近60年印太海溫分布特征及其對環(huán)流場的影響

■徐　冰(中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局陜西西安710082)

近60年印太海溫分布特征及其對環(huán)流場的影響

■徐冰
(中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局陜西西安710082)

本文利用1950-2009年(60年)30°S-30°N,40°E-80°W的逐月海表溫度場（SST）資料來分析印太海區(qū)海溫距平分布、各個海區(qū)的時間距平序列及其與相應(yīng)SOI（南方濤動指數(shù)）、IOD指數(shù)的相關(guān)關(guān)系，確定印太海區(qū)近60年來的海溫分布特征，以及海溫變化與厄爾尼諾和拉尼娜事件的聯(lián)系。海表溫度的異常變化是厄爾尼諾和拉尼娜事件的主要指示因子之一，可表征海溫的年際變化特征。印太海區(qū)的海溫距平分布能反映厄爾尼諾和拉尼娜事件出現(xiàn)時期的海溫異常，通過正負(fù)海溫距平可以判斷出兩個事件發(fā)生時各個海區(qū)的響應(yīng)情況，通過分析得到與ENSO事件相關(guān)性最好的一個海區(qū)，對其進行研究，對于今后預(yù)報兩大事件的發(fā)生將有重要指導(dǎo)意義。海平面溫度變化的大體趨勢可以通過SST資料加以處理分析得到，通過近60年印太海溫分布可以看出厄爾尼諾和拉尼娜事件發(fā)生的年份分布，進而可得到其發(fā)生的周期，通過利用與SOI或IOD指數(shù)具有較好相關(guān)性海區(qū)的高度場及風(fēng)場資料進行合成，分析厄爾尼諾或拉尼娜發(fā)生時的高度場和風(fēng)場異常。

海溫異常合成異常

1　引言

歷史上發(fā)生的最嚴(yán)重的幾次厄爾尼諾和拉尼娜事件給全球許多區(qū)域都造成了巨大災(zāi)難，例如，1972-1973年秘魯漁業(yè)資源驟減；1994-1995年美國洪水和暴風(fēng)；2002-2003年澳大利亞干旱；1988-1989年，1998-2001年發(fā)生了強烈的拉尼娜事件，令太平洋東部至中部的海水溫度比正常偏低1-2℃。

SSTA的異常變化是厄爾尼諾事件的主要指示因子之一。由于Nino3區(qū)位于赤道太平洋中部,該區(qū)的厄爾尼諾信號最為突出,所以Nino3區(qū)的狀況可能是反映對全球氣候影響的最佳指標(biāo)。目前,大多采用Nino 3區(qū)SSTA來確定厄爾尼諾和拉尼娜事件的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束時間以及事件強度的定義，而Nino3.4區(qū)SSTA的變化也有較好的參考價值。通常規(guī)定SSTA≥0.5℃(或≤-0.5℃),且時間長度達到2個季度以上(其中允許中斷1個月),即可定義一次厄爾尼諾或拉尼娜事件。

研究表明，夏季暖池SSTA具有整體一致性分布和南北區(qū)域的反對稱分布兩種空間分布型；典型的厄爾尼諾或拉尼娜型態(tài),主要表現(xiàn)在西風(fēng)漂流區(qū)海溫距平與赤道東太平洋海溫距平符號相反,即兩區(qū)域海溫為顯著的負(fù)相關(guān)；北太平洋海表溫度不僅有周期為3-6年的年際變化，還疊加周期為10年、20年的年代際變化。

2　印太海區(qū)海溫異常時間分布

為了研究印太海區(qū)的海溫異常分布情況，現(xiàn)選取兩個大洋中七個具有代表性的局部海區(qū)進行分區(qū)域研究，從而選擇其中最具有代表性的海區(qū)。將七個海區(qū)60年海溫資料做逐月距平處理，再做季節(jié)平均，得到各區(qū)季節(jié)性海溫異常隨時間的變化情況。可以得知，夏季和冬季波動較大，海溫的異常變化最明顯，故選擇夏冬兩季作為之后討論的代表時次。

