enso事件與海表溫度的關(guān)系

enso事件與海表溫度的關(guān)系

1enso事件與太平洋海表智能化和諧事件是上?？諝庀嗷プ饔玫淖顝?qiáng)信號，顯示了中國歐盟大門和平周邊地區(qū)東西太平洋海表的正和負(fù)異常。White等、李崇銀等、Weisberg等和張韌等的研究指出:在ElNi?nn?o事件發(fā)生前,赤道西太平洋次表層已經(jīng)有暖水形成,然后沿氣候溫躍層向東傳播。周廣慶和李崇銀利用海氣耦合模式(CGCM)也成功模擬了這一暖水沿次表層向東傳的過程。巢清塵等研究指出,只有赤道西太平洋上空出現(xiàn)西風(fēng)異常時(shí),西太平洋的暖水才向東傳。張人禾和黃榮輝的研究也強(qiáng)調(diào)了東傳的西風(fēng)應(yīng)力在ElNi?nn?o事件中的重要作用。Wyrtki和McCreay的模擬結(jié)果認(rèn)為,緯向風(fēng)異常激發(fā)的海洋Kelvin波和Rossby波的傳播對ENSO循環(huán)過程的產(chǎn)生具有重要的物理意義。Zhang等在肯定了遠(yuǎn)程風(fēng)對海表溫度的作用的同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了局地風(fēng)的作用。Wyrtki研究了1976～1977年ElNi?nn?o事件指出,赤道信風(fēng)的減弱激發(fā)內(nèi)波向東傳,抬高了大洋東邊的海表高度,進(jìn)而西太平洋地區(qū)海表高度降低,促使北赤道逆流加強(qiáng)和南赤道流減弱。Firing等研究了1982～1983年ElNi?nn?o事件指出,赤道潛流(EquatorUndercurrent)減弱、消失甚至反向,這種反向與海表高度梯度的逆轉(zhuǎn)和局地風(fēng)的衰亡有關(guān)。Weisberge等的研究也指出:隨著緯向風(fēng)應(yīng)力和緯向壓力梯度的變化,赤道潛流在ElNi?nn?o期間出現(xiàn)了減弱,同時(shí)在赤道潛流中心上方的里查遜數(shù)和SST都有升高的趨勢。而管秉賢指出,赤道潛流的逆轉(zhuǎn)自西向東的傳播速度大約是0.5～1.0m/s。張祖強(qiáng)等利用TAO(TropicalAtmosphereOcean)的觀測洋流資料分析指出,1997～1998年ElNi?nn?o期間,西太平洋赤道地區(qū)850hPa風(fēng)場西風(fēng)應(yīng)力異常,激發(fā)出海表層的東向流和次表層的西向流,并有上涌(upwelling)的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間向東傳。巢紀(jì)平的研究也指出,在西太平洋暖水東傳的同時(shí),東太平洋有冷水異常向北流到10°N左右再向西傳到西太平洋,形成一個(gè)傳播回路。上述分析表明,ElNi?nn?o事件發(fā)生時(shí),赤道太平洋Kelvin波、Rossby波的異常以及海洋表層異常的東向流和次表層西向流的異常都與赤道太平洋上空西風(fēng)異常有關(guān),然而,ENSO事件發(fā)生發(fā)展時(shí)赤道太平洋上空西風(fēng)以及太平洋洋流異常與冷暖信號傳播過程及機(jī)理的研究并不多。近年來,SODA(SimpleOceanDataAssimilation)、NCEP/NCAR的海洋同化資料在時(shí)空覆蓋范圍方面有了很大的提高,彌補(bǔ)了海洋觀測資料稀少的現(xiàn)象,為我們進(jìn)一步探討大氣-海洋內(nèi)部動(dòng)力過程(如海表高度、洋流異常)的異常與ENSO事件冷暖信號傳播的關(guān)系及可能物理機(jī)制提供了基本條件。Fu等根據(jù)ElNi?nn?o事件開始時(shí)的增溫位置,把ElNi?nn?o事件定義為東部型和西部型,并指出這兩類增溫型的暖信號傳播方向是不一樣的。