2015/2016厄尔尼诺事件的衰减位相及其对应的西北太平洋环流异常

陈卫,陆日宇

中国科学院 大气物理研究所 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京 100029

2015/2016厄尔尼诺事件的衰减位相及其对应的西北太平洋环流异常

陈卫,陆日宇*

中国科学院 大气物理研究所 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京 100029

2016-08-24收稿，2016-09-26接受

国家自然科学基金委重大国际(地区)合作研究项目(41320104007);国家自然基金委联合基金项目(U1502233)

利用季节平均HadISST海温、CMAP降水及NCEP风场数据,分析了2015/2016超级厄尔尼诺衰减期的特征及其对应的西北太平洋大气环流异常。结果表明:2015/2016厄尔尼诺事件除了成熟位相冬季强度大以外,还具有在随后春季衰减快,到夏季就消亡的特征。伴随着厄尔尼诺的迅速衰减,西北太平洋有较强的反气旋环流异常维持。厄尔尼诺衰减位相与西太反气旋异常存在相互作用。一方面,由于此次厄尔尼诺事件强度强,衰减期热带印度洋有显著的暖海温异常从冬季一直维持到夏季,有利于西太反气旋的增强和维持。另一方面,西太反气旋环流异常的维持及其南侧东风异常的发展使得中东太平洋正海温异常减弱,令厄尔尼诺事件快速衰退。此外,通过与1982/1983和1997/1998年比较发现,这三次超强厄尔尼诺事件虽强度相当,但衰减位相及与之相联系的西太反气旋异常都不尽相同。1982/1983事件衰减慢,维持时间长,对应的西太反气旋强度弱。而1997/1998事件衰减快,维持时间短,对应的西太反气旋强度在春季和夏季都强盛维持。2015/2016事件的衰减速度明显快于1982/1983事件,对应的西太反气旋也强于1982/1983事件,由于2015/2016事件增暖中心偏向于中东太平洋,而这里是厄尔尼诺衰减过程中负海温异常最先出现的区域,因此尽管2015/2016事件中西太反气旋异常的强度弱于1997/1998事件,但衰减速度及衰减位相维持时间与1997/1998相当。本文研究结果表明厄尔尼诺衰减与西太反气旋异常之间的关系较为复杂,需进一步研究。

2015/2016厄尔尼诺

厄尔尼诺季节演变

厄尔尼诺衰减位相

西北太平洋反气旋环流异常

超强厄尔尼诺

厄尔尼诺事件是指赤道中东太平洋海温持续异常增暖的现象,每2～7 a就会发生一次。作为热带太平洋海气相互作用最强烈的年际变率信号,厄尔尼诺发生时,给全球多地造成气候异常和极端气候事件。由于大气环流对海温异常的滞后响应,尽管厄尔尼诺强度在次年开始衰减,但其气候影响仍将持续。对于东亚季风区,特别是我国夏季降水的影响,主要就集中在厄尔尼诺衰减位相(Huang and Wu,1989;Zhang et al.,1996,1999;倪东鸿等,2000;黄平和黄荣辉,2010)。

在厄尔尼诺衰减位相,西北太平洋环流异常是连接厄尔尼诺与东亚气候异常的桥梁(Wang et al.,2000;Chou et al.,2003)。厄尔尼诺衰减年,西北太平洋上形成反气旋性环流异常(Western North Pacific Anticyclonic circulation anomaly,简称WNPAC;也被称为菲律宾反气旋),造成西北太平洋副热带高压偏南偏强,使长江中下游的梅雨锋稳定少动,同时反气旋环流西侧的异常偏南风向长江中下游输送大量水汽,使长江中下游降水偏多,而江淮及华北降水偏少(刘颖和倪允琪,1998;黄荣辉等,2003;赵亮等,2006)。

