太平洋冬季SSTA与夏季850hpa西风异常的关系初探

宋月旻

摘要：利用NOAA（美国大气国家海洋和大气管理局）的月平均再分析的风场和海表面温度场资料，以及CPC （美国气候预测中心） Nino3.4区海表温度（SST）序列，利用相关性分析、MV-EOF方法研究了1985年至2015年赤道太平洋冬季（12月-次年2月）海温异常（SSTA）与前期夏季（6月-8月）850hPa高度上纬向风的关系。结果表明，赤道附近纬向风对ENSO的影响主要集中在春夏季节的中西太平洋。Nino3.4区海温异常指数（SSTAI）与热带、副热带850 hPa风场的相关度在西、中太平洋地区显著。通过对热带冬季太平洋SSTA和纬向风异常进行EOF分解，发现第一、第二模态分别反映了东部型和中部型El Nino的特征，基本描述了ENSO循环过程的主要变化特征。

关键词：赤道太平洋SSTA; 赤道西风异常; MV-EOF; 相关性分析

ENSO事件具有明显的年代际变化（Wang，1995），且在80年代以前，El Nino事件中的SST主要增暖区首先发生在赤道东太平洋，然后向西扩展;80年代以后，发生在赤道中、西太平洋，然后东传。这与70年代末的全球的海洋大气系统的一致性跃变对应。

19世纪70年代，Wyrtki（1975）指出了赤道太平洋西风异常可能触发了秘鲁沿岸SST的升高，随后，Rasmusson和Carpenter（1982）综合了6次ENSO事件的发生，指出西太平洋赤道西风异常往往发生在ENSO事件爆发之前。而傅云飞和黄荣辉（1996）的分析结果表明，热带太平洋西风异常越强，ENSO事件的强度也越强。

一、资料和方法

选用了NOAA的海表面温度、风场的月平均再分析资料，分辨率为2°*2°，以及CPC的Nino3.4区海表温度序列，选取时间为1985年-2015年。

本文主要用到了Wang（1992）提出的MV-EOF（多变量经验正交函数）分解，即对任何变量所有时间空间点进行标准化，消除变量间的单位和变化幅度的差异，使得各变量场的数据相互之间有可比性，排列后进行正常 EOF 分解。运用该方法可以提取不同变量的空间和时间相关的模态，从而分析多个变量综合在一起时变化的气候特征。此外为了考察各个模态之间是否独立，也就是能否称之为一个有着独立特征的模态，研究还用到了North 检验。

二、夏季850hPa纬向风异常与冬季赤道东太平洋SSTA的关系

（一） Nino3.4区SSTAI与赤道纬向风的相关性

对平均冬季Nino3.4区SSTAI与前期每三个月平均的赤道850hPa纬向风做相关性分析。在120°E以西和100°W以东的各个季节，均为显著的相关系数低值区或负相关区，这些区域的风场活动几乎不对Nino3.4区SST产生影响，部分区域可能有微弱的使其SST降低的作用，如在早春季节的东太平洋（110°W-140°W）。

在春季二者的相关性较弱，但有随季节自西向东延伸的趋势，可以说明西风自春季开始对Nino3.4区SST起作用，但影响不大较大的相关系数数值出现在3月至5月平均的150°E附近，顯而易见，从此时赤道纬向风开始对Nino3.4区SST的异常偏高起明显的作用。

由春至夏，二者的高相关区向东移动，作用逐渐明朗。夏季中太平洋有一个明显的低舌，两侧均为高值区，分析认为此低舌为一个分界标志：低舌以西赤道纬向风场对Nino3.4区SST影响显著;而低舌以东主要是Nino3.4区SST对赤道风场的反作用产生的高相关区，即风场对Nino3.4区SSTA的响应。

在El Nino事件发展和成熟期（秋冬季节），赤道西风异常在中东太平洋地区受大气气候基本态和SSTA二者的共同影响，但主要受SSTA的影响。即Nino3.4区SSTAI与赤道纬向风的相互作用在秋冬季（8月份以后）不予考虑且西半球也可忽略不计。

而在秋冬季节在西太平洋的约120°E附近，有一个小范围的较弱的高值区，推测这可能是一个初始扰动，可能是下一年春季赤道纬向风对Nino3.4区SST影响的前奏。它将随着季节推移向东移动，到春季对Nino3.4区SSTA的影响的强度逐渐增大。

（二） Nino3.4区SSTAI与中低纬风场的相关分析

为了清楚地说明赤道东太平洋SSTA与其前期夏季赤道西风异常的相互关系，因冬季El Nino事件发展到最强，所以进行了冬季Nino3.4区SSTAI与其前期夏季850hPa高度上平均风场异常的相关分析。

