西风爆发在ENSO演变中的作用

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本研究针对太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,简称PDO)不同位相下厄尔尼诺的发展,考察了西风爆发(westerly wind burst,简称WWB)在厄尔尼诺的激发机制和演变机制中作用的异同,总结归纳了西风爆发在PDO不同位相下ENSO演变中的作用。这有助于提高对ENSO的预测技巧,为我国气候季节预测提供科学依据。本研究使用了1980年至2017年时间分辨率为一日4次的ERA-Interim再分析资料、时间分辨率为五日1次的GODAS资料以及ERSST月平均海表面温度资料。得到的主要结论如下:1、研究指出西风爆发在PDO正位相时强度更强、频数更高,对厄尔尼诺的演变影响更加显著;而在PDO负位相时正好相反。在PDO正位相,西风爆发的发生频数、持续时间和空间范围均高于PDO负位相西风爆发的活动。同时,与拉尼娜年和正常年相比,厄尔尼诺年的西风爆发的频数更多,持续时间更长,空间范围更广。在ENSO激发期,PDO正位相期间,厄尔尼诺的演变相较PDO负位相可能受到强度更强、范围更大、发生更频繁的西风爆发的影响。与西风爆发直接相关的天气/气候系统在PDO正位相的空间分布活动范围更广。自PDO由正位相转为负位相后,与西风爆发的天气/气候系统向西移动,导致PDO负位相期间产生更多的中部型厄尔尼诺。2、定义了更适合描述西风爆发的一个新指数,该指数可以更好地描述西风/东风爆发和厄尔尼诺演变之间的关系。根据1980年至2017年赤道地区海表面气压异常场的活动特征提出一个描述赤道地区西风爆发活动的新指数——赤道振荡指数(equatorial oscillation index,简称EOI)。通过将赤道振荡指数与南方涛动指数及西风爆发、东风爆发和Ni?o-3.4海温异常等相关性的差异,指出本文所定义的EOI性能优于传统的SOI。在此基础上,对各指数与Ni?o-3.4海温异常的超前滞后关系进行定量分析发现,SOI与Ni?o-3.4海温异常(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)的相关系数从4月到5月发生骤降现象(而EOI与Ni?o-3.4相关没有这种现象),这可能与副热带南太平洋海平面气压在4月至5月间快速变化有关。即使当SOI与厄尔尼诺的海表面温度异常空间分布不匹配时,EOI仍可以很好地与厄尔尼诺的海表面温度异常空间分布相匹配。3、依据次表层海温的逐候演变特征,在候-月时间尺度上给出赤道太平洋开尔文波事件的判据标准,并分析得到西风爆发影响赤道太平洋开尔文波的最优统计关系。利用超前滞后分析,找到西风异常影响赤道太平洋开尔文波的最优统计关系:在持续西风异常(60天平均)影响下,可有效地引起20天后的赤道太平洋上层海温正异常(60天平均);而在持续东风异常(30天平均)影响下,可有效引起30天后的赤道太平洋上层海温负异常(30天平均)。在空间位置上,国际日期变更线附近(150°E-170°W)的西风爆发与赤道中东太平洋(160°W-100°W)的20°C等温线深度异常有很好的对应关系。在3月至8月,西太平洋(170°E以西)西风异常可导致150°W温跃层的变化,激发开尔文波东传至赤道东太平洋。在ENSO成熟期(9月-次年2月),国际日期变更线附近(150°E-170°W)的西风爆发与赤道东太平洋(120°W附近)海表面温度和温跃层三者形成Bjerkness正反馈,导致赤道西太平洋(170°E附近)西风异常与赤道东太平洋(110°W附近)20°C等温线深度异常的同期相关最大。
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