分析得出，Nino1+2區(qū)，Nino3區(qū)，Nino4區(qū)，Nino3.4區(qū)這四個Nino海區(qū)的海溫距平隨時間的年際變化不明顯，峰谷值基本不隨時間變化。西太平洋暖池、東南印度洋、西北印度洋具有明顯的周期性，大約每隔14年出現(xiàn)一次極端偏暖或偏冷事件，說明這三個海區(qū)具有較好的一致性。

將逐月海溫資料做逐年平均處理，得到逐年距平—時間指數(shù)序列圖。結(jié)果與海溫異常隨時間的變化情況基本一致，西太平洋暖池區(qū)正距平平均值呈逐年遞增趨勢，負(fù)距平平均值呈逐年減少趨勢，曲線的峰谷均逐年升高，但西太平洋暖池的正負(fù)距平都不如其他五個區(qū)域顯著。西北印度洋的正負(fù)距平整體大于東南印度洋，且兩區(qū)域之間有較多相同海溫距平增減的年份。將西北印度洋指數(shù)與東南印度洋指數(shù)相減，得到IOD指數(shù)。

將七個具有代表性海區(qū)1950-2009年時間—海溫距平指數(shù)序列與相應(yīng)的SOI做相關(guān)性分析，Nino海區(qū)與SOI有較好的相關(guān)性，得到相關(guān)系數(shù)最大的海區(qū)為Nino3.4區(qū)（5°S-5°N,120°W-170° W），達-0.72，Nino3和Nino4的相關(guān)系數(shù)也較大，本文選取Nino3.4區(qū)的要素場進行相關(guān)研究。

將Nino3.4區(qū)海溫距平時間序列標(biāo)準(zhǔn)化之后，分別選取10個夏冬季峰谷值異常年份（大于或小于一個標(biāo)準(zhǔn)差）作為研究對象，分析厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)生時風(fēng)場、高度場異常。

3　高度場異常的空間分布

由于南方濤動和厄爾尼諾現(xiàn)象幾乎同時發(fā)生，所以SOI可以用來衡量厄爾尼諾現(xiàn)象。Nino3.4區(qū)指數(shù)與SOI相關(guān)性最好，說明Nino3.4區(qū)也能較好的反映厄爾尼諾發(fā)生時要素場的異常，分別用這一區(qū)500hPa、850hPa高度場和風(fēng)場，將選出的十組峰谷時次的高度場、風(fēng)場進行合成，通過t檢驗，得到相應(yīng)層次峰谷時次的合成圖。

3.1夏季高度場的異常分布

分析十組峰谷時次的500hPa夏季高度場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，在阿拉伯海、中國南方至東南亞地區(qū)、西太平洋地區(qū)為明顯負(fù)變高，在日本以東為較明顯正變高。對比60年夏季500hPa高度平均場可以看出，中國南方為弱脊，負(fù)變高使弱脊更弱；東南亞以及西太平洋處在西太平洋副熱帶高壓控制區(qū)，負(fù)變高使得副高減弱；日本以東為槽區(qū)，正變高使得槽減弱。海溫異常偏低時，阿拉伯海、中國南方以及墨西哥灣地區(qū)為正變高，其余大部份地區(qū)均為負(fù)變高，其中北太平洋中部、日本東南部以及整個南半球非常顯著，這與海溫異常偏高年份有著明顯反相位差別，使得中國南方的弱脊增強，日本以東的槽加深，北太平洋中部的槽加深，墨西哥地區(qū)的弱脊增強。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，在印度半島西南沿海、中國南方至中南半島、赤道以北西太平洋以及墨西哥地區(qū)為明顯的負(fù)變高，在日本以東以及東南亞為較明顯的正變高。對比60年夏季850hPa高度平均場可以看出，負(fù)變高使得西太副高減弱南退，也使得東太平洋副高減弱南退；日本以東為槽區(qū)，正變高使得槽減弱，也使得西太副高西伸至東南亞。海溫異常偏低時，印度東部、澳大利亞北部、澳大利亞以西至非洲大陸以及南美以西海域為較明顯的負(fù)變高，正變高只存在于中國南方、赤道以北西太平洋以及墨西哥地區(qū)，這與海溫異常偏高年份有著明顯反相位差別，使得印度東部低壓加強，阿拉伯海低壓加強，西太副高強度增強且北上，東太平洋副高北上增強。

