一个对于86/87年和91/92年厄尔尼诺事件的诊断研究：厄尔尼诺对东亚 季风的影响外文翻译资料

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一个对于86/87年和91/92年厄尔尼诺事件的诊断研究：厄尔尼诺对东亚 季风的影响

张仁河，Akimasa Sumi，Masahide Kimoto

日本，东京大学，气候研究中心，东京153

（1995年3月6日接到手稿，1995年10月26日修订版）

摘要：

此篇文章诊断的研究了86/87年和91/92年厄尔尼诺事件发生期间东亚季风环流的状况。研究发现，在这两次厄尔尼诺事件成熟的阶段中，东亚沿岸对流层低层中出现了异常的南风。在86/87年事件中，北方的整个夏季均在成熟阶段中，东亚夏季风得到了加强。另一方面，在91/92年事件中，北方的冬天的处于成熟阶段，东亚冬季风减弱。

环流特征的分析表明了厄尔尼诺事件对东亚季风的影响是由于赤道西太平洋上空对流活动的变化造成的。对于赤道西太平洋和东亚上空的直接季风环流有着显著影响的这个区域的对流活动受到赤道太平洋地区海表温度异常演变的严重影响，同时在成熟阶段受到强烈的压制。

86/87年事件之前的基于史实的包含6个事件的850Hpa风场的资料组证实了东亚季风和成熟阶段的厄尔尼诺的关系。资料组同时也表明了在拉尼娜期间并不存在相反的关系。

1、引言：

厄尔尼诺/南方涛动事件是热带地区最显著的现象之一。被视为是热带太平洋地区大气海洋系统的年际涛动，很多用大气—海洋系统模式的研究证实了这个想法（e.g., Philander et al., 1984;Zebiak and Cane, 1987;Zhang and Chao, 1993;Neelin et al., 1994)。许多研究同样表明了热带太平洋洋面上热状况的变化不仅影响了热带地区的环流和天气状况，甚至影响了全球的环流和天气状况(e.g., Rowntree, 1979; Horel and Wallace, 1981;Wallace and Gutzler, 1981).。

先前的研究已经表明了季风不应该被看作是一种局部的现象，而是与全球大尺度环流相联系的一种现象(e.g., Kutzbach, 1987; Yasunari, 1990, 1991; Webster and Yang, 1992)。亚洲东部和南部地区是世界上众所周知的季风区域。许多研究者发现在厄尔尼诺年，倾向于出现弱的印度夏季风（e.g，Mooley and Parthasarathy, 1983; Rasmusson and Carpenter, 1983; Khandekar and Neralla, 1984）。东亚夏季风系统在大规模的特征和组成成员上区别于印度夏季风系统。 (Lau and Li, 1984; Tao and Chen, 1987)。例如，在北方的冬天，整个东亚地区受到来自西伯利亚的北风的影响，在夏季，不仅受到来自孟加拉湾的印度季风的影响，还受到西太平洋副热带高压以及澳大利亚反气旋外流出的低层的越赤道气流的影响。个别研究者研究了ENSO和东亚季风的关系。Nitta（1987）提出了东亚夏季的气候大部分受到菲律宾岛屿附近的海表温度和对流活动的影响。在大多数的厄尔尼诺年，这个区域出现了较冷的海表温度，菲律宾海上空的对流活动不活跃，因此东亚中纬度地区就要经历一个相对冷的夏季。1988年Fu 和Teng，1989年Huang 和Wu 的研究表明了中国夏季降水异常可能取决于厄尔尼诺发展的阶段。从这些研究中我们可以看到，东亚地区天气状况和短期气候的变化与厄尔尼诺事件息息相关，所以厄尔尼诺现象的演变过程看似是很重要的。

皮耶克尼斯第一个发现赤道太平洋海表温度异常现象与中高纬度环流遥相关的重要性。他指出遥相关是通过哈得来环流的变化和相关能量的动力传递实现的。1981年Horel and Wallace认为一个异常的环流形式即北太平洋—美洲形式与1981年 Hoskins and Karoly 静止的罗斯贝全波列理论相关。这是厄尔尼诺事件影响北太平洋和北美洲的机构学之一。然而，至今还未弄清楚厄尔尼诺事件是如何影响西太平洋和东亚的副热带地区大气环流的。为了能够了解东亚地区的天气状况和短期气候的变化，研究厄尔尼诺事件和东亚季风的关系是很重要的。

此篇论文研究了最近的两次厄尔尼诺事件（86/87年和91/92年）所观察到的东亚季风期间的环流异常。我们将在第二部分陈述使用资料和分析方法。第三和第四部分分别地描述了两次厄尔尼诺事件爆发期间赤道太平洋地区海表温度的异常和赤道地区向外的长波辐射异常。第五部分，检验了东亚季风区域上空中对流层低层和高层的环流特征。尽管这两次厄尔尼诺事件爆发之后的成熟阶分别为北方的冬季和夏季，但是对流层低层出现了同样的异常特征，那就是，在这两次厄尔尼诺事件的成熟阶段，东亚沿岸地区出现了异常的南风。在这一部分，我们也研究了西太平洋上空不同环流的异常。为了检查研究发现的普遍性，我们在第六部分统计的检查了近30年ENSO和对流层低层风速的变化。第七部分为总结。

1. 资料

用于研究环流异常的资料是来自于欧洲中心的初始化格点资料，从1986年1月到1993年2月，850Hpa和200Hpa高度上一天两个数据（世界时00点和12点），网格分辨率为2.5*2.5。以上七年每月的气候是用计算机计算所得。向外长波辐射数据来自于NOAA，每天两个数据，网格分辨率为2.5*2.5。每月的异常和气候按照欧洲中心数据同一时期计算出来。每月的海表温度数据来自于日本气象协会，网格分辨率为2*2。