因此,本文探討大氣-海洋內(nèi)部動(dòng)力過程異常與ElNi?nn?o事件暖信號的傳播,重點(diǎn)探討東部型和中部型ElNi?nn?o事件發(fā)生發(fā)展時(shí),大氣(赤道太平洋緯向風(fēng)應(yīng)力異常)、海洋(海溫、洋流等)的演變特征與太平洋暖海水信號的傳播;本文第2節(jié)介紹資料及分析方法;第3節(jié)探討中、東部型ElNi?nn?o事件發(fā)生發(fā)展時(shí)赤道緯向風(fēng)異常與洋流、海溫的關(guān)系;第4節(jié)探討中、東部型ElNi?nn?o事件洋流與太平洋暖信號傳播的可能機(jī)理;第5節(jié)給出本文小結(jié)與討論。2海溫、鹽度和海表高度的變量(1)1971年1月至2000年12月間SODA海洋同化數(shù)據(jù)資料,水平分辨率為0.5°×0.5°,垂直方向不等距分層,從表面5m開始至深海5374m共分為40層。資料的空間覆蓋范圍是全球海洋,其中有緯(經(jīng))向風(fēng)應(yīng)力、緯(經(jīng))向洋流、海溫、鹽度和海表高度共7個(gè)變量。(2)NCEP/NCAR再分析的緯(經(jīng))向洋流、海溫資料,其水平分辨率為1.5°×1°,垂直方向不等距分層,從表面5m開始至深海3126.5m共分為27層。資料的空間覆蓋范圍是(122.25°E～71.25°W,35.0°S～45.0°N),資料長度為1980年1月至2000年1月。(3)NCEP/NCAR再分析的850hPa緯向風(fēng)資料,水平分辨率為2°×2°,氣候平均的風(fēng)場資料是1948年1月至1999年12月的逐月平均值。(4)本文給出的剖面圖都是不同要素的1958年至2001年平均逐月距平。本研究使用了SODA和NCEP/NCAR兩套海洋同化資料進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)兩套資料結(jié)果類似,因此,本文給出的圖是根據(jù)SODA資料的結(jié)果。3中部型和東部型elnino事件的歷史層次差異為了清楚地了解近40年ENSO事件發(fā)生情況,圖1給出1970～2006年海洋Ni?nn?o指數(shù)(OceanicNi?nn?oIdex,簡稱ONI)序列,本文把ONI≥0.8的年定義為ElNi?nn?o事件,而ONI≤-0.8作為LaNi?nn?a事件年,并把暖水首先出現(xiàn)在120°W以西的ElNi?nn?o事件稱為中部型ElNi?nn?o事件,暖水首先出現(xiàn)在120°W以東的ElNi?no事件稱為東部型ElNi?no事件。分析發(fā)現(xiàn),1994～1995年、2002～2003年雖屬于中部型ElNi?no事件,但強(qiáng)度不如1982～1983年、1991～1992年和1997～1998年這3個(gè)中部型ElNi?no事件強(qiáng)(ONI≥1.8),因此,本文的中部型ElNi?no事件是指1982～1983年、1991～1992年和1997～1998年這3次的合成;東部型ElNi?no事件是指1972～1973年和1976～1977年這2次的合成。此外,我們還分析了中部型(冷水首先出現(xiàn)在120°W以西)的LaNi?na事件(1973～1974年、1988～1989年和1998～2000年)的特征,由于它與中部型ElNi?no事件有很好的對稱性,文中就不進(jìn)行具體討論。本文將ENSO事件開始醞釀的年份稱為-1年,成熟年稱為0年,衰亡年稱為+1年。為了清楚地看出中部型和東部型ElNi?no事件發(fā)生時(shí)赤道(2.5°S～2.5°N)平均的海表緯向風(fēng)應(yīng)力距平異常特征,圖2a、b分別給出中部型、東部型ElNi?no事件沿120°W上2.5°S～2.5°N平均的緯向風(fēng)應(yīng)力距平剖面圖,圖中水平虛線為0線。中部型ElNi?no事件(圖2a),從成熟年(0年)5月到衰亡年(+1年)5月,赤道東太平洋緯向風(fēng)應(yīng)力距平基本為正值(表明有較強(qiáng)的西風(fēng)距平);而東部型ElNi?no事件(圖2b),從成熟年(0年)5月到衰亡年(+1年)5月,赤道東太平洋海表緯向風(fēng)應(yīng)力距平基本為負(fù)值(表明東風(fēng)距平強(qiáng))。