based on the PDO and AMO.     

西太平洋暖池在不同天气系统下的海气交换差异

为了进一步了解海气交换在不同天气系统下的差异，本文利用TOGA-COARE IOP考察期间实测资料和国家气象中心逐日的网格点资料，对西太平洋赤道海域的大尺度热量和水汽收支及其他物理量的特征进行分析后指出:（1）在强对流天气系统下加热率、干燥率、垂直速度、散度等物理量强度达到最大，平稳天气系统下次之；此时大气加热主要是由于凝结降水释放的潜热引起的。（2）在西风爆发过程中加热率和平稳天气过程中的量级相同，但干燥率远小于加热率，且为负值；此时表面感热通量和表面蒸发达到最强（大于凝结降水的加热作用），从而造成了在大气低层出现水汽源。     

西太平洋暖池次表层海温一场与ENSO关系的CGCM模拟结果

全球大气与热带太平洋相耦合的数值模式（ＣＧＣＭ） 很好地模拟了ＥＮＳＯ （ 厄尔尼诺和拉尼娜） 型海表水温（ＳＳＴ） 异常, 进一步分析多年的模式积分结果, 清楚地表明赤道中东太平洋ＳＳＴ 异常与西太平洋暖池次表层（ 深１００ ～２００ ｍ） 的海温异常有密切的关系。在Ｅｌ Ｎｉｎｏ 事件发生之前的半年到一年左右, 西太平洋暖池次表层海温有明显正异常,并向东传播; 而在Ｌａ Ｎｉｎａ 发生之前的半年到一年左右, 暖池次表层海温有明显负异常, 并向东传播。因此, 西太平洋暖池次表层海温异常及其东传对Ｅｌ Ｎｉｎｏ （Ｌａ Ｎｉｎａ） 的发生有极重要作用。