厄尔尼诺南方涛动事件及相关的欧洲冬季降水异常外文翻译资料

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厄尔尼诺南方涛动事件及相关的欧洲冬季降水异常

摘要：基于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）状态，分析了在1900 -1998年间欧洲地区的冬季降水异常。首先利用NINO 3区的海表温度（SST）资料，选取一组冬季和秋季ENSO事件，其条件是冬季和秋季ENSO事件发展良好，并且为极端事件，可以将被选择的冷、暖ENSO事件及其周期可以视为标准。对于选定的冬季ENSO事件和在选定的秋季ENSO事件之后的冬季，我们得到了欧洲冬季降水异常的组合，并进行了比较。这项研究还进行了ENSO事件与降水异常关系之间的一致性分析。根据选定的冬季ENSO事件的冬季降水异常分析表明，在欧洲地区和拉尼娜事件期间，存在一个统计意义明显的虚构降水异常模式，即不列颠群岛以北和斯堪的纳维亚地区的正降水异常，以及南欧的负异常，类似于北大西洋振荡(NAO)正相关的降水模式。特别是对于伊比利亚半岛西南部地区，负异常达到冬季平均降水量的20％。该一致性分析表明，这种降水模式并不是少数重大事件的结果，而是稳定的，并且在质量上类似于NAO的正阶段。在东地中海地区出现了对ENSO的非线性响应：在厄尔尼诺和拉尼娜事件中，出现了类似振幅异常的负降水异常。对选定的秋季ENSO事件后的冬季降水异常的分析与以前分析发现的结果非常相似，从而暗示了欧洲降水季节性预报的潜在来源。对降水异常与ENSO事件强度的敏感性分析表明，当ENSO强度增加时，降水异常的幅度不发生变化，但受影响的区域和事件之间的一致性确实略有增加。

关键词：ENSO; 欧洲; 降水; 季节性预测

1引言

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）现象被认为是全球气候变化的主要来源（Trenberth等，1998）。近几十年，ENSO与热带太平洋地区气候异常的联系、ENSO对温带地区气候的影响，以及热带太平洋海面温度（SST）异常产生全球影响的机制一直是众多研究的研究主题。尽管如此，ENSO对北大西洋地区气候的影响仍有待讨论（Hurrell等，2003）。在北大西洋地区寻找ENSO信号存在若干困难。首先，厄尔尼诺和拉尼娜事件的类型不同，具有不同的特征，可能导致不同的温带大气环流响应。其次，气候行星大气波，自然噪声和大量反馈的复杂性（也可能是非线性关系）可以将ENSO的信号嵌入并隐藏在温带中（Trenberth，1997a）。

另一方面，季节性气候预测正引起人们的兴趣，因为社会试图尽量减少这种情况与天气条件变化相关的风险。提前几个月预测异常气候条件的能力是当代环境科学中最具潜力的重要发展之一。 这项研究大部分都是基于厄尔尼诺现象。 尽管温带地区的预报潜力远低于热带地区，但最近的研究（使用动力学或统计模型）表明，即使是北部的温带地区也有可能进行有效的预测（Brankovic 和 Palmer，2000; Graham et al.，2000; Doblas Reyes等，2000; Rodwell和Folland，2002）。一些研究表明，在ENSO极端年份，这些北部温带地区的可预测性似乎更高（Brankovic和Palmer，2000; Lloyd-Hughes和Saunders，2002）。

ENSO现象对欧洲地区春季和秋季降水的影响存在一致性（Rodoet al.，1997; Rocha 1999; van Oldenborgh et al.，2000; LloydHughes 和 Saunders，2002; Mariotti 等人，2002）。另一方面，虽然已有一些研究讨论了ENSO与欧洲冬季降水之间的关系，但在评估这种影响的重要性方面并没有一致的意见。例如，Fraedrich和Muller(1992)分析了欧洲与ENSO极端相关的气候异常。在冬季寒冷的ENSO事件中，他们发现斯堪的纳维亚的正降水异常和欧洲西部和西南部的负降水异常。在厄尔尼诺事件中，他们还发现了一个类似的区域异常模式，但有一个相反的迹象。此外，Wilby(1993)发现北大西洋风暴路径的加剧，从冰岛向北移动到北欧，在拉尼娜事件期间，欧洲西部和中欧上空的反气旋日日数过多。Mariotti 等人 (2002)在中欧和东欧发现了与ENSO事件有关的正异常。Kiladis和Diaz(1989)发现伊比利亚半岛的降水与寒冷ENSO事件相比有显着性差异。尽管如此，Rocha（1999）并没有发现ENSO对伊比利亚半岛冬季降水的显着影响。