WNPAC在厄尔尼诺衰减位相的维持受到厄尔尼诺强度,以及与之相联系的热带印度洋海温的影响。前冬厄尔尼诺强度越强,越有利于随后春夏季WNPAC的增强维持(Wang et al.,2000;Li et al.,2007;Chen et al.,2012,2014a)。热带印度洋可以将前冬厄尔尼诺的信号储存起来并在随后的春夏季维持显著的暖海温异常,通过激发东传开尔文波和埃克曼辐散,进而加强维持WNPAC(Wu et al.,2009;Xie et al.,2009)。此外,热带大西洋海温在厄尔尼诺衰减期的增暖通过加强沃克环流在西北太平洋下沉运动也有利于WNPAC的加强(Hong et al.,2013,2015;Chen et al.,2014c)。

另一方面,WNPAC对厄尔尼诺衰减位相也有重要调制作用(Wang et al.,2001)。WNPAC的维持有利于厄尔尼诺的快速衰亡(Chen et al.,2012,2015;Yun et al.,2015)。WNPAC在厄尔尼诺次年春季和夏季维持,中心向东移,其南侧的东风异常不断向东扩展,加强了气候态东风,有利于中东太平洋暖海温的减弱消亡及冷海温的出现发展。因此WNPAC强度越大,厄尔尼诺衰减越快,维持事件越短。此外,西太环流异常的不对称性还可导致厄尔尼诺事件衰减快于拉尼娜事件(Wu et al.,2010)。

2015/2016中东太平洋发生了一次超强厄尔尼诺,此次事件强度大,影响范围广(邵勰等,2016;袁媛等,2016)。在衰减位相春季造成我国华南汛期降水偏多,而到夏季已经在我国长江流域引发多次持续强降水。这些都与衰减位相的海温及环流异常的分布密切相关。2015/2016超强厄尔尼诺事件的衰减位相特征如何,对应的WNPAC如何演变,是否符合厄尔尼诺事件和WNPAC相互作用方面的前期研究结果?此外,此次事件在强度上与1982/1983、1997/1998厄尔尼诺事件相当,三次事件有哪些异同?本文将针对这些问题开展研究。

1 资料与方法

资料包括:1)英国气象局哈德莱中心提供的海表温度资料(Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature dataset,简称HadISST)(Rayner et al.,2003),水平分辨率1°×1°,资料长度为1949年1月至2016年8月。2)美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,简称NCEP/NCAR)提供的风场资料(Kalnay et al.,1996),水平分辨率2.5°×2.5°,资料长度为1949年1月至2016年8月。美国气候预测中心降水综合分析资料(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation,简称CMAP)(Xie and Arkin,1997),水平分辨率2.5°×2.5°,资料长度为1979年1月至2016年8月。主要采用合成分析、线性相关等统计方法。

2 2015/2016厄尔尼诺事件衰减位相主要特征

2015/2016年厄尔尼诺事件的季节演变大致遵循上述过程,但强度和位相演变过程还存在独特性。在2014年冬季,热带中东太平洋就已经有了正海温异常,但强度较弱,并未达到一次暖事件的强度(Li et al.,2015;Min et al.,2015)。从2015年春季开始,正海温异常得到不断地发展和加强,并在冬季达到顶峰。此次事件成熟位相冬季Nio3.4指数强度为2.46 ℃,比其他事件合成的强度(1.55 ℃)高出约60%,超出了各事件之间一个标准差的变化,甚至强于历史上两次超强厄尔尼诺事件(1982/1983和1997/1998)的强度(Nio3.4指数分别为2.40 ℃和2.33 ℃)。在衰减年,热带中东太平洋正海温异常迅速减弱,尽管冬季强度很大,但春季的强度已经接近合成的强度,因此衰减速率也远大于合成结果。到2016年夏季,热带中东太平洋正海温异常已经完全衰退,并正向着负异常转变。这表明,2015/2016超强厄尔尼诺事件夏季就已经结束。通过与观测中前10次事件的合成结果比较发现,此次事件具有强度大,衰减快的特点。