3.2冬季高度場的異常分布

分析十組峰谷時次的500hPa冬季高度場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，南半球基本均為正變高，北半球西太平洋和墨西哥以東海域為明顯正變高中心，阿拉伯半島南部和赤道以北太平洋中部至東亞以及墨西哥附近為負(fù)變高明顯區(qū)域。對比60年冬季500hPa高度平均場可以看出，負(fù)變高使得北太平洋中部脊減弱，墨西哥東部脊減弱；正變高使墨西哥西岸槽減弱，東亞大槽的南段也有所減弱。海溫異常偏低時，南半球基本均為明顯負(fù)變高，北半球除了在阿拉伯海-印度洋-南亞區(qū)域為負(fù)變高，其余均為正變高，其中在赤道以北西太平洋以及墨西哥灣地區(qū)為明顯正中心，這與海溫異常偏高年份有著明顯反相位差別，會使得北太平洋中部的脊西移并加強，北美東岸的槽減弱，墨西哥灣地區(qū)的脊加強，負(fù)變高則會使東亞大槽南段稍有加深。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，東南亞、赤道西太平洋以及墨西哥以東至南美沿岸為正變高中心，阿拉伯半島、印度半島及其以北為負(fù)變高，赤道以北太平洋中部也為負(fù)變高。對比60年冬季850hPa高度平均場可以看出，負(fù)變高使得印度半島高壓減弱，太平洋中部高壓減弱，亞歐大陸東岸槽加深且東移；正變高使東南亞地區(qū)高壓增強，澳大利亞高壓增強，東太平洋高壓增強。海溫異常偏低時，澳大利亞以東海域以及南美洲以東海域為明顯的負(fù)變高區(qū)，赤道以北太平洋從西向東呈現(xiàn)正負(fù)正的變高態(tài)勢，在墨西哥灣地區(qū)正變高非常顯著，這與海溫異常偏高年份有著明顯的反相位差別，正變高會使得亞歐大陸東岸槽減弱，北美東岸的槽減弱，墨西哥灣地區(qū)的脊加強，負(fù)變高則會使北太平洋中部的高壓脊減弱，東太平洋高壓減弱。

將Nino3.4指數(shù)分別與500hPa、850hPa高度場作相關(guān)，可知在低層850hPa整個印度洋及東南亞地區(qū)、南美洲西海岸呈顯著正相關(guān)分布；在赤道太平洋中部呈負(fù)相關(guān)分布。高層500hPa整個南半球呈現(xiàn)正相關(guān)，其中在印度洋與大洋洲以東海域最為顯著；負(fù)相關(guān)出現(xiàn)在赤道以北太平洋中西部區(qū)域。

