大氣科學(xué)概論-ENSO

1、海氣相互作用的產(chǎn)物厄爾尼諾，周順武南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院大氣科學(xué)系，近年來(lái)各種媒體對(duì)這種名詞厄爾尼諾越來(lái)越關(guān)注。 很多氣候現(xiàn)象和災(zāi)害都?xì)w結(jié)于厄爾尼諾現(xiàn)象，例如印度尼西亞的森林火災(zāi)、巴西的暴雨、北美的洪水和暴雨、非洲的干旱等。 厄爾尼諾將成為災(zāi)難的代名詞！ 北美的暴雨和洪水、非洲的干旱、澳大利亞的干旱、印度尼西亞的森林火災(zāi)、1997年8月印度尼西亞的加里曼丹島和蘇門(mén)答臘島的森林火災(zāi)、1998年長(zhǎng)江流域發(fā)生大洪水災(zāi)害，1998年夏天，長(zhǎng)江中下游地區(qū)連續(xù)下大雨，洪水激增， 沿河的許多地區(qū)水位突破歷史最高記錄，數(shù)百萬(wàn)軍民達(dá)到堤防，世界天氣、氣候異常三個(gè)因素，1997年1998年因“天災(zāi)”給世界造

2、成了100億美元以上的經(jīng)濟(jì)損失和7000多人的死亡。 “神”為什么狂暴不安？ 專家們一致認(rèn)為，赤道東南太平洋地區(qū)形成近幾百年來(lái)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的厄爾尼諾現(xiàn)象，從而引起世界天氣、氣候異常。 世界氣象組織(worldmeteorologicalorganization，WMO )將其提升為影響當(dāng)前世界天氣和氣候異常的三個(gè)因素之一(其中兩個(gè)因素是人類活動(dòng)造成的大氣溫室效應(yīng)和森林破壞)。 主要內(nèi)容有：第一節(jié)海洋的基礎(chǔ)背景知識(shí)第二節(jié)ENSO意義第三節(jié)ENSO形成機(jī)制及其對(duì)氣候的影響，第一節(jié)海洋的基本背景知識(shí)，海洋對(duì)大氣的重要性海水溫度分布的主要特征海流和貿(mào)易風(fēng)，一、海洋對(duì)大氣的重要性海洋復(fù)蓋了全世界面積的7

3、1%。 因?yàn)楹Ｋ涂諝獾奈锢硖匦缘牟町惡艽?，例如，海水的熱容量是空氣的約3100倍，也就是說(shuō)1立方厘米的海水通過(guò)降低從溫度1放出的熱量，可以把3100立方厘米的空氣提高到溫度1。 因此，海洋的熱容量遠(yuǎn)大于大氣，海洋溫度的微小變化對(duì)大氣溫度產(chǎn)生強(qiáng)烈反應(yīng)，地球系統(tǒng)的水分循環(huán)離不開(kāi)海洋。 海洋與大氣的相互作用：主要是指水與熱的交換，如果不考慮海洋的存在和海洋發(fā)生的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，就不能模擬氣候的平均狀態(tài)。 另一方面，海流(海流)還隨著大氣風(fēng)的應(yīng)力而變動(dòng)，海洋和大氣在氣候異常變化的時(shí)間和空間尺度上相互作用、相互依存。 海洋和大氣的相互作用，全球海表面的年平均溫度(單位：等值線間隔：3)，二，海水溫度分

4、布的主要特征1，海水表層溫度分布，海表面溫度分布特征，海表面溫度呈帶狀，沿緯度增加逐漸減少。 通常，低緯度海區(qū)的水溫高于高緯度海區(qū)的水溫。 同一個(gè)海區(qū)的水溫，夏天高，冬天低。 在同緯度海區(qū)，暖流流動(dòng)的海區(qū)的水溫比寒流流動(dòng)的海區(qū)高。 太平洋西暖東冷。 2、海溫垂直分布，2004年6月沿赤道太平洋次表層月平均海溫經(jīng)度剖面，1、3測(cè)站緯度的高低，請(qǐng)說(shuō)明原因2 .海水溫度垂直變化規(guī)律是否找到？ 太平洋170E 3三個(gè)不同緯度的測(cè)站水溫為深度分布曲線，深層海水溫度變化規(guī)律，海溫隨深度增加而減少： 1000m以內(nèi)，降溫快1000m以下，變化小。 原因：太陽(yáng)放射到海里的光能被表層海水吸收，所以海表面溫度比海