图1 厄尔尼诺事件时Nio3.4指数的季节演变(单位:℃;红色实线为2015/2016事件;黑色虚线为观测中前20次厄尔尼诺事件的合成结果。阴影表示所有事件一个标准差的变化。Nio3.4定义190～240°E、5°S～5°N区域内平均的海表面温度异常。厄尔尼诺事件定义为冬季平均Nio3.4指数大于一个标准差,由此得到1957/1958;1965/1966;1972/1973;1982/1983;1986/1987;1991/1992;1994/1995;1997/1998;2002/2003;2009/2010;2015/2016共11个厄尔尼诺事件)Fig.1 Seasonal evolution of Nio3.4 index(units:°C) for the 2015/2016 El Nio(solid red line) and the composite of 10 other El Nio observations(dashed black line) [shading represents one standard deviation among the El Nio cases;the Nio3.4 index is defined as the SST anomalies averaged over the region(5°S—5°N,190—240°E);an El Nio event is defined as the Nio3.4 index in boreal winter(December-Feburary) being greater than one standard deviation;11 El Nio events(1957/1958;1965/1966;1972/1973;1982/1983;1986/1987;1991/1992;1994/1995;1997/1998;2002/2003;2009/2010;2015/2016) are obtained under this criterion]

这些特点从海温空间分布的季节演变(图2)也能得出。2015/2016年冬季,热带中东太平洋正海温异常强盛,而西北太平洋则为负海温异常,因此在赤道太平洋存在明显的东西海温梯度。另外,伴随着厄尔尼诺的发生,热带印度洋(Xie et al.,2009)和热带大西洋(Enfield and Mayer,1997;Saravanan and Chang,2000)的海温都显著偏暖。在2016年春季,中东太平洋正海温异常的强度迅速衰减,范围向西扩展,暖中心西移至中太平洋。而热带印度洋暖海温异常继续维持,强度甚至有所加强。到2016年夏季,赤道中东太平洋出现负海温异常,热带西太平洋上暖海温异常的范围扩大,强度增强,这表明该厄尔尼诺事件已经消亡。另外,印度洋上仍然维持正海温异常,但强度较春季有所减弱。

2015/2016年冬季到2016年夏季热带地区的降水异常和对流层低层风场异常也与海温的分布(图3)密切联系。冬季,伴随着超强厄尔尼诺的发生,赤道中东太平洋西风异常维持,在其西侧西北太平洋上出现反气旋异常,其南侧的东风异常由赤道西太平洋延伸至赤道东印度洋。对应于强烈的暖海温异常,中太平洋对流异常发展,降水增强。而西北太平洋上海洋性大陆及我国南海地区出现负降水异常。由于WNPAC维持令西太副热带高压增强,有利于水汽的向北输送,造成我国华南多雨。另外,伴随着热带印度洋的暖海温异常,该地区降水也增强,特别是东南印度洋上出现正降水异常。

春季(图3b),赤道东太平洋上异常西风减弱,范围向东缩小,对中东太平洋暖海温异常维持的作用也减弱。而随着正海温异常的减弱衰退(图2b),中太平洋上正降水异常也减弱,范围缩小。其西侧的WNPAC则继续维持,并向东扩展。该反气旋南侧的东风异常向东延伸到赤道中太平洋,一方面通过纬向平流反馈对海温倾向的作用使得热带中太平洋暖海温异常迅速减弱(Kug et al.,2009),另一方面增强气候态风场,有利于次表层冷水上翻,减弱了热带东太平洋海温异常,从而导致厄尔尼诺的迅速衰退(Chen et al.,2012,2015;Yun et al.,2015)。由此可见,WNPAC的维持及其南侧东风异常的发展使得中东太平洋正海温异常减弱,是令厄尔尼诺事件快速衰退的重要原因。

夏季(图3c),在副热带西北太平洋上出现气旋性环流异常,其南侧的WNPAC强度减弱,但赤道西太平洋上仍然维持东风异常,与赤道东太平洋上西风异常一起,在赤道中太平洋上形成辐散环流,有利于赤道中东太平洋上冷海温异常的出现(图2c)。伴随着冷海温的发展,赤道太平洋上负降水异常发展(图3c)。

图2 2015/2016厄尔尼诺事件成熟位相冬季(D(0)JF(1);a)及随后春季(MAM(1);b)和夏季(JJA(1);c)的海表面温度异常的空间分布(单位:℃)Fig.2 Distribution of the SST anomaly(units:°C) for the 2015/2016 El Nio in (a)the mature winter[(D(0)JF(1)],and the subsequent (b)spring[(MAM(1))] and (c) summer [(JJA(1))]

