大气季节内振荡通过大气、海洋途径对ENSO事件的影响研究

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大气季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,ISO)和ENSO(The El Ni(?)o–Southern Oscillation)事件是存在于热带海气系统中具有不同时空尺度的气象异常典型代表事件。其中,El Ni(?)o作为热带海洋年际尺度上最主要的变率受到了广泛的关注,但是以往的研究中对于海气高度耦合的ENSO整体异常中热带太平洋大气Walker环流的次季节表现,以及其与ISO的关系尚不明确。本文采用了再分析数据分析和数值试验相结合的方法,揭示了在El Ni(?)o事件中存在热带太平洋低层大气压力场和垂向Walker环流响应相对较快/较慢的两类事件,证明了ISO在某个关键时间段内的不同累计效应是导致该快/慢响应事件产生的根本原因,并提出了海洋途径在其中的可能影响。采用一套较高分辨率的逐日海气耦合再分析数据NCEP/CFSR(National Centers for Environmental Prediction/Climate Forecast System Reanalysis),本文给出了北半球冬季(12月-次年2月)的热带大气ISO特征与ENSO事件的对应关系,提出了热带西太平洋的西风爆发事件的频次和强度是年际和年代际时间尺度上ISO对ENSO影响的重要途径。具体研究结果表明,在年际时间尺度上,强ISO年时ISO事件可以持续传播到西风爆发关键区,进而促进了ENSO的前期演变过程,而弱ISO年时其东传的范围无法达到关键区。在长期年代际时间尺度上,晚冬ISO指数与ENSO指数在1998年前后都存在显著的年代际突变。其中,ISO的强度以及东传的范围在1998年之前均要大于1998年之后。相应地,El Ni(?)o事件强度在1998年后也减弱。而在早冬季节,伴随着印度洋的增暖,ISO强度表现为逐年增加。可见,年际和年代际时间尺度上存在ISO对ENSO影响的“大气途径”,即由于ISO的东移增加,导致了次季节时间尺度的热带西太平洋的西风爆发事件频次增加及西热带太平洋的平均西风异常,并进而对赤道中东太平洋El Ni(?)o事件产生影响。此外,本文也关注了该“大气途径”在年内时间尺度的表现。研究结果表明,NCEP/CFSR耦合再分析数据中El Ni(?)o事件存在低层大气响应相对较快/较慢的两类事件,并且两类事件的差异是在次季节时间尺度。在快响应年,背景的水汽条件以及动力条件有利于ISO的传播,ISO可以传播至日界线以西;在慢响应年,ISO传播则被限制在日界线附近。快/慢年下“短周期”的ISO事件在东赤道太平洋不同的累积效应最终导致了El Ni(?)o发展阶段低层大气气压场和垂向Walker环流的不同响应。进一步的区域大气数值模式研究发现,边界层的水汽反馈是造成次季节大气低层位势高度传播差异的关键因素,大气纬向风的垂直切变是造成次季节降水传播的主要因素,而海温异常是位势高度场和降水场次季节变化的次要因素。相对于ISO传播过程中“大气途径”的贡献,热带太平洋和印度洋间通过海洋波动、海流等“海洋途径”也相互联通。本文研究发现在快响应年下,ISO影响ENSO的过程中,海洋性大陆关键区域可以通过海流的热流量调整过程,影响海洋性大陆区域内上层海洋的热含量,导致海洋性大陆区域海面温度相对偏暖,使得ISO更加容易通过海洋性大陆区域,进而促进了El Ni(?)o期间的大气快速响应。随后的WRF-ROMS耦合模式数值试验也初步验证了这一结论。
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