5、內(nèi)部高。 混合層和溫躍層、海洋上層的溫度受大氣的影響，在海洋表面下數(shù)十米的水層，風(fēng)波和海流引起的湍流混合很強(qiáng)，海水溫度的垂直變化很小，因此稱為混合層。 但是，在某個(gè)高度以后，很快就會(huì)遇到薄水層，其海水溫度因深度而特別劇烈變化，這個(gè)區(qū)域被稱為溫躍層。溫躍層、混合層、赤道太平洋海水溫度垂直分布，溫躍層將熱帶海洋分為上下兩個(gè)不同熱性質(zhì)的海水層，上層為暖水層，下層為冷水層。 赤道太平洋東部20等溫線一般位于50m的深度，但是向西逐漸傾斜，在赤道太平洋西部一般位于200m的深度。 因此，溫躍層被氣象和海洋學(xué)者都稱為斜溫層。 溫躍層又稱為斜溫層，三、海流又稱為貿(mào)易風(fēng)，海流是海洋表層的水，多年來(lái)相對(duì)穩(wěn)定地沿

6、一定方向進(jìn)行大規(guī)模流動(dòng)，海流又稱為海流(Ocean current )。 海流是海洋水體運(yùn)動(dòng)的主要形式。 大型海流的形成與大氣環(huán)流有直接關(guān)系。 在表層海流分布規(guī)律、信風(fēng)和信風(fēng)(也稱貿(mào)易風(fēng))赤道兩側(cè)的低層大氣中，北半球吹東北風(fēng)，南半球吹東南風(fēng)，這種風(fēng)的方向幾乎沒(méi)有變化，它們每年都這樣穩(wěn)定出現(xiàn)，講信用，這是trade哥倫布第二次繞著大圈子，沿著西班牙和北非西海岸南下，接近赤道第一次橫跨大西洋。 只用了20天，貿(mào)易風(fēng)在航海中的作用，貿(mào)易風(fēng)在海氣相互作用中的作用，赤道南北兩側(cè)的東南貿(mào)易風(fēng)和東北貿(mào)易風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下，赤道太平洋表層海水從東向西流動(dòng)，形成表層海流。 這個(gè)海流將太平洋表層的溫暖海水運(yùn)送到西太平洋堆

7、積，西太平洋的水位上升，熱量也持續(xù)積蓄。 與表層海流相對(duì)應(yīng)，受到東西向海水的壓力差驅(qū)動(dòng)，在其下方形成與其方向相反的從西向東的赤道潛流。 表層海流和赤道潛流，在赤道東太平洋表層溫暖的海水流動(dòng)后，使表層以下的溫度低的海水上升，代替流動(dòng)的海水，在這個(gè)地域形成巨大的涌升流，被稱為冷水上反區(qū)，這個(gè)海域的水溫比周圍低。 冷水上轉(zhuǎn)、西、東、赤道太平洋年平均海表面高度和溫度、秘魯漁場(chǎng)的成因模式圖、太平洋海溫西高東低的原因是秘魯?shù)暮餮刂箨憙蓚?cè)北上，其中一部分沿著赤道附近形成南赤道洋流向西移動(dòng)的低緯海域從東向西吹的貿(mào)易風(fēng)將赤道附近的暖水蓄積在太平洋西側(cè)，通常稱為暖池暖池、熱帶西太平洋是地球海溫最高的海域，長(zhǎng)期

8、維持28以上的高溫，地球約90%的暖海水集中在這里，因此被稱為西太平洋暖池(Western Pacific Warm Pool )。 該地區(qū)海溫異常制約了亞太地區(qū)乃至全球范圍的氣候變化，是大氣熱的主要供應(yīng)地。 由于太陽(yáng)輻射、換熱、東向西吹貿(mào)易風(fēng)等作用，大量暖水積聚在暖池區(qū)，該區(qū)的海表面溫度比東太平洋高出39度。 世界海面水溫的年平均分布()，第二節(jié)ENSO的意義，厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼諾現(xiàn)象的意義沃克環(huán)流ENSO的監(jiān)測(cè)和指標(biāo)，厄爾尼諾現(xiàn)象又稱為厄爾尼諾現(xiàn)象，是指赤道中東太平洋附近的海時(shí)修正溫度持續(xù)異常上升的現(xiàn)象El Nio喜歡西班牙語(yǔ)的“嬰兒”，也可以翻譯成“神之子”。 因?yàn)檫@個(gè)赤道中東太平洋的異

