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.     

全球海温异常的年代际变化

本文首先应用子波变换技术对１９５０￣１９９６年赤道东太平洋的逐月海温距平序列作了分析。发现海温异常存在着明显的准２年,准５年和年代际变化,１９９７年前后为海渐异常的年代际突变时间;然后用全球格点海温资料分析了年代际变化的空间特征,结果指出１９７７年后赤道东太平洋平均海温比１９７７年前的２８年平均海温增暖０．４￣０．５℃,而西北太平洋的海温降低达０．６℃,大西洋北部的年代际降温也达到０．６℃。     

太平洋年代际变化研究进展浅析

综述了近几年太平洋年代际变化形成机制或起因的7种代表性观点,对已有观点作了初步评述,并提出未来太平洋年代际变化研究应关注以下方面:太平洋年代际变化的多重模态及相应的多重机制,不同时空尺度海洋现象间的相互作用,南太平洋年代际变化及在全太平洋年代际变化中的作用,ENSO与PDO的预测,海洋环流的年代际变化及其对气候变化的作用,海洋热能、机械能的收支及转换等关键问题.     

PDO对夏季江淮地区雨量与太平洋海温年际相关的影响

研究了在太平洋年代际振荡(PDO)不同位相中夏季江淮地区降水与太平洋海温年际相关空间分布的差异,讨论了产生这种变化的可能的物理机制.结果表明,PDO冷暖位相中夏季江淮地区降水量与太平洋海温年际耦合振荡周期和强度均存在显著差异.PDO冷位相中, 夏季江淮地区降水与前期冬季西南太平洋和同期夏季黑潮区海温在7～8 a 时间尺度上的耦合最显著;而在PDO暖位相中,与这些地区海温呈现极显著的准2 a耦合振荡,并且与同期夏季赤道东太平洋地区海温的准2 a耦合振荡也迅速加强.西太平洋地区海温的耦合振荡作用区域是时间稳定的,而东太平洋地区海温的耦合振荡作用区域存在时变性.因此,PDO 对夏季江淮地区降水和太平洋海温年际耦合振荡的强度和周期的年代际变化有重要影响.     

南海次表层盐度的低频变化及与太平洋年代际振荡的关系

南海是西北太平洋最大的边缘海, 是联系北太平洋和北印度洋的关键通道。黑潮北上经过吕宋海峡时会将来自西太平洋的信号传入南海, 进而影响南海的水动力环境。研究了南海次表层盐度的空间分布特征、低频变化规律及其与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的关系, 并进一步探究了次表层盐度近年来的变化。结果显示: 1)南海次表层高盐水的位势密度主要介于24~26σ_θ, 受次表层气旋式环流所驱动, 盐度气候态空间分布北高南低, 以吕宋海峡处为起点, 呈逆时针自北向南逐渐降低。2)次表层盐度低频变化显著, 与PDO呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时, 吕宋海峡处西向平流输送加强, 次表层盐度升高; 当PDO处于负位相时, 吕宋海峡处西向平流输送减弱, 次表层盐度降低, 盐度的变化受到水平环流场的直接影响。3)近年来, 南海次表层盐度呈现先降低后升高再降低的趋势, 滞后PDO约10个月, 2006— 2014年初, 盐度呈下降趋势; 2014—2017年初, 盐度呈上升趋势, 且上升速率远大于先前下降的速率; 2017年后盐度再次逐渐降低。     