這說明中部型和東部型ElNi?no事件的赤道東太平洋海表東風(fēng)應(yīng)力有顯著差別,赤道東太平洋海表東風(fēng)應(yīng)力減弱有利出現(xiàn)中部型ElNi?no事件,赤道東太平洋海表東風(fēng)應(yīng)力加強(qiáng)有利出現(xiàn)東部型ElNi?no事件。圖2a、b清楚表明,中、東部型ElNi?no事件其赤道東太平洋海表東風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度有顯著差別。中、東部型ElNi?no事件的赤道海表東風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)弱變化對海表洋流及海表溫度有怎樣影響?圖3分別給出赤道(2.5°S～2.5°N)平均的海表緯向風(fēng)應(yīng)力距平、海表(0～60m平均)洋流與海表(0～60m平均)溫度的經(jīng)度-時(shí)間剖面圖,圖3a～c分別是中部型的風(fēng)應(yīng)力、洋流和海溫變化;圖3d～f分別是東部型的風(fēng)應(yīng)力、洋流和海溫變化。中部型海表緯向風(fēng)應(yīng)力距平(見圖3a),成熟年(0年)的5～11月,正距平(西風(fēng)距平)從西太平洋向東太平洋伸展,11月中心強(qiáng)度達(dá)到0.45。東部型(見圖3d)海表緯向風(fēng)應(yīng)力距平從成熟年的5～11月,雖然也有西風(fēng)距平從西太平洋向東太平洋伸展,但11月中心強(qiáng)度僅為0.2,說明在ElNi?no事件盛期,東部型赤道太平洋東風(fēng)應(yīng)力偏強(qiáng)。圖3b是中部型赤道(2.5°S～2.5°N)平均的0～60m平均洋流距平的變化,成熟年5～11月(盛期),西太平洋與東太平洋都為正距平,最大正值為40,表明該區(qū)域東向流偏強(qiáng),強(qiáng)東向流與赤道太平洋東風(fēng)應(yīng)力弱一致(見圖3a)。圖3e是東部型ElNi?no事件洋流距平分布,西太平洋上為正距平,但最大值為20,表明該區(qū)域東向流偏弱,而在中太平洋為負(fù)距平(西向流),該區(qū)域的西向流與東風(fēng)應(yīng)力加強(qiáng)一致(見圖3d)。圖3c和3f分別是中、東部型赤道(2.5°S～2.5°N)平均的0～60m平均海溫距平的變化,ElNi?no事件成熟年盛期(11月)中部型海溫正距平達(dá)到4.5(見圖3c),而東部型海溫正距平為2.5(見圖3f),分析發(fā)現(xiàn),中部型ElNi?no事件強(qiáng)度比東部型強(qiáng),可能與中部型赤道太平洋的東向流比東部型事件偏強(qiáng)有關(guān)。綜上所述,中部型ElNi?no事件赤道太平洋海表西風(fēng)應(yīng)力距平比東部型相對偏強(qiáng)(即東風(fēng)應(yīng)力相對弱),使得赤道太平洋地區(qū)的東向流加強(qiáng),東向流把西太平洋暖海水輸送到赤道中東太平洋地區(qū),中部型ElNi?no事件更多受到西太平洋暖水影響。東部型ElNi?no事件赤道中東太平洋的西風(fēng)應(yīng)力相對偏弱(即東風(fēng)應(yīng)力相對強(qiáng)),東向流維持在日界線以西,東太平洋呈現(xiàn)為西向流,不利于西太平洋暖海水輸送到赤道中東太平洋地區(qū),故東部型ElNi?no事件的強(qiáng)度相對偏弱。為了進(jìn)一步說明中、東部型ElNi?no事件強(qiáng)度變化與赤道太平洋海表風(fēng)應(yīng)力及海表(0～60m)洋流異常關(guān)系,圖4給出平均緯向風(fēng)應(yīng)力距平及相同經(jīng)度上洋流距平時(shí)間-深度剖面圖;左列為中部型ElNi?no事件,右列為東部型ElNi?no事件。160°E經(jīng)度(圖a1:中部型,圖d1:東部型)西風(fēng)應(yīng)力剖面圖顯示,二者在9月之前都表現(xiàn)為西風(fēng)應(yīng)力距平加強(qiáng)期,9月達(dá)到最大后開始減弱;在西風(fēng)應(yīng)力距平加強(qiáng)期,海表層(0～60米)洋流都出現(xiàn)正異常即東向洋流,西風(fēng)應(yīng)力距平減弱期,海表層洋流都對應(yīng)負(fù)異常即出現(xiàn)西向流(見圖a2,d2)。