Mega-ENSO与北半球中高纬大气环流主模态的联系及协同影响研究

发布时间：2020-09-14 14:21

　　 本研究首先基于最新定义的mega-ENSO与Nino3.4指数,对成熟期ENSO事件进行了重新分类,并深入探讨了它们的气候影响以及影响的物理机制。其次,北大西洋涛动(NAO)以及阿留申低压(AL)与西太平洋型遥相关(WP)与ENSO事件的联系并不稳定。本研究同时立足于冬季NAO以及北太平洋大气环流发生异常时,与之相伴随的不稳定海表温度热力异常特征,探讨了 NAO以及北太平洋大气环流对这些大气下垫面热力异常强迫的响应,并利用大气环流模式研究了相关物理机制。主要结论如下:(1)从年际时间尺度出发,利用Nino3.4与mega-ENSO指数,El Nino事件被分为:强、弱mega-El Nino和赤道型El Nino。弱mega-El Nino冬季,类似于负位相的NAO异常出现在北大西洋-欧亚大陆地区,并伴随着大西洋急流减弱,限制了来自海洋的暖湿空气向大陆输送,但是却有利于极地干冷空气南下,导致该地区冬季偏干冷。观测和数值结果证明,副热带急流从北太平洋延伸至北大西洋使得NAO与弱mega-El Nino发生耦合。与之相反,赤道型El Nino伴随相对较弱的副热带急流,不能显著的影响欧亚大陆。对于强mega-El Nino事件,太平洋与印度洋所激发的大气遥相关相互抵消导致NAO信号消失。(2)尽管年际尺度上,弱mega-El Nino与NAO具有明显的耦特征,然而在年代际尺度上,mega-ENSO与NAO的联系并不稳定。在二者关系的耦合时期(1957-1981),mega-ENSO的发生常伴随着热带北大西洋异常海温出现。而在非耦合时期(1982-2012),mega-ENSO则与热带外北大西洋异常海温相联系。热带北大西洋海温异常与类似NAO的大气环流异常之间存在着一个正反馈机制,该正反馈有助于将NAO的影响从mega-ENSO发展期延伸至成熟期。(3)除了北大西洋涛动,我们同样发现了年代际尺度上ENSO与北太平洋大气环流之间联系的不稳定性。在ENSO成熟期,1957到1975年,显著的正海表面温度异常主要出现在赤道中东太平洋,与之相联系的大气环流异常类似于正位相的西太平洋型遥相关。而从1978到2011年,显著的海表面温度异常在太平洋地区呈现东西“跷跷板”型分布特征,与mega-ENSO所定义的海温型类似,与之相联系的大气环流异常则类似于阿留申低压。进一步的分析表明,与ENSO有关的热带外北太平洋海表面温度年代际变冷激发出南北“偶极子”型环流异常,可能是调节ENSO与北太平洋大气环流关系的原因。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P434
【部分图文】：

在空间上ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ包括了热带太平洋及其副热带延伸区，定义为西太平洋“Ｋ”逡逑字形区域与东太平洋“三角形”区域之间区域平均的差值，表现为东太平洋与西太平洋逡逑之间的“跷跷板”结构（图１．１）；时间上它具有从年际到年代际的多时间尺度特征。逡逑因此，与传统ＥＮＳＯ指数相比较，ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ指数包含更加广阔的时空尺度，能够容逡逑纳和反映更多更复杂的气候信息。其独特的时空特征导致了它对气候系统独特的影响。逡逑比如对季风系统的影响方面：北半球夏季风系统在过去３０年的增强被认为是逡逑ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ邋而非传统邋ＥＮＳＯ邋作用的结果（Ｗａｎｇ邋ｅｔａｌ＿邋２０１３）邋；邋Ｗｕ邋ａｎｄ邋Ｙｕ邋（２０１５）通过逡逑对比发现动力模式对东亚夏季风的预报技巧一定程度上来源于对ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ的模拟能逡逑力的强弱。与极端事件联系方面：ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ型海温异常能够引起东北亚地区异常下逡逑沉运动，进而加热表面温度，导致该地区热浪频次增加（Ｚｈｏｕ邋ａｎｄ邋Ｗｕ邋２０１６）。但是，逡逑上述研究多是关注ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ在其发展期夏季的影响。而ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ在其成熟期会发逡逑３逡逑

根据前文总结，我们知道有关ＥＮＳＯ气候影响的研宄已有很多。那么，本文具体而逡逑言需要解决哪些问题呢？我们不妨先将关注点转向太平洋地区不同ＥＮＳＯ指数所定义逡逑的空间范围（图１．２）。图中黑框包含了邋Ｎｉｆｉｏ３和Ｎｉｆｉｏ４区所在范围，红色阴影为Ｎｉｆｔｏ３．４逡逑区所在。蓝框包含了邋ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ指数所定义的区域，定义为西侧Ｋ形区域与东侧三角逡逑形区域的差值。对比ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ指数与传统ＥＮＳＯ指数所定义的区域，可以得到一些逡逑直观的结论：１）传统ＥＮＳＯ指数主要定义在赤道太平洋地区。通过所定义区域海温异逡逑常振幅的大小能够反映不同ＥＮＳＯ事件的强弱，而通过所定义区域位置的纬向变化能够逡逑反映出不同ＥＮＳＯ事件所对应的大气对流运动中心位置的变化；２）邋ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ所对应逡逑的海温异常模态则囊括了整个热带及中纬度太平洋海盆，相对于传统ＥＮＳ？它包含了更逡逑９逡逑

我们期待利用ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ指数基于东、西太平洋海温梯度再对ＥＮＳＯ事件进行逡逑分类。在此之前，首先给出了邋１９５７－２０１５年冬季Ｎｉｆｔｏ３．４与ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ指数的标准化逡逑时间序列（图２．１）。这里为了便于比较，我们倒转了邋ｍｅｇａ－ＥＮＳＯ指数。从图中可以看逡逑２３逡逑

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本文编号：2818278