论文总字数：15867字

目 录

摘要 I

Abstract II

1引言 1

2数据和分析方法 2

2.1数据 2

2.2分析方法 2

2.2.1主要方法 2

2.2.2 El Niño事件的分类 2

3夏季El Niño事件和APO的可能联系 3

4发展年夏季分析 3

4.1对流层上层扰动温度分布型 3

4.2扰动温度模态的形成机制 4

4.2.1 EP型El Niño事件发展年夏季（第1组） 4

4.2.2 CP型El Niño事件发展年夏季（第2组） 7

5衰减年夏季分析 7

5.1对流层上层扰动温度分布型 7

5.2扰动温度模态的形成机制 7

6结论以及讨论 9

6.1结论 9

6.2讨论 9

6.2.1 CP型El Niño事件中扰动温度的位相偏移 9

6.2.2 EP型El Niño事件的样本数问题 10

6.2.3 El Niño衰减年夏季西北太平洋反气旋对对流层上层温度的影响 10

6.2.4特殊El Niño事件对APO的影响 10

参考文献 10

致谢 13

夏季厄尔尼诺对亚洲-太平洋涛动的影响机理分析

王宇浩

, China

Abstract: Using ERA-Interim and HadISST reanalysis, we examined the affect which El Niño does to Asian-Pacific Oscillation (APO) in summer. El Niño events were divided into four groups (EP/CP El Niño developing/decaying summer), composite results show that EP El Niño benefits the formation of APO in developing summer, with warming over Pacific region and cooling over Asian region. The warming over Pacific region can be explained by static relationship, on lower level Pacific region exhibits positive anomaly vorticity, while on upper level exhibits negative anomaly vorticity, thus the air column is stretched, corresponding to the positive anomaly temperature. Over the Asian region, a small anomaly cyclone appears Southeastern China, and the anomaly north wind blocks the moisture transportation from South China Sea into Southeastern China, making the anomaly South Asian monsoon convergence in equatorial central Pacific. As downward vertical motion anomalies covering all the troposphere over Asian region, less rain appears over most of the Asian region, causing less latent heat released, so the temperature goes down. And decaying summer analysis shows that the temperature perturbation over Asian and Pacific is related to west north Pacific anomalous anticyclone, though during decaying summer El Niño does little affect to APO.

Key words: El Niño, Asian-Pacific, Boreal summer, Tropospheric temperature

1引言

至今已提出了很多关于北半球夏季的遥相关型，具有代表性的为500hpa高度场东亚-太平洋（EAP）遥相关型^[1,2]和全球遥相关型（CGT）^[3]。这些遥相关型受到了很大的关注，因为它们可以作为北半球气候变化和气候预测的重要来源^[4-9]。北半球的极端气候事件常与它们相联系，至今已对与它们相联系的极端气候事件有了较多的研究，例如2009年中北亚，东亚，以及北美中部地区的冷夏^[6]，1988年的干旱和1993年北美地区的洪涝^[10,11]。因此无论从公共价值还是经济价值来看，提升对全球遥相关的认识具有很大的意义。

在夏季对流层上层气候态温度图上^[12]，亚洲区域为高温大值区，表现为温度脊区，太平洋区域则为低温小值区，表现为温度槽区。受此气候态温度分布的启发，赵等分析了夏季对流层上层（500-200hpa）扰动温度的分布情况，发现了亚洲和太平洋地区大气对流层上层扰动温度有跷跷板式的扰动温度模态分布，提出了一个关于夏季对流层上层扰动温度的亚洲-太平洋遥相关型，并将其命名为亚洲-太平洋涛动（APO）^[13]。APO展示了中纬度亚洲-太平洋地区夏季对流层上层扰动温度不同位相的变化，其中正位相亚洲地区表现为暖异常，太平洋地区表现为冷异常。

将亚洲区域平均的扰动温度平均减去太平洋区域平均的扰动温度，赵等^[13]定义了亚洲太平洋涛动指数（APOI），APOI直观地反映了APO的变化特征，同时它能作为研究APO变化的媒介，并为研究APO与气候事件提供了简便的方法。依据APOI的变化特征，发现APO具有多重时间尺度，包括年际，年代际和多年代际时间尺度，其中年际周期为准5年。同时APO与亚洲气候变化有着较好的联系，如利用APOI挑选高低指数年进行合成分析表明^[13]，在高指数年，异常南风盛行于东亚中纬度低层，梅雨锋前移，强夏季风占据了南亚区域。在低指数年，则表现相反。此外研究表明APO与西北 太平洋的热带气旋活跃程度也存在一定联系^[14]。当夏季APOI为高值时，西北太平洋副高强度减弱，并且中心朝东北偏移，该区域内低层表现为辐合，高层表现为辐散，同时纬向垂直风切变减弱，为热带气旋的产生提供了良好的条件，导致更多的热带气旋形成，反之亦然。因此APO可以作为连接亚洲和太平洋的简易桥梁，另外通过更深入的研究利用APOI或许可以提供一种预测亚洲气候的简单方法。