140°W經(jīng)度(圖b1:中部型,圖e1:東部型)西風(fēng)應(yīng)力剖面圖顯示,二者西風(fēng)應(yīng)力距平在12月都達(dá)到最大后開始減弱,隨著西風(fēng)應(yīng)力減弱,表層洋流也由正異常轉(zhuǎn)為負(fù)異常(圖b2和e2)。120°W經(jīng)度西風(fēng)應(yīng)力剖面圖表明,中部型(圖c1)仍為西風(fēng)應(yīng)力距平控制,該經(jīng)度上的東向流持續(xù)到12月(圖c2);但東部型(圖f1)已轉(zhuǎn)為東風(fēng)應(yīng)力距平控制,該經(jīng)度上的東向流在8月就轉(zhuǎn)為西向流(圖f2)。從上可見,中部型暖事件最大西風(fēng)應(yīng)力距平9月出現(xiàn)在160°E,12月到達(dá)140°W后仍繼續(xù)東傳到達(dá)120°W,因此120°W經(jīng)度上呈現(xiàn)東向流;而東部型暖事件西風(fēng)應(yīng)力距平9月到達(dá)160°E,12月到達(dá)140°W后沒有繼續(xù)東傳,因此120°W經(jīng)度呈現(xiàn)西向流。綜上所述,赤道表層洋流東向流(西向流)與赤道海表西(東)風(fēng)應(yīng)力距平變化一致,當(dāng)赤道海表西風(fēng)應(yīng)力距平隨時(shí)間增加(減弱)時(shí),表層洋流相應(yīng)呈現(xiàn)為東(西)向流;中部型和東部型ElNi?no事件,赤道西太平洋地區(qū)海表最大西風(fēng)應(yīng)力距平都有顯著的東傳現(xiàn)象,但中部型ElNi?no事件西風(fēng)應(yīng)力距平強(qiáng)度偏強(qiáng),造成赤道海表西風(fēng)應(yīng)力距平及赤道表層?xùn)|向流可到達(dá)東太平洋120°W地區(qū),這可能是中部型ElNi?no事件強(qiáng)度比東部型ElNi?no事件強(qiáng)度偏強(qiáng)的原因之一。4海表洋流和內(nèi)壓輻合區(qū)的東、西向流運(yùn)動(dòng)區(qū)東移,是減少原因中、東部型ElNi?no事件洋流與海溫變化通過什么樣的過程完成?如我們所知,海水密度變化較小,用于海洋研究動(dòng)力過程的連續(xù)性方程可簡化為:?u?x+?v?y+?w?z=0.由于赤道地區(qū)洋流距平的緯向分量遠(yuǎn)大于經(jīng)向分量,因而在質(zhì)量連續(xù)的前提下,可近似用緯向洋流的東向流和西向流的異常分布表示輻合、輻散以及海洋內(nèi)部的垂直運(yùn)動(dòng)。也就是說在海洋某經(jīng)度一深度層上,比如180°以東的區(qū)域出現(xiàn)西向流,而在180°以西的區(qū)域有東向流,180°附近出現(xiàn)輻合,則表明該經(jīng)度范圍的海洋內(nèi)部有下沉運(yùn)動(dòng)。本節(jié)利用緯向洋流正(負(fù))距平的深度-經(jīng)度變化近似代表海洋內(nèi)部垂直運(yùn)動(dòng)的狀況,并探討中、東部型暖事件中垂直運(yùn)動(dòng)的變化特征與暖海溫信號傳播的可能機(jī)制。圖5給出中部型暖事件0年6月、0年9月、0年12月和次年3月赤道緯向洋流距平的分布。在中部型暖事件成熟年6月,表層洋流(60m處,下同)的東向流和西向流的輻合區(qū)出現(xiàn)在日界線以西的160°E附近(圖5a箭頭),表明該經(jīng)度范圍出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng);成熟年9月,表層洋流的東向流和西向流的輻合區(qū)出現(xiàn)在日界線以東的170°W附近(圖5b箭頭),表明下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)隨著時(shí)間變化東移到170°W經(jīng)度范圍;成熟年12月,表層洋流的東、西向洋流的輻合