图4 2015/2016厄尔尼诺事件成熟位相冬季(D(0)JF(1);a)及随后春季(MAM(1);b)和夏季(JJA(1);c)的850 hPa流函数异常的空间分布(单位:106 m2·s-1)Fig.4 Distribution of 850 hPa stream-function anomalies(units:106 m2·s-1) for the 2015/2016 El Nio in (a)the mature winter[(D(0)JF(1))],and the subsequent (b)spring [(MAM(1))] and (c)summer [(JJA(1))]

图4给出850 hPa流函数异常的分布,能够更清楚的看出WNPAC的强度和演变。在2015/2016年冬季,热带中太平洋显著的正降水异常产生非绝热加热(图3a),根据Gill型罗斯贝波响应,在其西侧的西太平洋上激发出一对反气旋性环流异常,其东侧则为开尔文波响应,在中东太平洋上出现气旋性环流异常(图4a)。到2016年春季,由于中东太平洋正降水异常的减弱,其东侧气旋环流也减弱。但WNPAC仍然维持,这是由于印度洋海温异常增暖(图2),通过暖性开尔文波引起赤道西太平洋埃克曼辐散,进一步加强了WNPAC(Xie et al.,2009)。此外,热带大西洋暖海温异常(图2)触发局地辐合上升气流通过纬向翻转环流在赤道中西太平洋下沉,也有利于加强WNPAC(Hong et al.,2015;Chen et al.,2014c)。随着厄尔尼诺事件的快速衰减,热带中东太平洋正海温异常在2016年春季显著减弱,但热带印度洋及大西洋的暖海温异常令WNPAC继续维持加强。夏季,从季节平均的环流场上看,WNPAC已经减弱消退。而从月平均时间尺度(图略)上看,WNPAC在2016年6月强盛维持,7月强度略有减弱,但仍然保持反气旋性环流异常,直到8月才消退。因此,在2016年初夏在西北太平洋上还是保持着反气旋环流异常。另外,在赤道中东太平洋低层有反气旋性环流异常发展,这是由于此时负海温异常的发展,令该地区出现下沉气流。

综上所述,2015/2016厄尔尼诺事件具有强度大,衰减快的特点。并在其衰减位相,同与之相联系的WNPAC产生相互作用。一方面,伴随着此次超强厄尔尼诺事件在冬季达到最强,赤道中太平洋对流增强,通过非绝热加热在其西侧激发出WNPAC。随后热带中东太平海温虽然迅速减弱,但热带印度洋和热带大西洋都有显著的暖海温异常从冬季一直维持到春季,有利于WNPAC的增强和维持。另一方面,WNPAC的稳定维持,其南侧东风异常的不断发展并向东扩展到赤道中太平洋,使得中东太平洋正海温异常减弱,令厄尔尼诺事件快速衰退。

3 与1982/1983、1997/1998超强厄尔尼诺的比较

1982/1983和1997/1998年也发生了两次强度极强的厄尔尼诺,其成熟位相冬季的Nio3.4都超过了2个标准差。它们的衰减位相如何?与2015/2016事件有什么异同?这是本节将要回答的问题。

图5 1982/1983(a、b、c)和1997/1998(d、e、f)厄尔尼诺事件成熟位相冬季(a、d),随后春季(b、e)及夏季(c、f)的海表面温度异常的空间分布(单位:℃)Fig.5 Distribution of the SST anomaly(units:°C) for (a—c) the 1982/1983 El Nio and (d—f) the 1997/1998 El Nio in (a,d)the mature winter[(D(0)JF(1))],and the (b,e)subsequent spring[(MAM(1))] and (c,f) summer [(JJA(1))]

