印度洋—太平洋热带区域异常热力强迫对夏季西太平洋副热带高压变化的影响机理研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhanchi
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利用NCEP/NCAR逐月再分析、NOAA海温、Hadley海温、美国气候预测中心(Climate Prediction Center,CPC)Nino3.4指数、中国国家基本站观测数据、国家气候中心提供的西太平洋副热带高压(West Pacific Subtropical High,以下简称“西太副高”或“WPSH”)特征指数等资料,采用了经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)、小波分析、功率谱分析和回归分析等方法,研究了印度洋-太平洋热带区域异常热力强迫对夏季西太平洋副热带高压变化的影响和作用机理。主要结果如下:(1)前期热带印度洋(Indian Ocean,IO)与太平洋(Pacific Ocean,PO)对夏季西太平洋副热带高压面积变动存在显著的联合影响。热带中印度洋(Central Tropical Indian Ocean,CTI)与赤道中太平洋(Central Equatorial Pacific,CEP)是影响夏季西太副高的关键海区,且初春CTI海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与夏季WPSH的年(代)际变化关系表现得更为密切。热带印度洋-太平洋(Indo-Pacific Oceans,以下简称“印-太”或IP)海温联合异常导致的辐散强迫出Gill型反气旋,并随辐散中心的移动而移至西北太平洋副热带地区;同时,CTI偏暖激发的Kelvin波东传,导致在南海西太平洋低纬的反气旋性切变增强,从而在西北太平洋上加强了由于Gill响应而形成的异常反气旋;增强了的反气旋异常进一步通过Ekman抽吸加强了夏季风经向环流,在WPSH活动区出现了显著异常下沉,使得对流层低层制造出负涡度异常。以上三种机制的联合作用导致了副高增强,面积偏大。(2)ENSO背景下的夏季印度洋海盆尺度模(Indian Ocean basin mode,IOBM)与独立于ENSO的IOBM(Pure IOBM,IOBM_P)对西太副高的影响机理不同。滤除前期ENSO信号后,西北太平洋上为冷SSTA,并在其西北侧强迫出Gill型反气旋。另IO与海洋性大陆(Maritime Continent,MC)间存在西高东低的海温异常梯度,印度洋暖SSTA激发出的赤道Kelvin波影响至MC西部地区,强迫出的异常大气环流关于赤道基本对称。加之此时我国南海至西北太平洋地区降水偏弱,潜热释放偏少,从而非绝热冷却,导致西太副高异常偏强、偏南。而在前期El Ni(?)o的影响下,来年夏季IO与MC地区均有利于出现暖海温异常,Kelvin波的影响偏强偏东,强迫出的异常环流偏在北半球,通过“Ekman抽吸”和非绝热冷却在对流层低层制造出异常负涡度进而影响西太副高,使其明显偏强、偏西、偏南。由于IOBM_P在2年和8年周期上对西太副高的影响最明显,而ENSO信号中主要是3-7年的短周期振荡,因此,ENSO背景下的印度洋增暖对WPSH的遥强迫实际包含了来自热带中太平洋的3-7年周期信号的滞后影响和印度洋地区局地变化特别是2年和8年周期变化的作用。(3)超强与普通厄尔尼诺两类事件的不同生命阶段内海表及次表层特征存在显著差异,其对西太副高的影响亦存在显著不同。对超强厄尔尼诺事件而言,正SSTA发展早且迅速,正SSTA大值中心偏东,纬向梯度强,但对普通厄尔尼诺事件而言,其正SSTA中心偏西,纬向梯度小。厄尔尼诺事件的发展源于次表层海温异常(Subsurface Ocean Temperature Anomaly,SOTA)随开尔文波东传并沿温跃层上升到达海表所致,其波动前部区域异常垂直海流对SOTA的变化起到重要作用;当海气激烈耦合时,可在温跃层激发出更强的海洋波动,使得次表层变暖更明显,发展出强的厄尔尼诺事件。海温异常强迫出的大气异常环流的强度与强迫源的强度关系密切。两类厄尔尼诺均能通过异常的沃克环流引起大气Gill型响应,使得西太副高偏强、西伸,且当超强厄尔尼诺发生时,异常沃克环流更强,海洋性大陆区域上空的异常强辐散导致Gill型响应而产生的反气旋更强,对西太副高的影响更甚。印度洋SST对厄尔尼诺的滞后变暖所带来的影响在上述亚太大气环流的持续异常中起到重要作用。这些结果有利于加深对不同类型厄尔尼诺事件及影响西太副高机理的认识。(4)东南热带印度洋与热带西太平洋海表温度异常梯度有利于引起WPSH脊线位置异常变动。2018年夏季,由于WPSH活动极端偏北,使得华北、东北以及朝鲜-日本南部一带的气温年际正异常最为明显。究其原因,是西北太平洋(Northwest Pacific Ocean,NWPO)与东南印度洋(Southeast Indian Ocean,SEIO)上东高西低的SSTA梯度,强迫中南印度洋至西北太平洋间在垂直方向上维持一个气旋式环流异常,促进西北太平洋上的低空异常辐合,并通过Gill响应,异常辐合区西北侧被迫出现一支异常的气旋式环流。这支异常的气旋向北侧传递Rossby波扰动能量,进而在我国华北至东北地区激发出异常的Rossby波反气旋,导致WPSH活动极端偏北,造成当地异常的下沉增温。可见夏季NWPO与SEIO间的SSTA梯度对同期WPSH的南北异常活动存在重要影响。(5)使用关键海区SSTA指数,以及与夏季WPSH异常有密切联系的热带印-太海洋SSTA典型模态,分别构建夏季WPSH面积、强度和西脊点的预测模型。根据热带印-太海洋上对WPSH变动存在重要强迫影响的关键海区SSTA指数,以及与夏季WPSH强度和位置变化有着密切联系的热带印-太海洋SSTA典型模态,分别选取预报因子,可构建夏季WPSH特征指数的回归模型。模型能很好的拟合1981-2010年夏季WPSH面积、强度和西脊点的特征。但相比使用关键区海温异常指数所构建的模型的预报,基于热带印-太海洋SSTA典型模态所构建的预测模型更稳定,对2011-2018年的模拟预报结果更接近实况。这其中又以西脊点的预报效果最好。表明该模型在进行夏季西太副高的预报中具有重要的实际应用价值。
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