组合模态对ENSO衰减期东亚降水的重要影响

论文总字数：25105字

目 录

摘要 II

Abstract III

1 引言 1

2 资料和方法 4

2.1 资料 4

2.2 方法 4

3 组合模态的特征 8

3.1 不同强度的组合模态的季节演变特征 8

3.2 不同强度的组合模态与WNP的关系 13

4 组合模态与ENSO衰减期东亚降水的关系 15

4.1 ENSO衰减期东亚降水与不同类型ENSO的相关性 15

4.2 组合模态对东亚降水的重要影响 17

5 组合模态对东亚降水影响的可能机制 19

5.1 大气环流场特征分析 20

5.2 水汽输送特征分析 20

6 结论 21

参考文献 22

致谢 24

组合模态对ENSO衰减期东亚降水的重要影响

薛奥运

，China

Abstract: Previous studies have documented that nonlinear interactions between ENSO variability and the western Pacific warm pool annual cycle generate an atmospheric combination mode (C-mode) of wind variability. And Combination Mode (C-mode) is responsible for the development of an anomalous low-level northwest Pacific anticyclone (WNP-AC) during El Niño

event.The northwest Pacific (WNP-AC) is one of the key factors in controlling climate variability in East Asia regions. Based on the NCEP/NCAR reanalysis monthly mean precipitation,wind and specific humidity data for the period of 1961-2015,the relationship between Combination mode (C-mode) and precipitation in East Asia during ENSO decaying phase and its possible mechanism are investigated using linear regression and Partial regression analysis、EOF (Empirical Orthogonal Function)、composite analyses and so on.It is shown that ENSO mode’s direct impacts on precipitation in East Asia during ENSO decaying phase is less pronounced than combination mode which extends the anomalous phenomena occurring in the tropical region associated with ENSO to the extratropical region and generates the anomalous WNP-AC,thus causing an obviously increased precipitation over East Asia.Meanwhile,ENSO events are separated into different types according to the intensity of combination mode.The results indicated that the rainfall will be more（less）during ENSO decaying phase over East Asia with strong (weak) combination mode. The anomalous circulation and increased moisture transport are examined to demonstrate that combination mode play an important role in controlling the climate over East Asia associated with the intensification of the anomalous WNP-AC.

Key words: ENSO;Combination Mode; Northwest Pacific Anticyclone (WNP-AC)

1 引言

ENSO是El Niño和Southern Oscillation的合称，是具有年际特征的热带地区大尺度海气耦合气候现象。El Niño是指每隔几年发生在赤道中东太平洋的表层海水大规模持续异常偏暖（半年以上）的现象；Southern Oscillation（南方涛动），则是指印度尼西亚－澳大利亚和南太平洋两地区之间出现的海平面气压反相关变化的“跷跷板”式的现象（Bjerknes 1969)。ENSO造成的气候影响不仅仅局限于热带地区，对全球气候异常都有着重要的影响，因此受到广泛关注(Ropelewski and Halpert 1987)。因此正确认识ENSO对于短期气候预测具有十分重要的意义。

