中国南方秋季降水对El Nino响应的不同外文翻译资料

 2022-11-28 02:11

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摘要:过去的研究表明在秋季印度洋偶极子(IOD)的正相位一般伴随厄尔尼诺出现。在这里我们展示了在当考虑两种不同的厄尔尼诺类型时,可以更好地理解厄尔尼诺/ IOD关系。东太平洋型厄尔尼诺事件表现出其强度与IOD有很强的相关性。相反,中太平洋(CP)厄尔尼诺事件与IOD的关系主要取决于海表面温度异常的纬向位置而不是它们的强度。 CP厄尔尼诺事件位于比正常位置更远的西部,在东印度洋东部的印度洋爪哇岛/苏门答腊海岸并不伴有明显的异常东风,这不利于局地的Bjerknes反馈和相应的IOD发展。由于最近的厄尔尼诺年代际变化,厄尔尼诺/IOD的关系经历了很大的变化,这对季节预测具有重要意义。

1.背景介绍

厄尔尼诺 - 南方涛动(ENSO)是在热带太平洋地区耦合的海洋 - 大气相互作用导致的主要的低频气候现象。虽然ENSO起源于热带太平洋,但它的影响可以通过所谓的大气桥机制影响遥远的海洋地区。尤其是在厄尔尼诺成熟(冬季)和衰退阶段(春季),由于ENSO导致的海表热通量异常使得热带印度洋(IO)地区出现海盆一致的海表面温度(SST)增温。相反,在厄尔尼诺年前夏和前秋,热带印度洋(IO)地区一般会出现偶极子结构的SST异常,通常称为印度海洋偶极子(IOD)。一个正IOD事件表现为Java-Sumatra海岸沿岸SST异常偏冷,在热带印度洋西部异常偏暖。秋季期间ENSO和IOD的正相关关系表明IOD事件与ENSO密切相关(正负IOD事件通常分别与厄尔尼诺和拉尼娜事件共同发生)然而,这个论点受到其他研究的质疑,他们认为IOD是一个独立模式的热带海洋耦合海气气候变率。虽然ENSO / IOD关系仍然存在争议,观测和模拟结果通常表明IOD似乎是一个相对较弱的自然模式,可以被外部的强迫例如ENSO变率激发。

ENSO在其纬向海温异常结构中表现出相当程度的复杂性。中太平洋型,或CP型厄尔尼诺在近几十年来频繁发生,它与典型的厄尔尼诺(东太平洋,或EP厄尔尼诺)相差甚远,EP型厄尔尼诺的特征是最大海温异常出现在赤道东太平洋地区。太平洋。自20世纪90年代以来,CP型厄尔尼诺频繁发生,而EP型厄尔尼诺现象发生频率较低随着厄尔尼诺年代际变化,IOD是否经历了变化是值得关注的问题,因为IOD会对亚澳地区的季风造成重要的气候影响。

地区。另一项研究进一步根据亚热带东北部的不同海温异常将CP厄尔尼诺分为两个不同的亚型,并认为这两种CP亚型表现出与IOD有不同的关系。目前,IOD与两种厄尔尼诺(EP和CP)的确切关系仍然没有被很好地理解。这里我们讨论这两种厄尔尼诺和IOD之间的不同动力学联系。我们得出结论,EP厄尔尼诺事件与IOD之间的关系主要是受厄尔尼诺事件强度控制。相比之下,CP厄尔尼诺/ IOD关系主要由CP事件厄尔尼诺SST异常的纬向位置决定。

2.数据和方法

基于Hadley中心海冰和SST数据集(HadISST),对热带印度-太平洋SST异常进行了分析以证明ENSO / IOD关系 。相关的大气环流再分析资料由国家环境预测中心/国家大气中心提供。我们还用到了SODA 2.2.4的海表高度资料。异常被定义为偏离数据集的整个研究期间(1951-2013年)气候学平均值,但1951-2010期间的SODA数据集除外。每个数据集均应用6-120个月的巴特沃斯带通滤波器考虑到年际变率是我们关注的重点,我们希望消除季节内变化的影响,例如MJO,以及多时间尺度的变化。由于在秋季时,IOD通常达到顶峰,厄尔尼诺仍在发展,对数据集秋季(9月-11月:SON)进行分析。