图5是观测中这两次厄尔尼诺事件衰减位相海温异常的季节演变。在热带中东太平洋,这两次事件成熟位相冬季都有很强的正海温异常(图5a、图5d),强度与2015/2016年冬季相当(图2a)。但两次事件暖中心偏向于赤道东太平洋(图5a、图5d),而2015/2016事件中最大异常中心偏向于中太平洋(图2a)。随后热带中东太平洋正海温异常减弱,但衰退的速度明显存在差异。1982/1983事件衰减位相维持事件较长,到了夏季仍然有显著的暖海温维持(图5c),表明此时该事件还在继续。而1997/1998事件衰减较快,到1998年夏季就已经结束,赤道中太平洋出现负海温异常。因此,从衰减位相维持时间来看,2015/2016事件与1997/1998事件类似,都属于维持时间短迅速衰退型。而1982/1983事件则是维持时间长衰减慢的类型,这与Chen et al.(2012,2014b)对观测中厄尔尼诺衰减位相的分类相同。

伴随着这两次暖事件,热带印度洋海温都有正海温异常从冬季一直维持到夏季,但强度明显不同。1998年热带印度洋海温异常的强度都强于1983年,这有利于WNPAC在1998年春夏季的稳定维持。此外,热带大西洋在1983年表现为弱的负海温异常(图5a—5c),而1998年则为显著的正海温异常(图5d—5f),与2016年类似(图2)。

图6给出降水异常和对流层低层风场在1982/1983和1997/1998两次厄尔尼诺衰减位相的季节演变。冬季,赤道中东太平洋西风异常,减弱了气候态东风,抑制了次表层的冷水上翻,因而有利于暖海温的加强维持。伴随着对流加强,显著的正降水异常出现,并通过非绝热加热,在其左侧西北太平洋地区激发出反气旋性环流异常,其南侧的东风异常从海洋性大陆延伸到赤道东印度洋。值得注意的是,这两次事件正降水异常中心主要位于热带中东太平洋(图6a、6d),而2015/2016事件时则位于热带中太平洋(图3a),这也对应于这两次事件较2015/2016事件正海温异常中心更偏东。

随着厄尔尼诺事件的衰减,两次事件对应的降水和环流异常也出现不同。春季,赤道中东太平洋上的西风异常在1983年更强,有利于暖海温的继续维持,而WNPAC及其南侧的东风异常则是1998年更强,使得暖海温衰减。夏季,1983年事件时WNPAC减弱北抬,而热带中东太平洋继续维持较强的西风异常以及正降水异常。而1998年事件中,WNPAC稳定维持,其南侧的东风异常向东延伸到赤道中太平洋,加速了暖海温的消亡以及向冷海温的转变(图5f)。

图6 1982/1983(a、b、c)和1997/1998(d、e、f)厄尔尼诺事件成熟位相冬季(a、d),随后春季(b、e)及夏季(c、f)的降水异常(阴影;单位:mm·d-1)及850 hPa风场异常(箭矢)的空间分布Fig.6 Distribution of precipitation anomalies(shading;units:mm·d-1) and 850 hPa wind anomlies(vectors) for (a—c)the 1982/1983 El Nio and (d—f)the 1997/1998 El Nio in (a,d)the mature winter[(D(0)JF(1))],and the (b,e)subsequent spring[(MAM(1))] and (c,f) summer [(JJA(1))]

图7 1982/1983(a、b、c)和1997/1998(d、e、f)厄尔尼诺事件成熟位相冬季(a、d),随后春季(b、e)及夏季(c、f)的850 hPa流函数异常的空间分布(单位:106m2·s-1)Fig.7 Distribution of 850 hPa stream-function anomalies(units:106 m2·s-1) for (a—c)the 1982/1983 El Nio and (d—f)the 1997/1998 El Nio in (a,d)the mature winter[(D(0)JF(1))],and the (b,e)subsequent spring[(MAM(1))] and (c,f)summer [(JJA(1))]

