印度洋偶极子对ENSO的影响

论文总字数：20459字

目 录

目录 …………………………………………………………………Ⅰ

摘要 …………………………………………………………………Ⅱ

Abstract ………………………………………………………………Ⅲ

1 引言…………………………………………………………………1

1.1 选题背景与研究意义……………………………………………………………………1

1.2 本文主要内容与章节安排………………………………………………………………2

2 资料与方法…………………………………………………………2

2.1 观测数据简介……………………………………………………………………………2

2.2 指数定义与统计方法……………………………………………………………………2

3 印度洋偶极子指数特征的分析……………………………………2

4 IOD与ENSO的相关分析……………………………………………5

4.1 东部型厄尔尼诺背景下的分析…………………………………………………………5

4.2 中部型厄尔尼诺背景下的分析…………………………………………………………6

4.3 拉尼娜背景下的分析……………………………………………………………………8

5 探讨IOD经由ITF影响ENSO的可能过程…………………………10

5.1 1982年EP型El Niño事件背景下次表层海温分析…………………………………10

5.2 2002年CP型El Niño事件背景下次表层海温分析…………………………………11

5.3 2007年La Niña事件背景下次表层海温分析…………………………………………12

6 结论与展望…………………………………………………………14

参考文献………………………………………………………………14

致谢……………………………………………………………………17

印度洋偶极子对ENSO的影响

李嵩

，China

Abstract Based on the global monthly mean sea surface temperature data of Hadley Center from 1978 to 2010 and GODAS reanalysis data from 1980 to 2010, the relationship between the IOD in the year of ENSO development and its previous year and ENSO with different types,and possible physical process.It is shown that there was a strong positive correlation between DMI and ENSO when ENSO lagged by IOD for 2 months. DMI and ENSO showed a good negative correlation when ENSO lagged by IOD for 15 months or so; The negative IOD events in the year before El Niño development contribute to the production of the EP El Niño events in the following year, the weak positive IOD events in the year before El Niño development contribute to the production of the CP El Niño events in the following year, and the strong positive IOD events may affect ENSO to bring La Niña events in the following year ; The impact of IOD on ENSO through ITF is stable and obvious, but it is not a major contributor on appearing the two types of El Niño events.

Key words：ENSO；Indian Ocean Dipole（IOD）；Indonesian Throughflow(ITF)

1 引言

1.1 选题背景与研究意义

太平洋是世界第一大洋，印度洋是世界第三大洋，两者相连通一起占据了全球海洋的近60%，两个大洋的变化显著影响着全球气候，而了解它们的变化对于认识与预测我国气候也有着至关重要的作用。在太平洋上，最强的年际气候异常模态,被称为厄尔尼诺与南方涛动(El Niño-Southern Oscillation，简称为ENSO)，它包含了一正一负两个位相。正位相时，由南美洲西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）向西延伸，经赤道太平洋至日期变更线附近的海面温度异常增暖，由于海水温度高，空气层结不稳定，经过海—气相互作用改变了原本的大气环流形势，进而对全球气候产生影响。这一事件被称为厄尔尼诺(El Niño)事件。与之相反的，负位相时，赤道附近东太平洋水温反常下降，表现为东太平洋明显变冷，这一事件被称为拉尼娜(La Niña)事件。拉尼娜事件同样通过海—气相互作用对大气环流产生影响，进而影响全球气候。而我们都知道，当气候态发生变化，那么意味着，极端天气的出现概率和强度会发生变化，所以ENSO对于全球有着十分显著的社会经济学以及环境效应^[1]。而正负两位相中，厄尔尼诺(El Niño)（ENSO暖事件）对我国的天气和气候有着巨大影响^[2]。