EP和CP厄尔尼诺指数(EPI和CPI)是Ren和Jin提出的基于简单变换计算的,即使用来自气候预测中心(CPC)的Nintilde;o3(SST异常平均超过5°S-5°N和90°-150°W)和Nintilde;o4(SST异常平均在5°S-5°N和160°E-150°W)。在SON期间,当EPI或CPI超过0.6标准偏差时即为El Nintilde;o事件。

除了1990年的变暖事件这一被其他研究认为是El Nino之外的其他所有事件均被CPC认定为厄尔尼诺事件。此外,EPI显着高于CPI的事件被认为是EP El Nino,而EPI显着低于CPI的则定义为CP El Nino。这里,显著性是指根据两种厄尔尼诺各自误差清楚地分开两类El Nino。因此,有八个EP厄尔尼诺事件(1951年,1957年,1965年,1972年,1976年,1979年,1979年,1982年和1997年)以及8个CP 厄尔尼诺事件(1977年,1986年,1990年,1991年,1994年,2002年,2004年和2009年),这与以前的研究大体一致。另外5年(1963年,1969年,1987年,2003年和2006年)作为混合类型的厄尔尼诺事件,考虑到分类的不确定性将不会在文件的其余部分中讨论。如果我们使用其他CP指数,如Ashok等人定义的指数,我们的定性结论将保持不变。


3.结果

我们首先检验了北方秋季的厄尔尼诺和 IOD的联系(图2a)。在这里,Nintilde;o3.4区指数(5°S-5°N和120°-170°W范围的海温异常平均)被用于衡量厄尔尼诺强度。 IOD强度从偶极模式指数(DMI)获取,它表示在赤道西部(10°S-10°N和50°-70°E)和赤道东南部IO(10°S-0°和90°-110°E)之间SST异常纬向梯度。一个强正相关(r = 0.67)表明正IOD通常与厄尔尼诺事件相伴随并随着厄尔尼诺强度的增加而变得更强。但是,这种关系似乎是由EP El Nintilde;o事件而非CP El Nintilde;o事件造成(图2a),进一步证实了当厄尔尼诺分为两种不同的型。对于EP El Nintilde;o事件, EPI和IOD之间的相关系数达到0.96的高值(即使只有8个样本,在统计上也达到了99%的显著水平),表现出一个近乎完美的线性关系。 相反,CP厄尔尼诺事件没有发现显著的线性相关(r = 0.16)

以前的研究表明由于西太平洋的气候基本态而导致大气响应对CP厄尔尼诺带状区域海温异常非常敏感。受到这些工作的启发,我们研究了CP厄尔尼诺带状区域的SST异常区域对IOD可能的影响。根据Zhang等人的定义,赤道(5°S-5°N)平均海表温度异常的最大纬向梯度经度被用来计算CP El Nintilde;o的区域位置。这个定义很好地捕捉到暖海温异常中心以西大气异常上升的位置。在此我们发现CP纬向位置和IOD强度在99%的置信水平下存在很强的线性关系(r = 0.93)。随着CP厄尔尼诺向西偏移,IOD趋于减弱。我们还测试了EP厄尔尼诺的带状区位置是否会对IOD产生影响,但我们没有找到很好的证据。(r = 0.17)。