Nino3.4区SSTAI与热带、副热带上空的夏季850 hPa高度平均风场异常在西、中太平洋地区显著正相关。纬向风将赤道西太平洋（南海附近海域）的暖海水带向东太平洋，在Nino3.4区原有海水随风向赤道两侧分离的同时，西太平洋暖水随西风长驱直入到达Nino3.4区，有利于该区海水增暖和El Nino的发生发展，西风引起的暖水波动到达东太平洋的时间约为2-3个月。

（三） 热带太平洋夏季850hPa纬向风异常与冬季海SSTA的时空特征分析

为探讨影响最大的热带夏季850hPa纬向风异常与冬季SSTA的关系，对二者进行EOF分析。通过North检验的有第一模态、第二模态，方差贡献分别为18.48%和14.81%。

第一模态显示的时空特征及时间系数与ENSO事件发生的年份有较好的对应关系。其时间系数与Nino3.4 区SSTAI相关性较低，但与1982年、1997年等中部型El Nino年对应良好（袁媛等，2012）。空间分布主要表现为纬向风异常导致热带中东太平洋海面增温，这与ENSO过程的分布特征相似：由赤道东太平洋南北向对称且宽，向西逐渐变窄舌状分布。第一模态当中红色舌状区域表示正相关区域，其中心位于中东太平洋，符合东部型El Nino事件（连涛，2015）;蓝色区域表示负相关区域，二者成相反变化趋势。

第二模态中太平洋海区的SSTA呈V字型特征分布。赤道中、东太平洋SST与赤道西、南北太平洋的SST的分布呈反相关，与西太平洋的亚洲大陆东南沿海（南海）的SST呈正相关。主要表现为热带降温，中高纬度升温;纬向风分布与SST分布对应，且为正相关：纬向风在海洋中激发了冬冷西暖的SSTA偶极子。基本反映了最常出现的中部型El Nino事件夏季发展情况：正海温距平首先在中太平洋出现以后自西向东移动（中部型）（薄燕青和吴洪宝，2008）——西太平洋有异常西风流，使暖海温向东太平洋的传播延缓;且有利于海水的搅动，使次表层的暖海水进入混合层，并最终影响SST变化。时间系数与Nino3.4区SSTAI吻合，相关系数达0.89。几个比较明显的增暖发生的时间点都与Nino3.4区SSTAI多年变化曲线所反映的近几十年来较强的厄尔尼诺事件相对应，所以认为第二模态基本上反映了ENSO的循环过程。

三、结论

通过对热带太平洋SSTA和850hPa纬向风异常的关系讨论及二者的MV-EOF分解，得到结论如下：

（1）赤道附近纬向风对ENSO的影响主要集中在春夏季节的中西太平洋（范围大致在140°E-170°E）。在夏季中太平洋有一个明显的低舌，两侧均为高值区，为一个分界标志：低舌以西赤道纬向风场对Nino3.4区SSTA影响显著;而低舌以东主要是Nino3.4区SSTA对赤道风场的反作用产生的高相关区，即风场对Nino3.4区SSTA异常的响应。

（2）来自西太平洋暖的海温异常作为一个前期信号，是东部型和中部型El Nino具有的共同特征。东部型El Nino传播速度快，而中部型较为缓慢，且抵达中太平洋后有明显抬升，导致中太平洋出现最大增温幅度。

参考文献：

[1]Rasmusson， E. M.， and T. H.， Carpenter， 1982： Variations in tropical sea surface temperature and surface wind fields associated with the southern oscillation/El Ni?o. Monthly Weather Review， 110（5）， 354.

[2]Wang， B. 1992： The vertical structure and development of the enso anomaly mode during 1979-1989. Journal of Atmospheric Sciences， 49（8）， 698-712.

[3]Wang， B. 1995： Interdecadal changes in el ni?o onset in the last four decades. Journal of Climate， 8（2）， 267-285.

[4]Wyrtki， K. 1975： El ni?o—the dynamic response of the equatorial pacific oceanto atmospheric forcing. J.phys.oceanogr， 5， 572.

[5]薄燕青， 吳洪宝. 2008： Enso年份的确定及其典型事件分析. 图书情报导刊， 18（26）， 110-112.

[6]傅云飞， 黄荣辉. 1996： 热带太平洋西风异常对enso事件发生的作用. 大气科学， 20（6）， 641-654.

[7]连涛. 2015.：厄尔尼诺基本类型的新解释. 科学通报（19）， 1854-1854.

[8]袁媛， 杨辉， 李崇银. 2012： 不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响. 气象学报， 70（3）， 467-478.