區(qū)引起下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)進(jìn)一步東移到160°W和130°W附近(圖5c);圖5a～c顯示,海表層?xùn)|、西向洋流產(chǎn)生輻合,隨著海表層輻合區(qū)的東移下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)也東移,下沉運(yùn)動(dòng)抑制深層冷海水的上翻,造成上層海水動(dòng)力增暖,故暖海水的東移與下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)東移有關(guān),這可能是中部型暖海溫信號向東傳的原因。圖5d給出的是次年3月洋流的變化,太平洋上東、西向流引起的輻合區(qū)出現(xiàn)在120m深層附近,低層輻合區(qū)有利上升運(yùn)動(dòng),冷海水上涌使得上層海洋溫度局地冷卻,預(yù)示ElNi?no事件結(jié)束。圖5d的洋流變化也進(jìn)一步表明,表層洋流的輻合引起的下沉運(yùn)動(dòng)抑制深層冷海水上翻,暖海水隨著下沉運(yùn)動(dòng)?xùn)|移也東移。前面分析已指出,東部型ElNi?no事件受赤道西太平洋的影響相對較小,這是由于西太平洋海表西風(fēng)應(yīng)力距平偏弱,海表洋流距平的東向流相對偏弱,并且沒有過日界線。我們進(jìn)一步分析東部型ElNi?no事件洋流與海溫之間通過什么樣的過程完成。圖6是東部型ElNi?no事件0年6月、0年9月、0年12月和次年3月赤道緯向洋流異常分布合成圖。如圖6a～c所示,在整個(gè)暖事件過程中,西太平洋地區(qū)洋流距平的水平輻合而引起的垂直下沉運(yùn)動(dòng)沒有向東太平洋移動(dòng)的現(xiàn)象,即成熟年的9月和盛期12月洋流距平的水平輻合而引起的垂直下沉運(yùn)動(dòng)都沒有過日界線,這說明西太平洋地區(qū)洋流的水平輻合引起的垂直下沉運(yùn)動(dòng)沒有東移到東太平洋地區(qū),東部型暖水事件主要受東太平洋地區(qū)(120°W以東)洋流距平的水平輻合產(chǎn)生的垂直下沉運(yùn)動(dòng)抑制深層冷海水上翻引起增暖。圖6a是成熟年6月情況,85°W附近表層洋流呈現(xiàn)輻合下沉結(jié)構(gòu),下沉運(yùn)動(dòng)抑制深層冷海水的上翻,有利表層海溫增暖;到了9月份,這種輻合下沉結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增大,并且相對6月份其位置略有西移;成熟年12月份(ElNi?no鼎盛期),100°W附近海洋表層的異常洋流輻合加強(qiáng),強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)地抑制了深層冷海水的上翻,有利表層暖海溫維持。圖6d是次年3月情況,90°W附近表層洋流的輻散對應(yīng)著低層的上升運(yùn)動(dòng),使得冷水上翻,不利于暖海溫的維持,預(yù)示著ElNi?no事件的衰亡和結(jié)束。上節(jié)分析表明,東部型ElNi?no事件西太平洋地區(qū)西風(fēng)應(yīng)力距平偏弱,暖池次表層的暖信號沿溫躍層向東太平洋傳播的現(xiàn)象不明顯。那么,西太平洋的暖水通過什么樣的過程傳到東太平洋地區(qū)?圖7給出西風(fēng)漂流距平與表層海溫異常的分布,可以看出二者的正距平自西向東的傳播有很好的一致性。這說明在東部型ElNi?no事件中,西太平洋的暖水并不是直接由赤道次表層向東傳播,而可能是西太平洋暖水由向南的西邊界流平流至40°S附近的西風(fēng)漂流區(qū)域(圖略),再由異常的西風(fēng)漂流將這個(gè)暖信號向東傳播至東南太平洋,為暖事件的發(fā)生提供了一定的條件。這一現(xiàn)象說明,ElNi?no期間的暖信號自西向東傳播可能有兩條路徑:一是沿赤道次表層溫躍層向東傳送(如中部型ElNi?no事件);二是由南半球中高緯表層?xùn)|向流向東傳播,南半球西風(fēng)漂流區(qū)是暖信號東傳的