研究发现弱ENSO事件对北半球中高纬地区的气候影响不一定弱于强ENSO
发布时间: 2019-10-31

       厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)是发生在热带太平洋地区的大尺度海-气耦合现象,是影响全球气候的关键因子。由于每个ENSO事件对应的热带海表面温度异常的振幅、空间模态均不相同,导致其与北半球热带外地区气候的联系存在很大不确定性。

       全球大尺度大气遥相关信号往往随着ENSO事件强度增加而愈加明显,故前人研究多选取强ENSO事件为研究对象。观测分析表明,多数ENSO事件往往只达到了中、弱强度,而热带外地区大气环流异常对强、弱ENSO事件的响应表现出明显的非线性特征。另外,赤道太平洋地区纬向风-纬向海温梯度-温跃层倾斜三者之间存在着著名的Bjerknes正反馈过程。海温梯度作为其中重要一环,对ENSO年际变率信号的发展和维持发挥着重要作用。那么,不同海温异常强度及梯度配置下的ENSO事件将对北半球热带外地区大气环流会产生怎样的影响呢?

       大气科学研究院博士后张鹏、吴志伟教授近期于《Journal of Climate》和《Climate Dynamics》发表系列论文,对上述问题进行了系统性解答。论文合作者包括夏威夷大学Bin Wang教授,青岛海洋国家实验室李建平教授。

       研究发现,冬季ENSO事件强度的变化与梯度变化具有一致性:强ENSO事件往往对应着强的东-西及热带-热带外太平洋海温异常梯度,弱事件根据太平洋海温异常梯度可分为强梯度型和弱梯度型两类(图1)。观测和数值分析证明强梯度弱El Niño冬季大西洋急流和东亚副热带西风急流能够从北太平洋延向东伸至北大西洋-欧亚大陆地区。这増加了由热带海温异常激发的罗斯贝波在其向极传播过程中被副热带急流捕获的可能。被捕获的扰动能量将沿着急流波导向东传播,导致El Niño与北大西洋涛动(NAO)信号的耦合(图2)。对于La Niña事件,观测和数值分析证明弱梯度弱La Niña事件往往对应着东亚南部地区冬季表面温度的显著降低,这主要是由于赤道中东太平洋海温负异常能够在北太平洋地区激发出类似负位相北太平洋涛动(NPO)的大气异常响应,其负极子部分加强了对流层中层的东亚大槽并引起对流层底层阿留申低压加深并南移,有利于东亚冬季风的加强(图3)。而上述现象在强ENSO冬季并不明显。

       以上研究的开展有助于更全面深入地认识ENSO多样性及其影响,能够为提高北半球热带外地区短期气候预测水平提供新的理论依据。

1 冬季(a)强El Niño,(b)强梯度弱El Niño,(c)弱梯度弱El Niño表面温度异常。(d),(e),(f)为相应La Niña事件。打点区域通过90%信度t检验。(a),(b)与(d),(e)中紫框为mega-ENSO指数定义范围。

2 冬季(a)强El Niño,(b)强梯度弱El Niño,(c)弱梯度弱El Niño对应的1000hPa位势高度(等值线;阴影区域通过90%信度t检验)与水平风场(矢量;只显示通过90%信度t检验值)。(d),(e),(f)为相应200hPa纬向风场(打点区域通过90%信度t检验)。(a),(b),(c)中红框为北大西洋区域。

冬季(a)强La Niña,(b)强梯度弱La Niña,(c)弱梯度弱La Niña对应的海平面气压场(等值线;阴影区域通过95%90%信度t检验)与10米水平风场(矢量;只显示通过95%信度t检验值),d),(e),(f)为相应500hPa环流场。


Citations

Zhang P, Wu ZW* and Li JP (2019) Reexamining the relationship of La Niña and the East Asian Winter Monsoon. Clim Dyn, 53: 779-791.https://doi.org/10.1007/s00382-019-04613-7

Zhang P, Wang B and Wu ZW* (2019) Weak El Niño and Winter Climate in the Mid-to High Latitudes of Eurasia. J Clim 32(2): 405-421. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0583.1