印度—太平洋海温的气候模态及其年代际异常

本文运用经验正交分解和合成图分析方法,对１９４０－１９９０年印度－太平洋海温的气候模态及其年代际异常特点进行了研究。     

太平洋次表层海温异常年际变率的信号通道与ENSO循环

利用SODA海洋同化资料,分析了太平洋次表层海温异常(SOTA)年际信号变异特征与ENSO循环的联系。结果表明,热带太平洋的年际变率表现为以160°W为纵轴的东西向和以6°—8°N为横轴的南北向的跷跷板分布,南太平洋和北太平洋中高纬度海洋的SOTA则与热带西太平洋SOTA同号,但强度较弱,这些变化都与ENSO事件密切相关,是ENSO事件的两个主要模态,具57和44个月显著周期。ENSO循环期间,热带西太平洋SOTA强信号中心沿赤道东传,到达赤道东太平洋后加强并北扩,导致ElNi?o或LaNi?a事件,同时从热带西太平洋有较弱SOTA信号向东北和西南传播,在南、北太平洋中高纬度海域产生弱SOTA;同期位于热带东太平洋反号的SOTA强信号中心沿10°—15°N(平均12°N)西传,至热带西太平洋后加强并南扩,为下次LaNi?a或ElNi?o事件准备条件,同时在北太平洋中高纬度海洋还存在着反号弱的SOTA。如此周而复始,完成ENSO循环。太平洋次表层海温年际变化信号除在赤道及以北的热带太平洋存在一个逆时针方向的传播通道外,同时在热带西太平洋有异常信号向南、北太平洋中高纬度海域传播,并指出ENSO循环期间太平洋次表层海温异常年际变率信号传播的可能通道。     

太平洋海气界面净热通量的季节、年际和年代际变化

根据 COADS资料 ,使用经验正交分解 (EOF)等分析方法 ,研究了北太平洋海气热通量的季节、年际和年代际变化特征。分析结果表明 :北太平洋海洋夏季净得热 ,冬季净失热 ,且黑潮及其延伸体区失热最大。净热通量年际变化较明显 ,北太平洋西部模态水形成区冬季净热通量和副热带失热区春季净热通量的年际变化都主要依赖于潜热和感热通量的年际变化。夏季净热通量的低频变化中心在热带 ,冬季低频变化中心在黑潮及其延伸体区。冬季赤道东、西太平洋净热通量异常的年际变化相反 ;在热带北太平洋中部年际变化达到最大。夏季热带太平洋是净热通量异常的年际变化最大的海域 ,沿赤道两侧在 16 5°E处呈偶极子型分布。     

热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

北太平洋冬季大气年代际振荡及其相关的SST变化

20世纪60年代， Namias(1969)就发现北太平洋海平面气压(SLP)存在10a以上长周期的变化，这种变化与北美冬季气温异常密切相关。70年代以后，又有人(White et al.，1972； Trenberth，1990； Trenberth et al.，1994)对上述变化作了进一步的验证，并指出1976年以后北太平洋的SLP异常偏低，即阿留申低压异常偏强。以阿留申低压为主要活动中心的大气年代际振荡被称为北太平洋涛动(NPDO)，它与北大西洋涛动(NAO)一起构成年代际气候变动最重要的观测依据，北太平洋年代际振荡的机制也引起了人们的广泛兴趣。作为大气运动的缓变下垫面强迫之一的海表面温度(SST)，它的异常变化对年际气候的显著影响已被公认(Wallace et al.，1981，1998)，由此推断，其对年代际时间尺度气候变化的影响可能也不可忽视。众所周知，SST年际变化最显著区位于赤道中东太平洋(如Nino 3区)，而与北太平洋年代际振荡显著相关的SST变化(时间变化和空间分布)又如何呢?作者就这一问题，分析了北太平洋大气环流年代际振荡的时、空变化特征，并揭示了与之相关的SST变化的时间变化和空间分布。     

北太平洋海温的遥相关型

本文研究了北太平洋海水表面温度的遥相关型,指出:北太平洋海温有3个遥相关区,分别在西风漂流区、亦道东太平洋区和阿拉斯加湾区。这3个相关区的结构十分类似于大气中的PNA结构。用赤道东太平洋和西风漂流区之间的海温差作为太平洋海温指数PTI,它能代表北太平洋65％海区的海温变化,可以作为太平洋海温场PNA结构的变化指数,用来监视剧Nino和反E1 Nino事件的发生和发展。     

热带西太平洋表层水温异常的区域性特征

本文采用复经验正交函数(CEOF)对热带西太平洋1951—1986年的月平均表层水温距平进行了分析,结果发现,这一区域的水温异常包括准静止型、经向传播型和纬向传播型三个主要模态(mode),它们对总方差的贡献具有同等重要性,平均为15.5%。本文还用数字滤波和滞时相关等方法分析了各模态的准周期振荡及其与南方涛动、西太平洋副热带高压之间的相关关系。     