在本研究中，我们具体分析了ENSO现象对欧洲地区冬季降水的影响。这种影响对该地区的南部尤其重要，即为地中海地区。该地区的冬季降水可占年降水量的30%左右，并呈现出非常显著的年际变化(Goossens, 1985; Esteban-Parra et al.，1998;Serrano et al.， 1999)。这就导致了一个强烈的与气候相关的年际变化，例如农业生产、水力发电和城市供水(Trigo et al.， 2004)。此外，欧洲气候与ENSO之间的关系可能对欧洲气候的季节预测和大气环流模式(GCM)的验证具有重要意义。特别是，在过去十年中做出了相当大的努力，使用多种方法(物理模型、统计模型和两者的结合)预测ENSO状态，在预测ENSO指数方面取得了相当大的成功，预测周期为6至12个月(Latif等人，1998)。

我们的方法是研究一组冷暖ENSO事件相关的降水异常，根据ENSO在欧洲地区的最终影响，按照最优程序选择ENSO事件。我们分析了这些降水异常、事件之间的一致性以及它们的统计意义。首先，我们按照与Pozo Vazquez等人（2001年出版）使用的相似的程序进行了ENSO事件的选择。在1900—98年间，我们选择了一系列冬季冷、暖ENSO事件，以及一系列秋季冷、暖ENSO事件。其次，我们对ENSO现象对冬季降水的影响进行了一项诊断性研究，通过获取并分析冬季降水异常的复合物，并根据选定的冬季ENSO事件进行分析。第三，对降水关系进行了预测研究。大多数ENSO事件发生在3月至9月之间，并在2月至3月之间结束，在北半球（北部）冬季出现异常高峰。(Trenberth,1997 b)。

因此，如果ENSO事件在秋季很好地发展并且是极端事件，那么在大多数情况下，事件可能会持续到下一个冬季。因此，ENSO对欧洲降水异常的影响在秋季ENSO事件后的冬季应该是可以预测的。在本研究中，我们探讨了1900-98年间的这一假说。我们不需要有关冬季ENSO状况的信息，因此本研究提供了秋季ENSO事件后冬季降水异常的某些预报信息。

本研究结构如下。在第2节中，我们讨论了选择秋、冬季ENSO事件的标准和在本研究中使用的数据。在第3.1节中，我们获得了冬季降水异常的复合物，并在第3.2节中得到了基于选定的秋季ENSO事件的冬季降水异常复合物。在冬季和秋季的研究中，我们也研究了ENSO与降水之间关系的一致性。在第3.3节中，我们研究了第3.1节的结果对ENSO事件强度的依赖性。在第4节中，我们总结和讨论了结果。

2方法和数据

如上文所述，在北大西洋地区寻找ENSO信号存在若干困难。一些工作人员认为，只有当热带SST异常较大时才会发现在这一区域内的ENSO信号(Huang et al.， 1998;Trenberth et al .,1998)。从ENSO事件开始到北太平洋地区高纬度地区的温度反应（Trenberth和Hurrell，1994）之间存在3个月左右的滞后期。这种反应通常类似于太平洋-北美(PNA)模式。扰动可以以波列的形式向下游传播，以Rossby波的形式传播到其他经线，最终影响到远离太平洋的位置，特别是北大西洋地区。因此，这类事件最终在其他经度上的传播也发生类似的滞后。由于我们感兴趣的是北大西洋地区北部冬季的ENSO信号，同时考虑到PNA假说，我们必须选择那些被认为是极端的并且在前一个秋季发育良好的ENSO事件。同样，对于选择秋季ENSO事件，我们必须选择那些被认为是极端的并且在前一个夏季发展良好的ENSO事件。

在这项研究中，我们使用Nino3区域的SST（5°S-5°N，90-150°W）来监测ENSO。在1900年至1998年期间，英国气象局GISST2.3 (Rayner et al.， 1996)的SST数据已经被使用。这些数据是按月编制的，并使用参考期1951-80计算了每月标准化指数。最后，用相应的月平均值来计算季节值：夏季为6月至8月，秋季为9月至11月，冬季为12月至2月。

在分析以往季节性SST归一化序列的基础上，选择了一组极端ENSO事件：对于厄尔尼诺（拉尼娜)冬季事件，我们选择了当前冬季和前一个秋季的指标值大致等于或大于标准差0.7倍的年份(当前冬季和前一个秋季的指标值大致等于或小于标准差的minus;0.7倍为拉尼娜事件)。同样，对于厄尔尼诺(拉尼娜)秋季事件，我们选择了当前秋季和前一个夏季的指数值大致等于或大于标准差0.7倍的年份(当前秋季和前一个夏季的指标值大致等于或小于标准差的minus;0.7倍为拉尼娜事件)。