东亚地区气候受ENSO的调制作用已经被证实,Wang等指出西北太平洋是控制东亚气候变率的关键区域，El Niño衰减期间经常伴有东亚地区正的降水异常(Zhang et al. 1996;Wang et al. 2000)。ENSO对于东亚地区的气候影响主要通过菲律宾与中国南海区域异常的低层反气旋（西北太平洋反气旋）系统来实现的(Harrison and Larkin 1996;Wang et al.1999,2000)。关于ENSO影响西北太平洋反气旋(WNP-AC)的产生的机制目前已有很多研究。Zhang等指出WNP-AC的产生是由于El Niño事件期间Walker 环流减弱的原因，造成西北太平洋区域产生对流抑制而激发的(Zhang et al.1996)。Wang等则指出异常的西北太平洋反气旋(WNP-AC)是由于由于西太平洋区域表面风与SST异常的正反馈机制(蒸发风反馈机制）造成的海表温度变冷，从而产生冷性Rossby波响应，同时中东太平洋变暖导致的Walker环流的下沉运动而产生异常的西北太平洋反气旋，在El Niño事件成熟期发展并一直持续到次年春季与早夏(Harrison and Larkin 1996)，有利于更多的水汽向北输送，造成从中国南部沿东北方向到日本东部的东亚锋区呈现异常的湿状况，这种太平洋-东亚遥相关(EAP)局限在对流层低层，从而对东亚地区的降水产生重要的影响(Wang et al.1999,2000)。延迟的印度洋变暖也被认为是西北太平洋反气旋建立的主要原因。在热带太平洋El Niño事件之后，将会引起整个印度洋海盆的变暖，峰值通常滞后El Niño事件峰值3个月左右。印度洋变暖通过在西北太平洋区域的斜压大气Kelvin波响应，产生赤道表面异常东风，加强了西北太平洋区域的辐散，引起对流抑制与下沉运动的产生，从而产生西北太平洋反气旋(WNP-AC)(Xie et al. 2009)。最近研究表明延迟的印度洋变暖的作用并不能够充分解释西北太平洋反气旋(WNP-AC)的产生以及赤道西太平洋的经向非对称特征，而是通过SST的季节移动与ENSO的非线性相互作用产生的(Stuecker et al. 2013,2015)。目前对于西北太平洋反气旋(WNP-AC)的建立机制仍有很多争议。

Stuecker等指出，西北太平洋反气旋(WNP-AC)通常伴随着中太平洋地区西风异常南移的特征(Stuecker et al. 2013)。这一特征早在20世纪80年代就被发现(Harrison 1987)。这种西风异常南移主要与西太平洋背景暖海表温度随着太阳辐射的季节性南移相关(Vecchi and Harrison 2003; Spencer 2004; Lengaigne et al. 2006; McGregor et al. 2012; Stuecker et al. 2013),减弱了赤道地区中东太平洋的西风异常，产生经向非对称特征，表现为西风异常南移的现象。Stuecker 等指出，ENSO与西太平洋暖池年循环的非线性相互作用可产生异常风场的组合模态（C- mode)。El Niño成熟位相与衰减期间，西北太平洋反气旋 (WNP-AC)、中太平洋地区西风异常南移、纬向SPCZ事件这些特征都是组合模态的表征(Stuecker et al. 2013,2015)。西北太平洋反气旋是组合模态重要的一部分。组合模态可被赤道表面风场异常的经验正交函数分解(EOF)的第二模态所反映(Stuecker et al. 2013,2015，Zhang et al 2015)。组合模态对于热带地区气候有着重要的影响，通过西北太平洋反气旋(WNP-AC)的作用控制着东亚气候。关于组合模态的指数定义，Stuecker等从组合模态的数学本质出发，非线性组合模态的一阶近似可描述为，其中代表年循环的角频率，代表着初位相(Stuecker et al. 2013,2015)。Zhang等则从组合模态的物理现象与特征出发，将组合模态指数CMI定义为赤道东南太平洋地区(0°~10°S，120°~170°W)与赤道西北太平洋地区(0°~10°N，120°E~170°E)纬向风速之差，并进行标准化处理，与经验正交分解函数分解(EOF)得到的第二时间序列PC2有相当好的关系(Zhang et al 2015)。

Zhang等在此基础上指出El Niño事件衰减期间中太平洋地区西风异常南移只发生在EP El Niño事件期间,有明显的异常的低层西北太平洋反气旋出现，具有强的组合模态；在CP El Niño事件衰减期间，中太平洋的大气响应是准对称的，没有明显的西风异常南移与异常的低层西北太平洋反气旋。La Niña事件呈现与CP El Niño事件具有相反信号的准对称结构(Zhang et al.2015)。CP El Niño事件与La Niña事件组合模态均较弱。直接的ENSO信号对东亚地区的大气响应没有重要的影响。相反，组合模态是El Niño衰减期异常的低层西北太平洋反气旋 (WNP-AC)发生的驱动因子，造成东亚地区更多的降水(Stuecker et al. 2013,2015；Zhang et al. 2015)。

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