前冬ENSO引起的夏季印太海温异常在最近年代的位置东移

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厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)是热带太平洋最强的年际变化信号,前冬ENSO的衰减过程对夏季东亚地区的气候影响是人们长期关注的重要问题。在本论文的研究中,我们采用1970-2018年ERSST的海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)再分析资料和NCEP/NCAR的风场再分析资料,重点关注在ENSO衰减年夏季印度洋—西太(印太)SST异常在最近年代的位置东移及其气候效应,揭示这种SST异常的位置东移产生的物理过程和物理机制。研究结果揭示出前冬ENSO衰减率在最近年代的加快而引起的ENSO遥相关的变化是ENSO衰减年夏季印太海域海温异常在最近年代位置东移的主要原因,ENSO衰减率的加快则可能是由于ENSO的演变过程在最近年代受到更多来自热带大西洋海温的影响。前冬ENSO引起的接下来夏季印太海域SST异常的中心位置在最近年代发生明显的东移现象。上世纪90年代前SST异常倾向于位于西印度洋,上世纪90年代后SST异常中心东移至海洋性大陆区域。这种SST异常的位置东移与ENSO衰减速率的不断加快而引起的ENSO遥相关的变化有关。在上世纪90年代之前,前冬ENSO衰减更慢,更慢的衰减会导致在前冬ENSO暖事件之后的夏季在热带东太平洋依然存在暖SST异常的信号。这种SST异常分布特征会引起包含热带东太平洋上升和海洋性大陆区域下沉的大气Walker环流异常结构。海洋性大陆区域出现的大气下沉运动异常可以抑制大气对流活动和降雨,从而可以引起一个大气冷源的效应,通过Gill型响应可以激发赤道印度洋出现低层大气的东风异常,能够进一步促使赤道印度洋西部出现温跃层加深和SST增加,而赤道印度洋东部出现温跃层变浅和SST降低。因此,我们在这一时期观测到的暖SST异常更集中在印度洋西部,然而海洋性大陆区域的SST增暖在这一时期不显著,从而导致在这一时期ENSO衰减年夏季印太海域的SST异常中心位置更偏西(更集中在西印度洋海域)。在上世纪90年代之后,前冬ENSO衰减显著加快,更快的衰减会导致在前冬ENSO暖事件之后的夏季在热带中太平洋基本没有暖SST异常,甚至已经转变为冷SST异常的信号。这种SST异常分布特征会引起包含在赤道中太平洋下沉和在海洋性大陆海域上升的大气Walker环流异常结构。海洋性大陆区域的大气上升运动异常可以加强大气对流活动和降雨,从而可以引起一个大气热源的效应,根据Gill型响应可以引起赤道印度洋东部出现的是低层大气的偏西风异常,能够进一步促使赤道印度洋西部出现温跃层变浅和SST降低。同时,海洋性大陆区域的大气上升运动异常所带来的大气对流活动的增强,也可以减弱该区域的海表面大气压强,从而加剧了海表面气压异常北强南弱的空间分布形态,这种南北方向大气海表面气压梯度的变化可以增强偏北方向的风场异常,风场异常的方向与偏南风的背景风方向相反,可以导致海洋蒸发减弱,减小海洋通过海表面潜热通量的热量损失,从而能够通过风-蒸发-SST(WES)机制促使海洋性大陆海域SST的增暖。因此,在这一时期ENSO衰减年夏季印太海域的SST异常中心位置更偏东(更集中在海洋性大陆海域)。海洋混合层热收支诊断分析的结果证实了风-蒸发-SST(WES)机制在前冬ENSO引起夏季海洋性大陆区域SST变化过程中的重要作用。前冬ENSO引起的夏季印太海温异常的位置东移可能产生重要的气候效应。一方面,前冬ENSO引起的接下来夏季印太海温异常的位置东移将导致海洋性大陆SST异常对西北太平洋副热带高压的影响在最近年代显著增强。另一方面,夏季印太海温异常的位置东移将引起海洋性大陆附近区域的降雨与前冬ENSO的相关性显著增强,这可能可以提高我们利用前一个冬季的ENSO状态对接下来夏季海洋性大陆附近区域降雨异常的预报能力。使用第五次耦合模式比较计划(CMIP5)模式结果,对其中的26个模式模拟的前冬ENSO引起的夏季印太海域SST异常的中心位置进行了分析。在当前气候时期,大部分模式都能模拟夏季印太海域海温异常中心的经度及其东移的趋势。在未来气候变暖时期,模式模拟的前冬ENSO引起的夏季印太海域SST异常的中心经度与当前时期的模拟结果相比会更偏东,并且海洋性大陆海温异常与西北太平洋副热带高压指数的相关系数也有增加。这些结果表明,海洋性大陆区域的海温异常对西北太平洋副热带高压的影响在未来变暖情景下可能存在继续加剧的趋势。本论文的研究结果有助于我们更好地认识在上世纪90年代发生的ENSO遥相关型的年代际变异过程和机制,加深我们对热带三大洋跨洋盆交互作用及其对最近年代气候变异影响的理解和认识。
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