如上所述,不同的厄尔尼诺型与IOD有着非常不同的联系:EP型与IOD的关系取决于海温异常强度,而CP型与其的关系取决于海温纬向异常区域位置。接下来,我们使用合成分析来探索对于不同的厄尔尼诺和IOD关系可能的物理机制。我们可以通过北方秋季的强度区分不同的EP El Nintilde;o事件。我们合成了三个强EP型 El Nintilde;o(SEP:1972,1982和1997)和五个弱的EP 型El Nintilde;o(WEP:1951,1957,1965,1976和1979)。在热带太平洋地区, 强EP El Nintilde;o合成表现出典型的传统El Nintilde;o海温异常型,其特点是热带太平洋东部暖海温特别异常和热带西太平洋的冷海温特别异常。大气响应主要发生在热带太平洋,并伴随太平洋中部和东部表层西风极度异常。同时,沃克环流减弱,在日界线以东有大尺度的异常上升运动,以及在印度 - 太平洋地区120°E附近有异常下沉运动。与异常下沉运动相联系,在对流层低层的印度 - 太平洋地区有一个强异常辐散。Java-Sumatra附近的表面东风异常有效地增强了东部热带海洋的上涌和温跃层倾斜,把较冷的地下水带到表层,并导致负海温异常。这些冷SST异常可以通过正“Bjerknes反馈”循环进一步增强表面东风异常,这有利于IOD的维持和发展。相比之下,弱EP事件合成在热带太平洋上表现出相似的SST异常模式,但强度较弱。因此,我们也发现弱EP的合成的相关大气响应较弱。在印度洋太平洋地区,我们发现在热带地区的IO下沉运动和表面东风异常更弱,这无助于激发IOD。

同样地,CP型厄尔尼诺也根据SST异常纬向位置分为类: CP厄尔尼诺事件(EP:1991,1994年和2002年)以及CP厄尔尼诺事件(CP:1977,1986,1990,2004和2009年)。与CP厄尔尼诺现象事件相关的海温异常局限于热带太平洋中部地区,与EP型厄尔尼诺大相径庭。对于两个CP厄尔尼诺事件,EP合成比CP合成偏西15°。与此一致,CP合成的大气响应也比EP合成偏西15°。例如,对于CP事件,表面西风异常出现在赤道太平洋中部。而CP事件则位于赤道太平洋西部和中部。对沃克环流而言,异常上升气流的中心位于EP事件界限的东侧,而位于CP界限的西侧。赤道印度 - 太平洋地区上的两组异常下沉空气的位置没有太大差);然而,他们表现出不同的强度,这似乎不符合观测到的东部IO表面东风异常。纬向风异常通常位于东部IO的赤道以南,这是爪哇苏门答腊岛上升的有利地区。为了更清晰地描述这个纬向带状结构,我们展现出了赤道南部IO(0°-10°S)和赤道西太平洋(5°S-5°N)的平均纬向风异常来研究相关的大气响应。与图4a和4b中的地表风异常一致,热带太平洋上的CP纬向风异常中心与EP事件相比位置明显偏西,并在IO有略微的西向位移。然而在EP事件期间,赤道东南部的IO在Java-Sumatra海岸附近有显著的东风异常,但是在CP事件期间该地区没有明显风异常。在距离关键的上升地区的远处,Bjerknes正反馈机制弱,东赤道地区的IO不能产生强烈有效的负海温异常。因此,对于CP合成,IOD发展并不完善。相比之下,