4　風(fēng)場異常的空間分布

以上分析可知，由于海溫異常分布可以造成高度場異常變化，下面再進一步分析風(fēng)場異常。

4.1夏季風(fēng)場的異常分布

分析峰谷值年500hPa夏季風(fēng)場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，在阿拉伯海地區(qū)有一氣旋式環(huán)流，西風(fēng)明顯增強；在整個東南亞地區(qū)有一明顯反氣旋式環(huán)流，在我國南海處的西風(fēng)明顯加強；在赤道以北至30°N的西太平洋有一明顯氣旋式環(huán)流；亞澳分界線上為西風(fēng)加強；南北美洲分界處也為一西風(fēng)加強區(qū)；馬達加斯加島中部為顯著東風(fēng)加強區(qū)。對比60年夏季500hPa平均風(fēng)場圖可看出，峰值年份阿拉伯海20°N西風(fēng)減弱，東南亞反氣旋環(huán)流明顯增強，北半球西太平洋東西風(fēng)帶風(fēng)力減小，經(jīng)向風(fēng)增強，墨西哥灣西風(fēng)漸弱，秘魯沿岸西風(fēng)增強，亞澳分界上東風(fēng)帶減弱，馬達加斯加島中北部西風(fēng)減弱。海溫異常偏低時，索馬里至亞丁灣為一反氣旋環(huán)流；我國東南海域北風(fēng)明顯加強；西太平洋為一反氣旋式環(huán)流區(qū)；赤道以北太平洋中部南風(fēng)加強；墨西哥北部為反氣旋式環(huán)流加強，南部氣旋式環(huán)流加強；秘魯沿岸東風(fēng)加強，這與峰值年的合成圖存在明顯差別，使得索馬里地區(qū)反氣旋加強，南海西風(fēng)帶減弱，秘魯沿岸西風(fēng)減弱，亞澳分界上東風(fēng)明顯加強。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，在索馬里東部海域西風(fēng)明顯增強；印度半島以南赤道海域西風(fēng)增強；在整個東南亞地區(qū)有一明顯反氣旋式環(huán)流；我國南方的東風(fēng)明顯加強；在赤道以北西太平洋有一明顯氣旋式環(huán)流；菲律賓與新幾內(nèi)亞之間海域（赤道暖池）西風(fēng)增強；墨西哥南部海域西風(fēng)加強；秘魯西側(cè)海域西風(fēng)增強；亞澳分界線上西風(fēng)加強。對比60年夏季500hPa平均風(fēng)場圖可看出，峰值年份索馬里南部海域西風(fēng)減弱，東南亞反氣旋環(huán)流明顯增強，北半球西太平洋東西風(fēng)帶風(fēng)力減小，經(jīng)向風(fēng)增強；赤道暖池東風(fēng)減弱，秘魯沿岸東風(fēng)減弱。海溫異常偏低時，阿拉伯海北部東風(fēng)增強；馬達加斯加島北風(fēng)增強；東南亞氣旋式環(huán)流加強；澳大利亞北部東風(fēng)增強顯著；墨西哥地區(qū)為反氣旋式環(huán)流加強；南美秘魯西岸西風(fēng)加強，這與峰值年的合成圖存在明顯反相位差別，谷值年份索馬里南部海域西風(fēng)減弱，東南亞反氣旋環(huán)流減弱；赤道暖池東風(fēng)加強，墨西哥地區(qū)反氣旋加強，秘魯沿岸東風(fēng)加強。

