热带太平洋印度洋海温异常综合模及其影响.pdf

1热带太平洋- 印度洋海温异常综合模及其影响∗ 杨 辉 李崇银 中国科学院大气物理研究所大气数值模拟国家重点实验室LASG北京 100029 摘 要 由于大气瓦克环流和印度尼西亚灌穿流的影响太平洋和印度洋的海温异常既有紧密关系又有各自的一些特点单独考虑太平洋的 E N S O 模并不能完全说明海温异常对气候的影响本文从统一综合考虑太平洋和印度洋海温S S T 的异常形势及特征出发提出了太平洋- 印度洋海温异常综合模概念进而比较了各个异常模的不同特征以及它们对我国气候和印度夏季降水的影响其结果清楚地表明必须考虑和研究太平洋- 印度洋海温异常综合模及其影响从而为短期气候预测提供更好科学依据 关键词热带太平洋-印度洋海温异常 综合模 气候影响 1 引言 海温异常对大气环流和气候的影响已成为大家十分关注的事情尤其是赤道太平洋海表温度S S T 的强异常E N S O 事件的发生往往给全球不少地区造成严重的旱涝灾害更是国内外多年来研究的重要问题[ 1 - 4 ]但是E N S O 虽然是年际气候变化的最强信号但它并非是引起气候异常的唯一原因例如在厄尔尼诺年印度地区并非都很干旱[ 5 6 ]我国东部地区也不是夏季降水就都偏少[ 7 ]另一方面印度洋海温异常早已引起人们的注意[ 8 ]而几年前又发现印度洋海温偶极子的存在及重要影响[ 9 - 1 1 ]但是深入的研究表明印度洋偶极子与太平洋 E N S O 有着密切的联系[ 1 2 ]由于印度尼西亚灌穿流和大气瓦克环流的影响印度洋和太平洋海温的异常的确有紧密相关 为了搞清热带海洋的温度异常对气候的影响规律 本文将统一综合考虑太平洋和印度洋 S S T 的异常形势及特征 并分别讨论不同的海温异常综合型对我国气候的影响本文所用的资料为英国 H a d l e y 中心的月平均海表温度资料中国气象局 1 6 0 站月平均的气温和降水资料 2 热带太平洋-印度洋异常海温综合模 ∗ 本研究得到国家自然科学基金No. 40233033和中国科学院创新项目的共同资助 2大家知道厄尔尼诺El Ni o或拉尼娜La Ni a都是以赤道东太平洋的海温距平SSTA来定义的而实际上当赤道东太平洋有正负SSTA 时赤道西太平洋往往有负正SSTA 与之对应另一方面所谓印度洋偶极子是用赤道印度洋东西海温距平的差值来定义的 虽然用了 偶极子 的称谓 但并非数学意义上的 偶极子考虑到太平洋 ENSO模与印度洋偶极子的密切联系 可以用分别标准化的两个海洋赤道地区东西海温差来定义综合模态的指数分别标准化是因为太平洋海温异常信号要比印度洋强得多具体计算如下 ∇Ti = SSTA (50-65oE, 5oS-10oN) - SSTA (85-100oE, 10oS-5oN) ∇Tp = SSTA (130-80oW, 5oS-5oN) - SSTA (140-160oE, 5oS-10oN) 而综合模的指数为 COMI = ∇Ti + ∇Tp 上面括号内代表区域平均的月平均海表温度距平iT∇pT∇已分别进行了标准化处理 在图 1 中分别给出了 COMI太-印海温异常综合模指数和 Ni o3+4区的海温距平亦可称其为 ENSO 指数的时间变化可以看到虽然 COMI 和 ENSO 指数有着密切的关系但是 COMI 与 ENSO 指数也有不小的差异 说明研究综合模及其指数 COMI 是很有意义的为了进一步说明综合模与单独太平洋 ENSO 模的差异分别就正位相和准常态两种类型来进行对比分析依据图 1 中给出的太平洋-印度洋海温异常模指数选取综合模正指数较大3.8的 195119651972198219831987 和 1997 年为正位相年的典型代表而指数振幅接近零线的 195219561960196719681979, 19801981 和 1990 年为准常态年的典型代表为了与 ENSO 进行比较选取印度洋海温距平东西差较小印度洋偶极子指数小的 19511953195719631965196919761986 和 1991 年为单独的 El Nino~年而以 Ni o3+4区的海温距平接近零线的 19591960196219801981 和 1990年为太平洋海温准常态年的代表 图 1 印度洋- 太平洋异常海温综合模指数实线与 N io3 + 4区的海温距平虚线单位oC 的时间变化上述几种情况的合成海温距平的分布形势分别如图 2 所示综合模的准常态年要比ENSO 模的准常态年能更好反映准常态特征其在赤道附近海区 SSTA 都很小而综合模的正位相年与 ENSO 模的正位相年相比也有不少差异不仅在印度洋在太平洋也更好地反3映了热带海表温度的东西差异 它们再一次表明 印度洋-太平洋异常综合模与太平洋 ENSO模有明显不同提出综合模并对其研究是有意义的 图 2 合成的海温距平oC 形势图分别对应 ( a ) 太平洋 E N S O 模的准常态年 ( b ) 太平洋- 印度洋综合模的准常态年 ( c ) 太平洋 E N S O 模的正位相E l N io 年 ( d ) 太平洋- 印度洋综合模的正位相年 3 热带太平洋-印度洋异常海温综合模对中国夏季气候的影响 对应图 2 所示的四种情况 分别就中国夏季的气候资料进行合成 不难发现各种异常海温形势的气候影响是很不一样的 由于海温距平有相当的持续性 这里的分析结果将给中国夏季的气候预测提供一定的依据 因观测资料的时间长度有限 合成分析的个例数还不是很多 但它们在一定程度上显示了异常海温形势对中国东部降水的重要影响 图 3 分别给出了与图 2 中 4 种形势相对应的中国东部的夏季6-8 月 降水量距平分布其主要特征分别是对应太平洋海温的准常态年中国华南和东南沿海地区明显多雨江南到云南一带少雨江淮和华北南部降水也偏多图 3a对应太平洋-印度洋海温的准常态年长江以南都少雨而江淮流域到四川一带多雨华北和东部南部少雨图 