Mason 和 Goddard (2001)也使用了类似的阈值。由于在拉尼娜事件期间热带东太平洋降水量趋于饱和，甚至缓和了冷SST异常的振幅，因此可以提出使用这种相对低振幅阈值的方法。因此，中度和强烈事件的遥相关过程将非常相似，这一点在Hoerling等人（2001年）的GCM研究中得到了一些证明。图1显示了冬季和前一个秋季的Nino3归一化SST指数的时间序列，图2显示了秋季和前一个夏季的SST指数。在选择秋季ENSO事件时，前一个夏季的标准确保了ENSO事件在秋季得到很好的发展。同样，选择冬季ENSO事件时，前一个秋季的标准确保了ENSO事件在接下来的冬季将得到很好的发展。

由于我们的目的是研究北大西洋地区最终与ENSO相关的气候信号，因此我们必须能够将极端ENSO事件期间的情况与可被视为正常的时期进行比较。

图1所示.冬季和秋季的Nino3归一化SST指数的时间序列，实线是冬季的指数，虚线是前一个秋天的指数。指数是根据1951至80年间标准化的月度指数按季节平均计算的。还显示了与标准差0.7倍的线。

图2.如图1所示，但这是秋季和夏季的Nino3归一化SST指数。 实线表示秋季指数，虚线表示前一个夏季的指数。

这些时期不一定都是没有被选为极端事件的年份。一些ENSO事件可能符合冬季的标准或者是ENSO冬季事件的前一个秋季的标准（秋季标准或秋季ENSO事件前一个夏季的标准）。我们不认为这些年份是正常的，因为它们在冬季会对北大西洋地区的气候产生某种微弱的影响。我们认为那些既不符合这两项标准的标准年，我们将在下文中称之为“正常”年。表1和表2分别列出了冬季和秋季的选定案例。冬季有22次厄尔尼诺和19次拉尼娜事件，秋季有19次厄尔尼诺和19次拉尼娜事件。

表I. 厄尔尼诺现象、拉尼娜现象和正常选择的冬季事件。分析的时间是1900-98。对于厄尔尼诺(La Nina)年份，当前冬季和前一个秋季的SST指数值大致等于或大于标准差的0.7倍 (La Nina小于标准偏差的0.7倍)。在正常年份，SST指数值不符合冬季或秋季的标准。

所选的冷暖事件与其他经验性研究的结果一致（Mason和Goddard，2001; Trenberth，1997b; Hoerling等，1997; Kiladis和Diaz，1989; van Loon和Madden，1981）。

分析了欧洲地区每月的陆地降水数据。数据以5°经线5°经度网格为基础，覆盖1900-98年期间，并由CRU提供（Hulme，1992）。数据已归一化；1900-98期间的平均数已从月值中减去，并确定了冬季(12月至2月)的季节平均数。此外，还分析了一组48个月的降水资料序列，对应于均匀覆盖伊比利亚半岛的台站。这些数据对应于1900 - 98年期间的数据，并在以前的研究中检查了几种不同的质量标准（Esteban-Parra等，1998）。

利用这些数据库，并根据选定的冬季和秋季ENSO事件，获得了冬季降水异常的复合物。采用t检验来比较每个网格中复合物的平均值。当一个信号在95％的水平，对零假设进行双尾检验平均值没有差异时，这个信号被认为是显著的。该试验用于比较选择厄尔尼诺事件和拉尼娜事件与正常年的降水复合物，并将厄尔尼诺事件与拉尼娜事件进行比较。该测试考虑了序列的最终不同长度的比较。此外，考虑到数据的空间相关性，即数据之间的相关性，进行了现场显著性检验。 特别是，Livezey和Chen（1983）研究了降水模式的全球场意义。

表二， 厄尔尼诺现象，拉尼娜现象和正常选择的秋季事件的表。分析周期为1900~98。对于厄尔尼诺(La Nina)年份，当前秋季和前一个夏季的SST指数值大致等于或大于标准差的0.7倍 (La Nina小于标准偏差的0.7倍)。在正常年份，SST指数不符合秋季或夏季的标准。

为了完成综合分析，我们已经研究了ENSO和降水异常之间关系中事件的一致性。事件之间的异常幅度可能会有很大差异，这可能会导致复合物被少数几个主要事件所支配。因此，有必要确定给定地点的信号在事件之间的一致性程度。我们通过计算一致信号的百分比来解决这个问题，定义为具有与复合异常相同符号的异常事件的百分比。根据ENSO状态，分析了NAO指数的值。在1900至98年间，使用冬季指数(Hurrell，1995)监测NAO。该指数是根据亚速尔群岛和冰岛的压力数据制定的，相对于1864-1984年间已正规化。

3分析

3.1 基于冬季ENSO状态的冬季降水模式

在选定的ENSO事件（表I）的冬季期间，已经获得了1900-98年期间降水异常的复合物; 见图3，通过计算一致信号的百分比，我们得到了ENSO和降水之间关系中事件的一致性。图4（a）和（b）分别显示了El Nino和La Nina的结果。

图3.在ENSO事件冬季观测到的冬季降水异常的复合物。 有关复合物中包含的年

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