4.2冬季風(fēng)場的異常分布

分析峰谷值年500hPa冬季風(fēng)場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，索馬里附近西風(fēng)增強，阿拉伯海北部大陸直至臺灣以東太平洋一帶有顯著西風(fēng)增強；印度洋中部東風(fēng)顯著加強；菲律賓以南海域東風(fēng)增強；太平洋中部西風(fēng)顯著增強，赤道以北太平洋中部南風(fēng)增強，其東西兩側(cè)分別為反氣旋式環(huán)流加強和氣旋式環(huán)流加強區(qū)；墨西哥地區(qū)為氣旋加強區(qū)；秘魯西岸西風(fēng)加強。對比60年來冬季500hPa平均風(fēng)場圖可看出，峰值年份印度洋赤道西風(fēng)帶加強，亞歐大陸副熱帶西風(fēng)增強，印度洋中部東風(fēng)加強，菲律賓以南海域西風(fēng)減弱，赤道以北太平洋經(jīng)向風(fēng)加強，墨西哥灣西風(fēng)減弱，秘魯西岸東風(fēng)減弱。海溫異常偏低時，赤道印度洋東風(fēng)顯著加強；印度半島及周圍東風(fēng)加強；菲律賓南部及周圍海域北風(fēng)加強，菲律賓以北東風(fēng)加強；澳大利亞東北海域西風(fēng)顯著加強；赤道太平洋為一顯著東風(fēng)加強帶；墨西哥灣為反氣旋環(huán)流異常中心；秘魯以西海域東風(fēng)加強。這與峰值年份風(fēng)場的差異顯著，可以看出，當(dāng)海溫異常偏低時，赤道印度洋一帶西風(fēng)減弱，亞歐大陸中緯度西風(fēng)漸弱，菲律賓群島經(jīng)向風(fēng)（北風(fēng)）加強，菲律賓以北西風(fēng)減弱，澳大利亞東北海域東風(fēng)減弱，西北海域東風(fēng)加強；赤道太平洋西風(fēng)帶強度減弱，秘魯以西海域東風(fēng)增強。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，在索馬里至馬來西亞西側(cè)的赤道附近西風(fēng)明顯增強；阿拉伯海北側(cè)西風(fēng)增強；南海海域南風(fēng)增強；在赤道以北太平洋西部有一明顯反氣旋式環(huán)流，赤道暖池東風(fēng)加強；墨西哥南部海域西風(fēng)加強；秘魯西側(cè)海域東風(fēng)增強；澳大利亞以東海域西風(fēng)加強，以西海域東風(fēng)加強。對比60年夏季850hPa平均風(fēng)場圖可看出，峰值年份南半球熱帶印度洋東風(fēng)減弱，北半球中緯度亞歐大陸西風(fēng)增強，南海經(jīng)向風(fēng)（南風(fēng)）加大，菲律賓以東太平洋西風(fēng)減弱，赤道暖池東風(fēng)增強，澳大利亞東西海岸風(fēng)場均減弱，秘魯沿岸東風(fēng)增強。海溫異常偏低時，印度洋中部西風(fēng)增強；南海北風(fēng)增強；赤道西太平洋為一氣旋式環(huán)流異常區(qū)；澳大利亞北部東風(fēng)增強顯著；墨西哥灣反氣旋式環(huán)流加強；南美秘魯西岸西風(fēng)加強，這與峰值年的合成圖存在明顯反相位差別，谷值年份印度洋中部西風(fēng)加強，南海經(jīng)向風(fēng)（北風(fēng)）加強，赤道西太平洋氣旋式環(huán)流加強，澳大利亞北部東風(fēng)增強，南北美分界上西風(fēng)漸弱，秘魯沿岸東風(fēng)減弱。

5　SSTA分布

厄爾尼諾和拉尼娜事件發(fā)生時最明顯變化體現(xiàn)在海溫的異常冷暖，由海溫距平場合成圖可知，海溫異常主要體現(xiàn)在赤道中東太平洋(即Nino海區(qū))，由之前分析可知，Nino3.4區(qū)變化最顯著，印度洋中部也有異常中心。

6　結(jié)論

通過對Nino3.4區(qū)的近60年海溫異常分布情況分析，得到十組峰谷值年份，對其要素場進行合成，可以大致分析出厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)生時的要素場異常情況。

（1）夏季厄爾尼諾發(fā)生時，東太平洋海表溫度異常偏暖顯著，印度洋中部海域和西北印度洋也有增暖態(tài)勢。對應(yīng)夏季500hPa、850hPa高度場和風(fēng)場形勢見3.1、4.1分析結(jié)論。

（2）夏季拉尼娜發(fā)生時，中東太平洋均溫異常偏冷，赤道地區(qū)最為顯著，印度洋東南海域也有偏冷態(tài)勢。對應(yīng)夏季500hPa、850hPa高度場和風(fēng)場形勢與厄爾尼諾發(fā)生時有接近反相位的差異。

（3）冬季厄爾尼諾發(fā)生時，東太平洋海表溫度異常偏暖較夏季更為顯著，印度洋中部與南海有增暖態(tài)勢。對應(yīng)夏季500hPa、850hPa高度場和風(fēng)場形勢見3.2、4.2分析結(jié)論。

（4）冬季拉尼娜發(fā)生時，赤道太平洋表現(xiàn)出顯著偏冷態(tài)勢，在澳大利亞西北沿岸海域則表現(xiàn)出海溫異常偏暖，印度洋中部有偏冷態(tài)勢。對應(yīng)夏季500hPa、850hPa高度場和風(fēng)場形勢與厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時有接近反相位的差異。

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TV143+.2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-363-3

徐冰（1989～），女，助理工程師，研究方向為大氣科學(xué)、航空氣象預(yù)報。