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本文利用近50年的美国Maryland大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料以及中国160站降水、气温观测资料,首先从有效位能的角度来分析热带太平洋ENSO的年代际变化;然后是定义四个指数来表征西太平洋暖池的变化特征,分析了西太平洋暖池对中国气候的影响,并研究了西太平洋暖池与北半球大气环流的关系。得到主要结论如下:
1.从有效位能分析热带太平洋ENSO的年代际变化从有效位能变化角度来分析了与ElNino事件相联系的热带太平洋有效位能(APE)的时空演变过程,揭示了近50年来ENSO的年代际变化特征,结果表明,热带太平洋ENSO年代际变化特征主要表现为在70年代末期以前与其后的显著不同。主要表现在:70年代末期以后,在有效位能异常变化的振幅和频率方面,振荡的振幅显著增大,并频率变慢;70年代末期以前,在有效位能异常变化的空间分布方面,ElNino事件的先兆是有效位能先在热带西太平洋异常积累,然后这些积累的有效位能,在自由Kelvin波的作用下向东传播并释放能量,使得东太平洋出现能量的异常,东太平洋的有效位能减少,产生ElNino事件;70年代末期以后,在有效位能异常变化的空间分布方面,ElNino事件的建立没有表现异常的有效位能在热带西太平洋的积累,其建立主要表现为赤道中太平洋直接出现的局地有效位能的异常,然后在海气不稳定相互作用下向东传播,使得东太平洋的有效位能减少,发生ElNino事件。
2.西太平洋暖池的变化特征从季节变化上看,暖池面积、体积和中心纬度的变化趋势大体一致,夏秋季节三者都是位于较为稳定状态,这三者与中心纬度的季节变化几乎是呈反位相关系,暖池体积具有半年循环的特征。在年际时间尺度,暖池面积和体积的距平变化曲线很相似,80年代以前两者与nino3指数较为相似,80年代以后nino3指数正异常极大值的出现滞后于暖池面积和体积的正异常极大值,两者存在与ElNino相联系的一面,同时又存在与ElNino不同的一面;暖池中心经度距平指数与nino3指数变化相一致;暖池中心纬度距平以高频部分为主,季节变化和年循环覆盖了其它变化,暖池中心纬度距平指数与nino3指数呈反位相关系。在年代际时间尺度上,暖池面积和体积的年代际变化很相似,都是在70年代末期发生跃变,之前主要是负异常,之后是正异常,二者表现为与PDO相联系的时间序列。暖池在近50年来都具有增大的总趋势,去除趋势项后的纯粹的暖池年代际振荡特征,最明显的振荡周期约为10年。
3.西太平洋暖池对中国气候的影响上一年冬季及同年春季、同年夏季暖池四个距平指数对中国夏季降水的影响主要集中在黄淮流域、长江流域(特别是中下游)、河套地区、华北地区、福建、广东阳江和贵州兴仁这些地区;河套地区、长江流域、广东阳江、贵州兴仁是同位相变化,与黄淮流域是反位相变化。从四个距平指数对中国气候的影响的关键区域来看,暖池面积距平指数和体积距平指数既有表现为与ElNino相联系的一面,又存在为与ElNino不同的一面,暖池中心经度距平指数和中心纬度距平指数是反位相变化。滤波后暖池中心经度年际变化和暖池中心纬度年际变化对中国部分地区的影响与滤波前两个距平指数对中国相同地区的影响是相似的,说明这两个指数异常变化是以年际变化为主的。滤波后暖池面积年际变化和体积年际变化对中国部分地区的影响与滤波前相比变化较大,说明了暖池面积和体积异常变化中年际变化和年代际同样重要。暖池年代际变化对中国气候的影响为:上世纪50年代初期至1977年,除了东北部分地区、河套地区、长江中游小部分地区降水偏少,全国其它地区降水偏多,全国除了四川气温升高,其它地区都是气温降低;1977年到90年代末期,降水异常和气温异常分布则反之。
4.西太平洋暖池与大气环流的关系西太平洋暖池与西太平洋副高指数的季节性关系非常密切。在年代际时间尺度上,暖池面积和体积的年代际变化与副高面积及强度的年代际变化的相关性很好,都是在1977年左右有个跃变,在近50年来都是处于增大的总趋势,最明显的年代际振荡周期都是约10年。暖池年际变化与北半球大气环流年际变化的关系为:暖池面积、体积年际指数在低纬地区都为正相关;暖池中心纬度年际变化在低纬地区都为负相关;暖池中心经度年际变化在200hPa和500hPa高度场异常在低纬地区都为正相关。夏季暖池年代际变化与北半球大气环流年代际变化的同期相关为:在200hPa高度场异常上存在一个美洲大陆为正相关区,加拿大东部格陵兰岛地区为负相关区的大气遥相关型;在500hPa和850hPa高度场异常也是存在一个从亚洲大陆经太平洋到美洲大陆的大气遥相关型。