图7能够更清楚的看出WNPAC在两次厄尔尼诺衰减位相的不同演变和强度变化。1982/1983事件中,WNPAC从冬季到夏季存在显著减弱的趋势,特别是夏季,西北太平洋上环流异常已经很弱。而1997/1998事件时,WNPAC从冬季到夏季一直强盛维持,中心位置及范围略有东移。WNPAC强度的不同与这两次超强厄尔尼诺衰减位相的维持时间显著不同有关(Chen et al.,2012,2015):1997/1998事件衰减位相维持时间短,热带中东太平洋已经衰减为负海温异常(图5f),有利于在其西侧激发出反气旋性环流异常,同时印度洋上正海温异常也有利于WNPAC的增强维持。而1982/1983厄尔尼诺维持时间长,热带中东太平洋仍然维持暖海温异常(图5c),在其西侧产生气旋性环流异常,与印度洋上暖海温异常的作用相互抵消,对应于西北太平洋环流减弱。因此,厄尔尼诺衰减位相维持时间长短所对应的热带中东太平洋和印度洋的不同海温配置是导致WNPAC强度不同的原因(Chen et al.,2012,2015)。

图8 2015/2016(红色实线)、1997/1998(蓝色虚线)、1982/1983(黑色点虚线)厄尔尼诺事件时，Nio3.4指数(a;单位:℃)及WNPAC指数(b;单位:106 m2·s-1)的季节演变(WNPAC指数定义为110～160°E、10～25°N区域内平均的850 hPa流函数异常)Fig.8 Seasonal evolution of (a)Nio3.4 index(units:°C) and (b)WNPAC index(units:106 m2·s-1) for the 2015/2016(solid red line),1997/1998(dashed blue line) and 1982/1983(dashed black line) El Nio event[the WNPAC index is defined as the 850 hPa stream-function anomalies averaged over the region(10—25°N,110—160°E)]

为了比较这三次超强厄尔尼诺事件及其对应的WNPAC的循环演变,给出Nio 3.4指数及西太反气旋指数的季节演变(图8)。这三次事件发展位相及成熟位相的强度都很接近,主要的区别在于衰减位相(图8a)。1982/1983事件衰减慢,维持时间长,到次年秋季才转变为负位相。而1997/1998事件衰减快,维持时间短,到夏季就向负位相发展,并在随后冬季形成一次拉尼娜事件。2015/2016事件冬季强度略强于前两次事件,但春季强度迅速衰退减弱,并在夏季消亡并开始出现负海温异常,因此也是衰减快,维持时间短类型。

厄尔尼诺的不同衰减位相与WNPAC在春季的强度密切相关。图8b中,WNPAC在1997/1998年中明显强于1982/1983年,且分别对应着1997/1998事件在夏季消亡及1982/1983事件的继续维持。2015/2016事件中的WNPAC,一方面强于1982/1983事件,有利于2016年厄尔尼诺的迅速衰亡。另一方面,虽然较1997/1998事件弱,但由于此次事件暖中心偏向于热带中太平洋,这里是厄尔尼诺衰减过程中负海温异常最先出现的区域,该地区的正海温异常也最先被WNPAC南侧的东风异常所减弱,因此衰减速度及衰减位相维持时间与1997/1998相当。值得注意的是,虽然WNPAC在2016年夏季消亡并转变为气旋性异常,但这主要是由于8月在副热带西北太平洋出现了较强气旋性环流的缘故,而在6、7月,WNPAC仍然强盛维持。

WNPAC的维持与厄尔尼诺强度有关。图9分别是冬季热带中东太平洋(图9a)及热带印度洋(图9b)与随后春季WNPAC的散点图。热带中东太平洋海温异常与WNPAC存在正相关,表明厄尔尼诺强度越强,越有利于随后在西太地区出现反气旋性环流异常,因此这三次厄尔尼诺衰减期春季和夏季的都存在WNPAC。另一方面,虽然三次事件强度相当,但1982/1983事件中WNPAC明显偏弱,说明还存在其他区域海温的调制作用。