3b对应单独的厄尔尼诺年江淮流域和东北明显多雨 而长江以南少雨 图 3c对应太平洋-印度洋海温异常模的正位相年东南沿海和江淮到四川一带明显多雨而华北和东北少雨图 3d比较图 3a 和图 3b以及图 3c 和图 3d,可以清楚看到 对于中国夏季降水来讲 单独太平洋海温异常的影响与太平洋-印度洋海温异常的综合影响是很不一样的 类似地在图 4 中分别给出了与图 2 中 4 种形势相对应的中国东部夏季地面气温距平的分布其主要特征分别是对应太平洋海温的准常态年江淮流域有较明显的温度正距平图 4a对应太平洋-印度洋海温的准常态年江南地区有明显的温度正距平图 4b对应单独厄尔尼诺年主要是东北地区有明显温度负距平图 4c对应太平洋-印度洋海温异常模的正位相年 长江中下游地区是温度负距平 而华北和东北南部为温度正距平 图 4 d显然单独的太平洋海温异常对中国东部夏季气温的影响也与太平洋- 印度洋海温异常模的4综合影响明显不同2 0 0 3年夏季我国江南出现了大范围持续酷暑太平洋和印度洋的海温处于准常态年是一个重要原因[ 1 3 ]有关厄尔尼诺对中国夏季气候影响的研究表明在厄尔尼诺年我国江淮流域的降水偏多[ 1 4 1 5 ]而中国东北地区容易出现夏季低温和多雨[ 1 6 1 7 ]本文有关单独厄尔尼诺情况的分析结果与已有研究结果基本一致在一定程度上可以认为本节的有关结果是可信的 图 3 中国东部夏季6 - 8 月降水量距平m m / J J A 分布分别对应 ( a ) 太平洋 E N S O 模的准常态年 ( b ) 太平洋- 印度洋综合模的准常态年 ( c ) 太平洋 E N S O 模正位相E l N io 年 ( d ) 太平洋- 印度洋综合模的正位相年 图 4 同图 3 但为中国夏季地面气温距平oC4 结语 本文从统一综合考虑太平洋和印度洋海温S S T 的异常形势及特征出发提出了太平洋- 印度洋海温异常综合模概念进而比较了各个异常模的不同特征以及它们对我国气候和印度夏季降水的影响其结果清楚地表明 1 综合模的准常态年要比 ENSO 模的准常态年能更好反映准常态特征其在赤道附近海区 SSTA 都很小 而综合模的正位相年与 ENSO 模的正位相年相比也有不少差异 不仅在印度洋在太平洋也更好地反映了热带海表温度的东西差异 2 对于中国夏季降水和气温来讲单独太平洋海温异常的影响与太平洋-印度洋海温异常的综合影响是很不一样的2 0 0 3年夏季我国江南出现了大范围持续酷暑太平洋和印度洋的海温处于准常态年是一个重要原因 因此必须考虑和研究太平洋- 印度洋海温异常综合模及其影响从而为短期气候预测提供更好科学依据 5参考文献 1 Rasmusson, E. M., Carpenter, T. H.. The relationship between eastern equatorial Pacific sea surface temperatures and rainfall over Indian and Sri Lanka. Mon. Wea. Rev., 1983, 111: 517 2 Ropelewsk, C. F., Halpert, M. S.. Global and regional scale precipitation patterns associated with the El Ni o/southern Oscillation. Mon. Wea. Rev., 1987, 115: 1606 3 Huang Ronghui, and Wu Yifan. The influence of ENSO on the summer climate change in China and its mechanism. Adv. Atmos. Sci., 1989, 6: 21~32 4 李崇银. 气候动力学第二版.北京气象出版社2000515pp 5 Kumar, K. K., B. Rajagopalan and M. A. Cane. On the weakening relationship between the Indian monsoon and ENSO. Science, 1999, 284: 2156~2159 6 Torrence, C. and P. J., Webster. Interdecadal changes in ENSO- monsoon system. J. Climate, 1999, 12: 2679~2690 7 叶笃正黄荣辉等. 长江黄河流域旱涝规律和成因研究. 济南山东科技出版社1996, 387pp 8 罗绍华金祖辉陈烈庭. 印度洋和中国南海海温与长江中下游降水量的相关分析. 大气科学19859: 336~342 9 Saji. N. H., Goswami, B. N., Viayachandrom, P. N., et al.. A dipole mode in the tropical Indian Ocean. Nature, 1999, 401: 360 10 Webster, P. T., Moore, A. M., Loschning, J. P. et al.. Coupled ocean- atmospherie dynamics in the Indian Ocean during 1997-98. Nature, 1999, 401: 356 11 Anderson, D.. Extreames in the Indian Ocean. Nature, 1999, 401: 337 12 Li Chongyin, Mu mingquan and Pan Jing. Indian Ocean temperature dipole and SSTA in the equatorial Pacific Ocean. Chinese Science B。