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热带印度洋-太平洋海气相互作用是影响东亚季风年际变率的关键过程之一.本文在揭示东亚季风随季节演变的年际变率主导模态的基础上,分析了不同季节各种热带海洋强迫因子间的相互作用及其对东亚季风的影响,然后从诊断分析和数值模拟两方面入手,讨论了印度洋-太平洋海气相互作用及其影响东亚季风的几个关键问题。主要结论如下:
一.东亚季风年际变率随季节演变的主导模态东亚季风年际变率的两个主导模态分别对应ENSO后一年及ENSO发展年。对应第一模态,在ElNino衰减年夏季,西北太平洋出现负降水及反气旋环流异常。反气旋异常导致了从中国长江中下游延伸到日本南部的正降水异常。随后的秋季,气旋性环流异常替代原先的反气旋性环流异常控制了西北太平洋,使得中国东南部降水减少。该异常降水型随后一直维持到冬季和来年春季。对应第二模态,在ElNino发展年夏季,赤道中太平洋正的加热异常在西北太平洋激发出异常气旋性环流,使得西北太平洋季风增强。与此同时,异常反气旋开始在热带北印度洋发展。在随后的秋季和冬季,该异常反气旋逐渐移动至南海和西北太平洋。反气旋性环流异常令水汽输送增强,导致中国东南部降水增加。通过局地海气相互作用,反气旋性环流异常和正的降水异常在随后的春季继续得以维持。
二.ENSO发展年和衰减年夏季西北太平洋降水和表层海温(SST)关系的差异尽管在ENSO发展年和衰减年的夏季,西北太平洋环流异常基本对称,但西北太平洋“降水-SST”的关系截然不同,前者降水异常和SST异常(SSTA)呈显著的正相关,而后者则呈负相关关系。研究表明,“降水-SST”正的相关关系是异常Walker环流和增强的西北太平洋季风激发的跨赤道气流共同作用的结果。前者导致西北太平洋负的降水异常,而后者则通过增大向上的潜热通量,令西北太平洋SST变冷。“降水-SST”负的相关关系则归因子从ElNino成熟位相(即北半球冬季)维持到来年夏季的西北太平洋异常反气旋。该异常反气旋一方面抑制局地降水,另一方面通过增加达到海表的太阳短波辐射、减少向上的潜热通量,令局地SST增暖。在非ENSO年夏季的西北太平洋,“降水-SST”不存在显著的相关关系。因此,西北太平洋夏季“降水-SST”总的负相关关系,实际上来自ENSO衰减年的贡献。
三.ElNino和LaNina西北太平洋环流异常的非对称性一般常利用经验正交函数分解(EOF)的方法来揭示对应ENSO冷暖位相的亚澳季风区环流异常。该方法得到的其实是ENSO正、负位相的对称模态。事实上,对应ElNino和LaNina成熟位相(北半球冬季)的西北太平洋大气环流异常表现出显著的非对称特征,LaNina年的异常气旋(WNPC)通常较之E1Nino年的异常反气旋(WNPAC)位置明显偏西。这种非对称性可能与ENSO自身的非对称性和西北太平洋局地SSTA的非对称性有关。为了解释西北太平洋局地SSTA非对称性的产生原因,我们研究指出经典的“风-蒸发-SST”反馈存在两种体系,当异常风强(弱)于背景风时,表面风速异常相对于相反的异常风对称(非对称),表面风速异常的非对称会导致潜热通量异常的非对称,并进一步造成SSTA倾向的非对称。分析表明,西北太平洋低层环流异常的非对称性,使得对应ENSO冷、暖位相的冬季,中国东南部的降水异常呈现出显著差异,ElNino年的正降水异常远强于LaNina年的负降水异常。
四,热带印度洋影响ElNino成熟位相西北太平洋环流异常的机制基于大气-海洋耦合模式积分结果的分析表明,在ElNino发展年的北半球夏季,东南印度洋的负降水异常与西北太平洋的正降水异常之间的正反馈过程,导致西北太平洋的正降水异常发展,进而使得下方SST变冷。在ElNino成熟位相的北半球冬季,西北太平洋冷SSTA通过抑制局地对流活动影响WNPAC。此时,热带印度洋SSTA演变为印度洋洋盆模态(IOBM);但由于受到ElNino通过Walker环流变化造成的遥强迫的抑制,此时IOBM不能对WNPAC产生显著影响。WNPAC的强弱能够直接影响赤道西太平洋纬向风应力异常,进而影响到ElNino的位相转交。西北太平洋SSTA是印度洋偶极子(IOD)影响ElNino位相演变的桥梁。
五.ElNino衰减位相印度洋和西北太平洋对西北太平洋反气旋维持的影响利用大气环流模式进行的分洋盆强迫试验证明,在ElNino衰减年的夏季,WNPAC的维持是IOBM遥强迫和西北太平洋负SSTA局地强迫共同作用的结果。在6-8月,局地强迫随着西北太平洋负SSTA的逐渐减弱东移而逐渐减弱。IOBM通过激发出大气Kelvin波,强迫西北太平洋大气环流,它的强迫效果与西北太平洋季风槽的气候态强度密切相关。因此,虽然在6-8月IOBM的强度逐渐减弱,但随着西北太平洋季风槽的逐渐增强,IOBM的强迫作用反而逐渐增强。WNPAC对东亚季风产生最显著影响的时间是6月份,它使得梅雨锋降水显著增多。因此,西北太平洋局地负SSTA可能对东亚夏季风的季节预测更有意义。