东亚冬季风-暖池状况-ENSO 循环的关系

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东亚冬季风-暖池状况-ENSO 循环的关系

李崇银 穆明权

(中国科学院大气物理研究所, LASG 国家重点实验室, 北京100029. Email: lcy@)

摘要 基于观测资料的分析和海-气耦合模式(CGCM)的数值模拟结果, 提出关于ENSO 发生机制的一个新观点:持续的强(弱)东亚冬季风将导致赤道西太平洋地区持续的西(东)风异常;而异常的赤道西(东)风可使得已在暖池区存在相当长一段时间的正(负)次表层海温距平(SOTA)向东传播; 沿温跃层东传的正(负)SOTA 将造成赤道东太平洋正(负)海表温度距平(SSTA)的出现和El Niño(La Niña)事件的发生.当ENSO 发生之后, El Niño(La Niña)事件的影响又将削弱(加强)东亚冬季风的活动.关键词 东亚东季风 西太平洋暖池 次表层海温 ENSO 循环

由于ENSO 总会在广大地区造成严重气候异常及灾害, 已引起全世界的极大注意, 并在已有的研究中将其视为热带太平洋海-气相互作用的产物[1,2]. 关于ENSO 的产生机制, 尽管已先后提出了海洋张弛理论[3], 不稳定海洋波动理论[4

9], 但ENSO 的发生

原因仍未搞清楚.

我们的研究已经指出, 持续的强东亚冬季风对激发El Niño 起着重要作用[10,11]. 进一步的资料分析和GCM 数值模拟还表明, 强(弱)东亚冬季风在赤道西太平洋地区引起的赤道西风(东风)异常和强(弱)对流活动是激发产生El Niño(La Niña)的重要物理因子. 因为异常赤道西风(东风)将引起暖(冷)性海洋Kelvin 波, 而强(弱)对流活动将引起强(弱)热带大气季节内振荡, 它们都对激发El Niño(La Niña)事件有重要作用[12,13].

通过进一步资料分析研究, 本文提出一个有关ENSO 机制的新观念, 即东亚冬季风(EWM), 暖池状况(WPS)和ENSO 相互作用. 实际上也可以将EWM-WPS-ENSO 看成一个更大气候系统, 基于这个系统及其演变, 可以更好更深入地认识ENSO 的机制.

本文所用分析资料主要有NCEP 再分析资料, JEDAC(Joint Enviromental Data Analysis Center)资料和COADS 资料.1 异常东亚冬季风与ENSO 相互作用

ENSO 和东亚冬季风异常的关系早已在一系列研究中被指出, 它们的相互作用也是很清楚的[14]. 为进一步表明ENSO 与异常东亚冬季风之间的相互作用, 我们在这里给出对El Niño 和La Niña 事件分别进行的合成分析结果.

大家知道, 东亚冬季风的活动可以用东亚地区几种不同的气象要素变化来表示, 例如地

面气压

１９９０年)El Niño 的合成情况, 图

1(a)

3个月; 而在El Niño 事件爆发之前的冬半年, 东亚冬季风持

续偏强. 合成分析结果表明持续的强冬季风通过在赤道西太平洋地区引起西风异常对El Niño

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图1 El Niño 与东亚冬季风异常(合成分析结果)

(a) (30

N, 100E)区域平均500 hPa 位势高度距平(位势米);

(b) (35

N, 80

E)区域平均海平面气压距平

(hPa); (c) (30

N, 120E)区域平均地面气温距平

(

N, 120E)区域平均经向风距平(m/s); (e)赤道西太平洋地区

(5

N, 150

E)

平均纬向风异常(m/s); (f) Niño 3 区

(6

N, 150W)平均

SSTA(

680

事件的发生起着重要激发作用. 同时, 图1还表明, 在El Niño 爆发后的冬季, 东亚冬季风偏弱, 说明El Niño 对其后的东亚冬季风有削弱作用.

La Niña 一般也在春季爆发, 在其爆发之前约

2

纬度

海洋模式是自由面热带太平洋环流模式, 其分辨率为

1

2

E

W, 30N [16].海-气耦合采用了线性统计修正技术, 从而较一般的通量修正既能很好克服气候漂移, 又能较

好保留其季节和年际变化特征[17].耦合模式的数值试验取得了同观测资料分析相类似的结果, 持续的强(弱)东亚冬季风将导致赤道东太平洋的持续正(负)海温距平, 其正(负)SSTA 的分布形势与El Niño(La Niña)十分相似. 由于篇幅关系, 这里仅给出在强东亚冬季风强迫下模拟的Niño 1+2区和Niño 3区平均SSTA 的时间变化情况. 在模拟过程中强东亚冬季风是以在西伯利亚-蒙古地区有地面气压正异常(最大正距平为+14 hPa)和地面气温负异常(最大负距平为

图2 在强东亚冬季风强迫化下海-气耦合模式所模拟的Niño 1+2区(a)和Niño 3区(b)平均的

SSTA 的时间变化

3条曲线分别表示不同初始场的结果

681

的时间变化清楚地表明, 异常的强东亚冬季风, 通过海-气相互作用, 可以在赤道东太平洋地区激发产生El Niño 型的海温正距平(因异常场只到4月份, 比观测到的时间要短, 故SSTA 极值在5月份, 若异常场像图1所示持续到

7

1998年ENSO 期间赤道太平洋SOT 异常的演变过程, 大家都已从美国出版

的

１９９８年ENSO 的发生同暖池区SOT 的异常及其东传有极密切的关系.

事实上, 暖池次表层海温(SOT)异常对ENSO 发生所起的重要作用不仅表现在

1997

S

N, 140E )次表层

(100

µ«

ÔÚEl Niño 爆发之后, 暖池区的SOTA 又与Niño 3区的SSTA 反号. 而且,

暖池次表层的增暖

图3 Niño 3区SSTA(实线)和暖池区SOTA(虚线)的时间变化情况