爪哇苏门答腊岛的EP相关东风异常强烈,这有利于正IOD的建立。大气响应对CP和EP海温异常型的除了带状位置之外,振幅也表现出很大的不同。这可能会导致东南部的IO表面风异常。与CP事件相关的异常响应大约占与EP事件相关事件的一半。还有一个有趣的问题,那就是为什么尽管CP和EP合成海温异常强迫的量级相似,大气响应振幅存在如此大的差异。一个可能的原因是EC事件中的西北太平洋负SST异常远远比CP强。较大的SST异常梯度可能会引起较强的局地大气响应。此外,之前的理论研究已经证明了随着地表风异常中心向西移动,热带太平洋地区的增长率和ENSO时期会减少。上涌的开尔文波在西太平洋边界被上升的Rossby波反射。厄尔尼诺期间当异常海气相互作用异常中心位于更偏西的位置,异常温跃层恢复到其正常态会更有效。为了证实这个假设,我们用与CP和EP相关的纬向风异常来进行海面高度(SSH)异常的线性回归。我们根据它们的地表风异常模式,分别选取5°S-5°N,160°-180°E和5°S-5°N,150°-170°E作为EP和CP事件西风异常活动的关键区域。可以看到,与CP相关的地表西风异常SSH纬向梯度比EP弱。特别是在西太平洋,与EP相关的表面西风异常负的赤道平均SSH异常比CP更强。值得注意的是,与CP相比,EP事件中更强的IOD也有助于增强沃克环流响应,从而造成印度洋 - 太平洋地区更强的辐散异常以及纬向表明风场异常。另外,由于不同的背景SST模式,CP比在EP期间,更强的负的云辐射反馈也可能对削弱的大气响应起到一定的作用。

4.结论和讨论

在1951至2003年期间,北方秋季厄尔尼诺强度与IOD现象的之间存在很大的正相关(r = 0.67)。然而,这种联系归因于东太平洋型(EP)厄尔尼诺事件而不是中太平洋型(CP)厄尔尼诺事件。考虑到不同的厄尔尼诺类型,它们与IOD的关系表现出非常不同的特征。对于EP 型厄尔尼诺,厄尔尼诺强度和同期的IDO强度存在近乎完美的线性相关(r = 0.96)。相比强EP(SEP)事件,弱EP(WEP)事件通常伴随着较弱的大气响应,从而导致东部IO的表面东风异常偏弱。这些弱的东风异常无法引起强烈的局地海 - 气相互作用,因此不能有效引发IOD事件。但是,CP型厄尔尼诺的带状位置与IOD强度高度相关(r = 0.93)。与东部型厄尔尼诺相比,西部型厄尔尼诺位置更向西,在热带太平洋地区相关大气异常也向西移动。在爪哇苏门答腊岛上升的有利区域 ,EP事件期间有明显的东风异常,而在CP期间则没有发现风异常。因此,在CP期间,IO中的Bjerknes正反馈不能有效地被激发,从而导致只有弱IOD。可以看出,厄尔尼诺与IOD的关系经历了一次由于ENSO机制转变引起的显着变化。特别是近几十年来,CP型厄尔尼诺现象占主导地位,厄尔尼诺事件的纬向位置

需要侧重于检验ENSO和IOD的关系。

先前的研究进一步将CP厄尔尼诺分为两个亚型并基于合成分析提出:一个子CP型与IOD的正相位共同发生,另一个子CP型伴随着IOD的负位相。但是,本研究中没有发现DMI的负值(因此没有负IOD事件)。他们和我们的结果之间的差异可以通过厄尔尼诺事件选择和方法的不同进行解释。例如,CP区域显示明显的年代际变化,但由于年际间ENSO现象和IOD是我们的重点,因此在本研究中删除了该变化。另外值得注意的是他们使用标准化的IOD值,而此处使用的是原始值。在评估的互动厄尔尼诺与热带印度洋之间的作用时。除了振幅,我们也强调考虑厄尔尼诺事件的带状区位置的重要性。

另一项先前的研究表明ENSO振幅与ENSO 和IOD相关性高度一致,

特别是在20世纪70年代后期左右同时出现年代际的增强,这是与本研究中的EPI / IOD关系一致。但是由于最近十年CP型厄尔尼诺的频繁发生,这种一致性可能会被削弱。这项研究也为了预测厄尔尼诺振幅和区域预报模型提出了进一步的挑战——我们早期的工作表明有影响的遥相关在很大程度上取决于发生CP还是EP厄尔尼诺。在这里,我们进一步表明,CP事件本身的位置导致了和印

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