图9b中热带印度洋海温异常与WNPAC也存在显著的正相关,表明热带印度洋海温也是维持WNPAC的主要因子。1982/1983事件中热带印度洋正海温异常较弱(IO指数为0.37 ℃),强度仅约为1997/1998事件的二分之一(IO指数为0.70 ℃),约为2015/2016事件的三分之一(IO指数为0.95 ℃)。因此WNPAC在随后春季和夏季的强度偏弱。而1998和2016年热带印度洋显著的暖海温异常,有利于WNPAC的稳定维持。这三次事件虽然都是超强厄尔尼诺,但由于热带印度洋海温异常强度的不同,对应的WNPAC强度也不同,也造成衰减位相的不同速度和维持时间。此外,我们也注意到,尽管2016年印度洋海温异常强于1998年,但WNPAC却弱于1998年,这说明除了目前我们认识到的强厄尔尼诺强度及印度洋暖海温之外,还存在其他因子显著地影响WNPAC强度。例如,西北太平洋局地海温异常对WNPAC有反馈作用(Wang et al.,2000,2013;Lau and Nath,2003)。热带大西洋海温也对WNPAC存在调制作用(Hong et al.,2013,2015;Chen et al.,2014c)。此外,WNPAC还受到大气内部动力过程的影响(Lu et al.,2006,2008)

图9 a.前冬Nio3.4指数与随后春季WNPAC指数的散点图;b.前冬印度洋海温异常(Indian Ocean,简称IO)指数与随后春季WNPAC指数的散点图。其中2015/2016,1997/1998及1982/1983厄尔尼诺事件分别用红色、蓝色及黑色实心点标记。IO指数定义为40～110°E、10°S～20°N区域内平均的海表面温度异常Fig.9 Scatter diagram of (a)the WNPAC index during the subsequent spring[(MAM(1))] with the Nio3.4 index and (b)the Indian Ocean index(IO) during the mature winter[(D(0)JF(1))][the IO index is defined as the SST anomalies averaged over the region(10°S—20°N,40—110°E)]

4 结论与讨论

本文采用HadISST海温、CMAP降水及NCEP风场资料,详细分析了最近发生的2015/2016厄尔尼诺事件衰减位相的演变特征及其对应的环流异常。与以往发生的厄尔尼诺事件合成结果相比,2015/2016事件具有强度大,衰减快的特点。在成熟位相冬季,该事件对应的热带中东太平洋海温强度达到2个标准差以上,超过观测中厄尔尼诺事件合成结果的60%。尽管冬季强度极强,但到随后春季就迅速衰退减弱,到2016年6月该厄尔尼诺事件结束,并向负位相转变。

厄尔尼诺发生时,热带中东太平洋对流加强,出现正降水异常。通过非绝热加热,在其西侧西北太平洋激发出反气旋性环流异常。该WNPAC从冬季一直维持到春季,并与厄尔尼诺衰减位相存在相互作用。一方面,此次厄尔尼诺事件强度很大,冬季热带中东太平洋有很强的正海温异常,同时伴随着热带印度洋和热带大西洋有显著的暖海温异常从冬季一直维持到春季,有利于WNPAC的增强和维持。另一方面WNPAC稳定维持,范围随季节向东扩展,其南侧东风异常不断向赤道东太平洋扩展,使得中东太平洋正海温异常减弱,令厄尔尼诺事件快速衰退。

除2015/2016事件外,还发生过1982/1983和1997/1998这两次强度超过2个标准差的超强厄尔尼诺。通过对比,发现这三次事件虽然强度相当,但衰减位相及对应的WNPAC存在不同特征。1982/1983事件衰减慢,维持时间长,对应的WNPAC强度弱。而1997/1998事件衰减快,维持时间短,对应的WNPAC在春季和夏季都强盛维持。2015/2016事件的衰减速度明显快于1982/1983事件,对应的WNPAC也强于1982/1983事件,但比1997/1998事件的WNPAC强度弱。

一方面,厄尔尼诺的强度及与之相联系的热带印度洋海温异常的强度都对WNPAC的维持有正贡献。这三次事件虽同属超强厄尔尼诺,冬季强度也相当,因此都对应着随后春季的WNPAC。但1982/1983事件中热带印度洋海温异常显著弱于其他两次事件,因此对应的WNPAC也偏弱,不利于厄尔尼诺的衰减,使得该事件在夏季仍然维持。另一方面,2015/2016事件与1997/1998事件同属衰减快,维持时间短,甚至印度洋海温异常在2015/2016事件中还更强,但对应的西太反气旋强度在春季明显弱于1997/1998事件。这说明除了目前我们认识到的“强厄尔尼诺、印度洋暖海温”之外,必将存在其他因素显著影响WNPAC强度。本文没有解决这一问题,有待于将来开展研究。