现今认为APO的低频变化是由于太阳辐射在亚洲大陆和太平洋地区的差异所引起的纬向垂直环流引起的，亚洲大陆（包括青藏高原）的加热作用是主要的贡献者^[15-16]。具体的，王和陈^[17]对APO年际变化的机制做出了解释，亚洲区域的增暖主要是由于异常下沉运动导致的绝热过程所造成的；而太平洋区域的冷却，是由于年际扰动纬向风对气候态温度梯度的作用所造成的温度平流引起的。

如今关于APO的研究已经有了很大的进展，但是这些进展大多局限于APO的现象研究以及APO与其它气候事件的简单联系，更多关于APO机制的问题未得到彻底解决，如现在对APO的年代际变化，多年代际变化机制，APO本身的形成机制等都是较为零碎的认识（如青藏高原的抬升加热作用可能是APO形成机制的贡献因素之一^[8]），没有完整的系统性的理论提出。

众所周知，El Niño -SO（ENSO）是气候模态年际变化的重要影响因子，El Niño现象是指发生在赤道中东太平洋海温异常增暖的现象；SO（南方涛动）是指太平洋和印度洋大气气压场振荡存在反位相的变化。实际上El Niño和SO为同一物理量现象两个方面的假说，因此将他们统称为ENSO。El Niño从北半球的春季开始发展，至冬季达到最强，从次年春季开始衰减。通过太平洋海气相互作用，El Niño通过大气遥相关影响全球气候，或者诱发其它海域的海温变化，如El Niño事件能诱发下沉Rossby波，加深印度洋温跃层厚度，引起印度洋海温在次年夏季的异常增暖^[19]。那么作为影响气候变化的强因素，在北半球夏季El Niño是否对APO有影响呢？如果存在影响，又是如何影响的呢？如通过海气相互作用等过程。研究这个问题或许可以为理解APO的形成机制提供一条新思路，另一方面也可以了解夏季厄尔尼诺事件对大气上层温度的影响。

本篇文章的剩余部分是按如下组织的。数据和分析方法描述在第2部分。第3部分说明了夏季El Niño事件和APO的可能联系。第4和第5部分别展示了El Niño发展年和衰减年合成分析结果。最后，第6部分为结果和讨论。

2数据和分析方法

2.1数据

本次研究用了分辨率为1.5°×1.5°的 ERA-Interim的月再分析资料^[20]，气候预测中心的合并分析降水资料（CMAP）^[21]，以及HadISST 1.1版本^[22]。以上资料从1979年1月至2015年12月都是可获取的。

2.2分析方法

2.2.1主要方法

本次研究主要用了相关和合成分析的方法，其中合成分析包括对流层上层温度扰动，大气环流场，垂直运动场和降水场。在本次研究中，夏季指的是六月至八月，统计显著性性检验采用了学生氏t检验。

2.2.2 El Niño事件的分类

在近几十年，El Niño的增暖中心往往偏于中部太平洋，而传统的El Niño事件增暖中心位于东部太平洋，研究表明从90年代后期开始，El Niño事件的增暖中心已发生转变^[23]。之前的研究对于这种新型El Niño事件的定义和方法各不相同，如“日界线” El Niño^[24] ，El Niño Modoki^[25]，中太平洋El Niño^[26-27]，暖池El Niño ^[28]和 中太平洋增暖^[29]。表1^[23]展示了过去30年已被证实了的10个新型El Niño事件。

本次研究中对这种新型El Niño事件是按照如下方法定义的。先将全球海温去除年际循环，然后将5°S-5°N范围内的海温距平（SSTA）求平均，得到海温距平经度-时间图（未展示）。再根据如下特征区分：1）最大增暖中心在中太平洋，以130°W为临界经度，2）只有在鼎盛时期暖海温信号扩展至东太平洋，分类结果见表2。后文中将新型El Niño事件称为中部（CP）型事件，将传统El Niño事件称为东部（EP）型事件。考虑到研究时段为夏季，再将各次事件分为发展年和衰减年。最后分为四组，结果为（1）第1组 EP型事件发展年：1982，1997 （2）第2组 CP型事件发展年： 1994，2002，2004，2009 （3）第3组 EP型事件衰减年：1983，1998 （4）第4组 CP型事件衰减年：1995，2003，2005，2010。

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