相似的，在印度洋也存在一个很强的年际尺度异常模态，即印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole，简称为IOD)^[3]。与ENSO相似，IOD也拥有两个位相，正位相时，赤道西印度洋附近海表温度呈现正距平，而同时赤道东南印度洋海表温度呈现负距平。与之匹配的，赤道印度洋的海表高度、气压以及大气垂直运动等也呈现出东西反向的特征。在负位相时，印度洋赤道附近海表温度距平呈现出与正位相相反的特征，亦即东暖西冷，同时海表高度、气压以及大气垂直运动也匹配出现。与ENSO一样，赤道印度洋出现的这一系列异常会影响到大气系统以及天气系统的变化。尤其是印度洋海温异常引起的东亚夏季风异常对我国气候影响明显。IOD发生过程有明显的“季节锁相性”。一年中存在春季出现、夏季发展、秋季鼎盛、冬季衰亡春四个阶段^[3-4]。在准1 ～ 2 年、准3 年、准4 年3 个IOD 变率与ENSO 变率相关的时间周期上，印度洋的海气耦合过程与太平洋的海气耦合过程基本相似，IOD的年际变率对ENSO年际变率有一定的贡献；此外，IOD还存在准8个月的变率，在准8个月周期上，印度洋海温出现了偶极子现象，但并无ENSO事件的伴随。这一模态与ENSO无关，是印度洋海气相互作用的结果，也意味着印度洋存在某种IOD的自维持机制^[5]。无论正负位相阶段，海洋通道机制都是使IOD异常信号传播到热带太平洋的重要推动者。

己有的研究表明，一方面ENSO对于印度洋气候变化有极大的影响^[6]。另一方面，也有研究表明IOD在影响赤道太平洋气候变化中起着重要的作用^[7]。在这些研究中，位于赤道印太上空的沃克环流(Walker circulation)被认为是IOD影响ENSO的一个重要途径，这一途径也被称为“大气桥”。而作为热带印太之间唯一的“海洋通道”^[8]，印度尼西亚贯穿流(Indonesian Throughflow，简称为ITF)在IOD影响ENSO过程中的作用近年来也开始为科学家所重视。通过计算观测时间序列滞后相关性，Yuan et al.（2013）的研究表明，IOD对ENSO的影响可能是通过印度尼西亚贯穿流（ITF）这一热带印度洋与太平洋之间唯一的海洋通道来实现的。早些时候，他们也通过封闭大气桥进行了GCM敏感性实验，连同观测事实一起证实了他们的假设。结果表明，ITF可以在下一年将IOD事件强迫传入赤道太平洋。对于两类厄尔尼诺事件，有研究显示大多数EP型El Niño事件的发展年秋季，热带印度洋会出现正位相印度洋偶极子的海温异常型，且强度较强，热带太平洋—印度洋为异常反沃克环流控制；而在CP型El Niño事件中，热带东印度洋—西太平洋的下沉运动较弱，热带印度洋的异常东风也明显偏弱。印度洋偶极子的发生与东部型厄尔尼诺事件的强度联系密切，而与中部型厄尔尼诺事件的强度没有显著的关系^[10]。然而，值得注意的是，Yuan et al.（2011）仅研究了一次IOD事件（1997年）对次年太平洋海-气耦合系统的影响。此外，1997年IOD活动是一个强的正位相事件。在本文中，希望通过对1979年到2010年的IOD与ENSO事件中ITF的观察，找出一些规律。另外，因为IOD和ENSO一样也存在着不对称性，所以也希望关注一下负IOD事件对热带太平洋的影响过程。IOD是印度洋上仅次于海盆一致模的强烈气候异常事件，本次研究，希望能理清IOD影响ENSO的一部分物理过程，增加对ENSO机制的认识。

1.2 本文主要内容与章节安排

本文主要内容与章节安排如下，第一部分为引言，介绍研究对象以及研究现状提出本文主要研究目的，并对全文章节安排做以说明。第二部分介绍本文所选数据和处理方法，并对文中会用到的指数做以说明。第三部分利用资料计算印度洋偶极子指数，并分析其特征。第四部分，在两类厄尔尼诺和拉尼娜三种背景下做IOD与ENSO的相关分析。第五部分，分析通过资料计算得出的次表层海温年际变化，探讨IOD经由ITF影响ENSO的部分物理过程。第六部分，本文主要结论与相关研究的未来展望。

2 资料与方法

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