9、常溫暖化持續(xù)的事件，通常是在圣誕節(jié)前后開(kāi)始發(fā)生的。 厄爾尼諾、厄爾尼諾(El Nio )是西班牙語(yǔ)的“厄爾尼諾”音譯(神之子)，原指每年圣誕前后，沿厄瓜多爾和秘魯沿岸出現(xiàn)弱暖洋流，取代沿岸原來(lái)的冰冷海水現(xiàn)象。 溫水向東回流到東太平洋，秘魯漁場(chǎng)魚(yú)鳥(niǎo)大量死亡，海表溫度平均(SSTA )，海表溫度(Sea Surface Temperature，SST )偏離正常年份，稱為海表溫度平均(Sea Surface Temperature ) 。圖中赤道東太平洋高4以上。 一、什么是拉尼亞現(xiàn)象？ 拉尼納(La Nia )現(xiàn)象是赤道、中東、太平洋、海時(shí)修訂的溫度持續(xù)大范圍異常冷卻的現(xiàn)象。 La Nia在西班

10、牙的意思是“少女”，正好和意思是“幼兒”相反，也被稱為“反El Nio”。 拉尼納現(xiàn)象，由于東風(fēng)強(qiáng)，涌升流強(qiáng)，東赤道太平洋海水溫度比長(zhǎng)期平均值低。 拉尼納盛期(1988.12-1989.2 )熱帶太平洋海表面溫度距離平均(紅色為異常溫暖化區(qū)，藍(lán)色為異常寒冷地區(qū))。 圖中赤道、中東和太平洋約低23間。 英國(guó)數(shù)學(xué)家沃克爵士(Sir. Gilbert Walker )氣壓蹺蹺板：熱帶東太平洋和熱帶東印度洋氣壓場(chǎng)反相變化的蹺蹺板現(xiàn)象(南方濤動(dòng)現(xiàn)象)。 南方濤動(dòng)Southern Oscillation、塔希提島、達(dá)爾文島、南方濤動(dòng)，達(dá)爾文與塔希提島氣壓呈負(fù)相關(guān)(圖中數(shù)值為100 )，達(dá)爾文島(紅色)、塔

11、希提島南方濤動(dòng)指數(shù)高，東厄爾尼諾期間，東南太平洋氣壓明顯減弱，印度尼西亞和澳大利亞的氣壓上升。 拉尼娜之間的情況正好相反。 氣象學(xué)家沃克發(fā)現(xiàn)，東赤道太平洋地區(qū)強(qiáng)烈的冷海水上升，其海洋表層溫度與西赤道太平洋地區(qū)的“暖池”之間形成了強(qiáng)烈的對(duì)比。 東赤道太平洋冷水域上空大氣強(qiáng)沉，西赤道太平洋印度尼西亞海洋大陸上空大氣對(duì)流強(qiáng)，大氣以上升為主，閉合形成環(huán)流圈，被稱為沃克環(huán)流。 二、沃克環(huán)流(Walker Circulation )、沃克環(huán)流圖、赤道附近東西方向的垂直大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)和海面水溫分布(源： Peixoto and Oort，1992 )、沃克環(huán)流帶動(dòng)南方濤動(dòng)、El Nio現(xiàn)象，正常年：海水向西移

12、動(dòng)，海洋低層的厄爾尼諾期間：減弱海水向西的力量，反而使表層海水向東移動(dòng)，低層營(yíng)養(yǎng)鹽的涌升流不上升。 1960s美國(guó)氣象家杰克布皮尼斯發(fā)現(xiàn)南方濤動(dòng)和厄爾尼諾事件和拉尼諾事件，Jacobbjerknes發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾事件和南方濤動(dòng)厄爾尼諾南方濤動(dòng)=enso (El nio/southernoscillation )，ENSO實(shí)際上是elnio和southern oscillation的簡(jiǎn)稱。 ENSO事件不僅僅作為事件發(fā)生，而且是周和再開(kāi)始的周期，因?yàn)槠渲芷诩s為27年，所以也稱作ENSO周期。 厄爾尼諾和拉尼亞是ENSO循環(huán)中冷暖兩種不同相位的異常狀態(tài)。 厄爾尼諾也被稱為ENSO變暖事件，拉尼娜也被

13、稱為ENSO冷事件。 三、ENSO的監(jiān)測(cè)和指標(biāo)、上世紀(jì)80年代初世界氣象組織(WMO )等組織為研究ENSO現(xiàn)象及其對(duì)氣候的影響，制定了10年(19851994 )“熱帶海洋和地球大氣”(tropicaloceangloop )的下圖在赤道太平洋布上形成了巨大的(ENSO觀測(cè)系統(tǒng)) From Tropical Atmosphere Ocean，ENSO的觀測(cè)內(nèi)容，ENSO的觀測(cè)主要包括各區(qū)的海溫指數(shù)、SOI指數(shù)、貿(mào)易指數(shù)和沃克指數(shù)等。 海表面溫度：海表面溫度是測(cè)量氣候變化率的重要指標(biāo)，是ENSO監(jiān)測(cè)和診斷的最基本變量。 赤道中，東太平洋被劃分為以下4個(gè)ENSO監(jiān)測(cè)區(qū)(下圖)，各海區(qū)的海表面溫度