此外,2015/2016事件增暖中心偏向于中东太平洋,这里是厄尔尼诺衰减过程中负海温异常最先出现的区域,因此该地区的正海温异常也最先被WNPAC南侧的东风异常所减弱。前人的研究指出,中太平洋海温异常的衰减主要来自于风场异常对平均海温的平流作用,也就是纬向平流反馈作用,而东太平洋海温异常的衰减主要通过温跃层反馈作用(Kug et al.,2009)。因此,虽然2015/2016事件对应的WNPAC的强度弱于1998年,但WNPAC南侧的东风异常通过纬向平流反馈作用使得中太平洋海温异常迅速减弱,其衰减速度及衰减位相维持时间与1997/1998相当。

通过分析2015/2016超强厄尔尼诺在衰减位相演变过程中的特征,表明了厄尔尼诺衰退过程中,除了强度外,还应关注衰减位相与西北太平洋环流异常的相互作用,以及热带印度洋和热带大西洋这些非局地因子对厄尔尼诺衰减过程的调制作用。

致谢:Hadley、NOAA提供了HadISST海温资料、NCEP/NCAR再分析资料、CMAP降水资料的在线下载服务。

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Decaying phase of the 2015/2016 El Nio event and its associated western North Pacific atmospheric circulation anomaly

CHEN Wei,LU Riyu

StateKeyLaboratoryofNumericalModelingforAtmosphericSciencesandGeophysicalFluidDynamics,InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China

Based on the seasonal mean sea surface temperature(SST) in HadISST,precipitation in CMAP and wind field in the NCEP/NCAR reanalysis dataset,the decaying phase of the 2015/2016 super El Nio event and its associated western North Pacific atmospheric circulation anomaly are investigated in this study.The 2015/2016 El Nio event not only exhibits strong intensity in the mature winter,but also declines rapidly in the subsequent spring and terminates in the summer.During the 2015/2016 winter,the SST anomaly over the central and eastern tropical Pacific is greater than two standard deviations,and is 60% more than the intensity in the composite observations of other El Nio events.This case is recognized as a super El Nio event,but it rapidly declines in the subsequent spring and transforms into a La Nia event in the summer.Additionally,an anticyclonic circulation anomaly persists over the western North Pacific(WNPAC),accompanied by the rapid decline of El Nio.On the one hand,the strong El Nio intensity and its accompanying warming over the Indian Ocean contribute to the steady persistence of the WNPAC associated with the 2015/2016 super El Nio event.On the other hand,the anomalous easterlies over the central and western equatorial Pacific,induced by the strong WNPAC,favor the rapid decline of the El Nio decaying phase.

Furthermore,a thorough comparison of the 2015/2016 El Nio event to the cases of 1982/1983 and 1997/1998 suggests that their decaying phases are quite different,despite all being super El Nios with similar wintertime intensity.The 1982/1983 El Nio declines slowly and persists into the following autumn,whereas the 1997/1998 case declines rapidly and has already terminated in the following summer.The length of the El Nio decaying phase is associated with the strength of the springtime WNPAC.The 1982/1983(1997/1998) El Nio is related to a weak(strong) WNPAC in the decaying phase.On the one hand,the decaying rate of the 2015/2016 El Nio is faster than the 1982/1983 case,due to the stronger WNPAC in the 2015/2016 El Nio than that in the 1982/1983 event.On the other hand,the warmest center in the 2015/2016 case is close to the central equatorial Pacific,where the negative SST anomaly first emerges.Thus,although the WNPAC is stronger in 1997/1998 case,the decaying length is similar to the 2015/2016 event.The results imply a complicated interaction between the WNPAC and the El Nio decaying phase,which needs to be further studied.

(责任编辑：张福颖)

陈卫,陆日宇,2016.2015/2016厄尔尼诺事件的衰减位相及其对应的西北太平洋环流异常[J].大气科学学报,39(6):766-777. Chen W,Lu R Y,2016.Decaying phase of the 2015/2016 El Nio event and its associated western North Pacific atmospheric circulation anomaly[J].Trans Atmos Sci,39(6):766-777.

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