西北太平洋红外辐射计海表温度数据交叉比对分析

本文将西北太平洋海域作为研究区域,以2003—2009年的三个海表温度(sea surface temperature,SST)红外产品(AVHRR Pathfinder/NOAA,MODIS/Terra和MODIS/Aqua)为研究对象,分别与Argo浮标数据进行了真实性检验,同时红外产品之间也进行了交叉比对分析。通过评定产品间的差异及使用条件,为融合产品数据源选取和权重分配提供参考依据,用以提高融合产品的数据质量。结果表明,三种红外数据与Argo浮标的平均偏差在±0.2°C之间,均方根误差小于0.8°C,且存在明显的季节性变化,白天的平均偏差均是夏季为正、冬季为负,夜间的平均偏差基本均为负偏差,冬季比夏季的偏差更大,冬季的均方根误差较小;三种红外数据之间的平均偏差在±0.1°C之间,均方根误差小于0.6°C;三个红外产品在空间上均能反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势,三个产品之间无明显优劣差异;尽管红外数据的空间覆盖率偏低,但是它提供了高精度和高特征分辨率的数据产品,并弥补了近岸海域缺乏观测数据的不足。     

南太平洋大气和海洋年代际变化与冷空气关系的研究

本文分析了美国国家环境预报中心和气象研究中心(NCEP／NCAR)1958—1997年的月平均资料和海表面温度异常资料(JONES，1994)，发现南太平洋大气和海洋及赤道东太平洋中存在明显的年代际时间尺度的变化，1972年以前，副热带海区大气旋度场与海表面温度(SST)的变化同步，大气中的变化超前于海洋的变化；1972年以后到90年代初，该海区大气旋度场与海表面温度(SST)的变化趋势相反。研究发现南半球中低纬度之间热量的交换程度与副热带海区年代际时间尺度的变化具有明显的关系，说明南半球大气热通量的经向输送有可能是影响海洋年代际变化的原因之一。相关分析表明，对赤道东太平洋年代际变化的影响海区在南太平洋副热带海区，主要位于南纬20度和25度附近。     

北太平洋海温场的时空特征分析

近年来运用海表温度作副热带高压和长期天气预报方面取得了显著效果,为了进一步探讨海洋对气候和长期天气过程的影响,必须重视海温场的特征分析。这几年已有一些工作[1,3,7],从不同侧面对北太平洋海温场进行研究。本文试图从海—气相互作用的角度分析北太平洋海温场的时空分布特征及其年际变动,进而讨论它们对大气的影响。     

太平洋年代际海洋变率研究进展

随着“气候变率与可预报性研究”（CLIVAR计划）的实施，年代际气候变率研究已经成为国际气候研究的一个新热点，由于海洋特别是海洋次表层具有巨大的热损性，海洋环流在年代际气候变率中所起的作用已得到越来越多的重视。但迄今为止，海洋以什么方式参与到年代际气候变化中，海洋次表层在年际和年代际时间尺度上起到什么作用这些与海洋环流有关的问题仍未得到解决，而这些问题的解决将有助于建立一种完备的年代际气候变化机制的理论，文章通过对近10a来国内外在该领域内研究进展的回顾，提出了一个关于太平洋年际变化（如ENSO循环）和年代际变化（如PDO循环）相互作用的猜想，为今后在国内开展相关研究提供了一些设想。     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。     

南海表层水温的季节内振荡

采用谱估计和相关分析等方法分析了１９８５年夏半年的水文气象资料，证实南海表层水温存在季节内振荡，这种振荡在深水区与浅海区有着明显的差异。分析表明：南海水温季节内振荡与南海纬向风分量ｕ的振荡密切相关。     

南海上层海洋热含量的年际和年代际变化

分析了1959—1988年南海表面至100m垂直平均温度（TAV）资料，结果表明：南海上层海洋热含量存在明显的准两年、4—5年和年代际振动。在E1Nino年，南海上层热含量显著增加。50年代末至70年代初，南海TAV为负距平，此后转为正距平。南海TAV的变化与ENSO事件、东亚冬季风和热带大气环流的变异密切相关。     

东海海域海表温度场的EOF分析

本文利用EOF分析方法,分析了东海26.5°N~33.5°N,122.5°E~129.5°E范围内自1984-2003年的年平均海表温度,结果显示出代表厄尔尼诺和黑潮、对马暖流、伸入黄海的高盐暖水舌的各种空间模态和时间演变情况。