14、的距離水平值是表示各海區(qū)的海表面溫度特性的指數(shù)。4個(gè)ENSO監(jiān)測(cè)區(qū)，根據(jù)Nino3區(qū)(5N5S，160W90W )的海表面溫度水平(SSTA )，該海域的月的地域平均海溫水平以0.5持續(xù)6個(gè)月以上，被定義為厄爾尼諾事件的月的地域平均海溫水平以-0.5持續(xù)6個(gè)月以上根據(jù)這個(gè)定義，在19512001年期間，厄爾尼諾事件發(fā)生了15次，拉尼諾事件發(fā)生了11次。 19512001年間，Nino3區(qū)海表面溫度平均，1991年12月太平洋海表面溫度平均分布，1998年12月太平洋海表面溫度平均分布，第三節(jié)ENSO形成機(jī)制及其對(duì)氣候的影響，ENSO形成機(jī)制ENSO事件對(duì)我國(guó)氣候的影響， 正常情況是大氣場(chǎng)1 .

15、高壓(h )東北貿(mào)易風(fēng)，東南貿(mào)易風(fēng)2 .低壓(l )西風(fēng)3 .赤道120E上升幅度4 .印度尼西亞、新幾內(nèi)亞地區(qū)熱帶雨林氣候?qū)α魍ⅲ?、ENSO形成機(jī)制、太平洋東側(cè)、太平洋西側(cè)、 在西太平洋溫躍層深度達(dá)到200米的東太平洋赤道地區(qū)，東風(fēng)海水向西的流動(dòng)很盛行，堆高西太平洋比東太平洋海面高40厘米左右。 正常情況天氣，正常狀態(tài)(1993.12 )，正常年：穩(wěn)定貿(mào)易風(fēng)，向西吹。 冷水濺起來(lái)。 厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)：貿(mào)易風(fēng)減弱，貿(mào)易風(fēng)減弱，海水向東流，南美沿岸溫躍層加深，海面升高，海面變暖，出現(xiàn)El Nio征兆。 在西太平洋海面高度下降，溫躍層上升。 赤道太平洋的海水溫度構(gòu)造對(duì)貿(mào)易風(fēng)的變化作出反應(yīng)，厄

16、爾尼諾狀態(tài)(1997.12 )，厄爾尼諾年：貿(mào)易風(fēng)減弱，風(fēng)向變化。 溫暖的水向東移動(dòng)。 強(qiáng)烈信風(fēng)的狀況是，強(qiáng)赤道向南赤道流動(dòng)，西太平洋積蓄了溫暖的水，溫躍層加深了。 赤道東太平洋(特別是秘魯沿岸)的海溫下降了。 出現(xiàn)洛杉磯的征兆。 赤道太平洋海水溫度結(jié)構(gòu)對(duì)貿(mào)易風(fēng)變作出反應(yīng)，拉尼納狀態(tài)(1998.12 )，ENSO對(duì)全球變暖的影響，畢竟是ENSO影響了大氣環(huán)流變化的結(jié)果。 更早開(kāi)始受到影響的是熱帶大氣環(huán)流，其影響程度也最明顯，相繼在其相關(guān)中，高緯度大氣環(huán)流也隨之變化，氣候也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 二、當(dāng)ENSO對(duì)全球變暖的影響、厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，熱帶中東太平洋海溫的快速上升首先直接引起中東太平洋及南美太平洋沿岸國(guó)家的異常降雨，洪水災(zāi)害頻繁發(fā)生的同時(shí)使熱帶西太平洋的降水量減少，印度尼西亞、澳大利亞一帶發(fā)生了嚴(yán)重干旱。 東部：洪水西部：干旱、ENSO由于大氣環(huán)流的作用，影響中高緯度地區(qū)，也給全球變暖帶來(lái)異常。 因此，厄爾尼諾現(xiàn)象與非洲東南部和巴西東北部的干旱、加拿大西部和美國(guó)北部的暖冬、美國(guó)南部的冬天溫暖潮濕的雨水常常引起的日本和我國(guó)東北的夏天的低溫、日本和我國(guó)的降水等也有一定的相關(guān)性。 表示在美國(guó)東北部、西北