通过仔细的比较了国际气象中心和欧洲中心的资料组，Trenberth and Olson (1988)都赞同这两个中心对于北半球中高纬度的分析。1980年代早期可以看到，对于热带地区，他们有着明显的不同，到1986年大部分已经被消除了。 我们用的是1986年之后的欧洲中心的资料，因为那时的资料更加的可信。

为了将厄尔尼诺事件和东亚季风之间建立一个统计的关系，第六部分用到了NMC分析了1963年1月到1985年12月北半球（北纬20度）每日的850Hpa风场数据资料。这一时期的月气候量是通过计算机计算出来的。

1. 在86/87年和91/92年厄尔尼诺事件爆发期间，赤道太平洋海表温度异常的变化

图一中展示了南纬5度和北纬5度之间的平均海平面温度的经度时间分布图。这两次的厄尔尼诺事件都有一个显著的特征：增暖首先是在赤道中太平洋，而不是赤道东太平洋（图1）随后，海温向东传而不是向西传，与先前的大部分事件形成对比(Rasmusson and Carpenter, 1982)。86/87年的厄尔尼诺事件大约是在1986年6月开始，到1987年发展成熟。1988年早期，海表温度迅速的下降，这次厄尔尼诺事件大约在1988年2月结束。赤道中东太平洋海温增暖期间，西太平洋暖池的海表温度比正常稍微低一些。对于91/92年的厄尔尼诺事件，1900年下半年赤道中太平洋是暖水。1991年3月，赤道中东太平洋海表温度开始增暖，在1991年秋天到1992年春天之前达到最高温，此时赤道西太平洋海表温度比正常情况低。除了国际日期变更线附近的海温持续上升到我们资料组的最后，到1992年夏季，海表温度迅速的下降。

这次的研究中，我们以赤道东太平洋的区域NINO3区(50S-50N; 900W-1500W)的平均海表温度来参考厄尔尼诺事件的发展。这可能是厄尔尼诺事件可能影响全球气候的一个最好的指示器(Rasmusson and Wallace, 1983; Cane et al., 1986)。厄尔尼诺的爆发阶段和成熟阶段分别被定义为NINO3区海表温度相对超出0.5度和1度的时期。有了这样的定义，在图二中我们可以看到，86/87年的厄尔尼诺事件在1986年9月开始，1988年2月结束，成熟阶段为1987年3月到12月。91/92年的厄尔尼诺事件，在1991年3月开始，1992年6月结束。尽管在1991年6月和7月海表温度异常超过1度，但在接下来的3个月中温度急速下降，到1991年9月这个数值低于0.5。所以我们认为这次厄尔尼诺事件的成熟阶段是1991年11月到1992年5月。

图1

图 2

1. 热带地区的对流活动

为了研究与厄尔尼诺事件相联系的对流活动的变化，我们查阅了OLR数据。在热带地区，它可以作为描述对流量的一个指数(Morrissey,1986)。OLR指数的下降对应着高云顶端覆盖面积的增加和对流的增加。

图3、图4分别呈现了86/87年、91/92年厄尔尼诺爆发期间OLR的异常。从图中我们可以看到，这两次厄尔尼诺事件都伴随着中（和/或）东太平洋的强对流（OLR负异常）。在赤道西太平洋，大规模OLR异常的出现取决于厄尔尼诺事件演变的阶段。在厄尔尼诺成熟阶段和其他阶段，对流活动呈现出强烈的对比。在成熟阶段，婆罗洲和印度尼西亚沿海的大陆附近的赤道西太平洋地区出现最强的OLR正异常。

在先前的部分我们就已经定义了将NINO3区的海表温度异常最高值时期作为86/87年和91/92年厄尔尼诺事件成熟阶段。所以，我们可以看到，在成熟阶段，沿海大陆附近出现了最强的OLR正异常，形成了一个显著的对流异常的东—西偶极子。这样的一个偶极子的分布表明了在赤道中东太平洋上空对大气存在着异常的加热，西太平洋上空存在着异常的降温。由于显著的降温伴随着海水的下沉，在成熟阶段中厄尔尼诺事件对西太平洋上空大气的影响应该是最大的。

图3

1. 东亚季风区域上空的环流特征

正如1984年Lau和Li，1987年Tao和Chen所描述的那样，从夏季到冬季，东亚区域上空的大气环流完全改变。为了研究86/87年和91/92年厄尔尼诺事件发生期间季风流动的变化，在这部分我们分析了这两次厄尔尼诺事件期间东亚区域上空的季风环流异常。

图 4

5.1 对流层低层（850hPa）的环流模式

图5和图6分别展示了86/87年和91/92年厄尔尼诺期间850Hpa季节平均的风场异常。在86/87年厄尔尼诺发生期间（图5），我们可以看到，这次厄尔尼诺成熟阶段（图5c,5d,5e）中的东亚区域和赤道西太平洋区域的模式与其它阶段不同。这一时期的相同特征是，东亚沿海岸存在着南风异常，赤道西太平洋上空存在着东风带。东亚区域的南风异常都是朝着同一个方向的，就如北方夏季的气候性季风流动一样（1984年Lao和Li），因此加强了东亚夏季风。

91/92年厄尔尼诺发生期间（图6），在成熟阶段，同样的异常模式出现在东亚沿海岸和赤道西太平洋上空（图6c,6d）。在北方的冬季，由于东亚沿海岸的异常流动与气候性的季风流动相反，所以冬季风减弱了。

分析表明，这两次厄尔尼诺发生的成熟阶段中的东亚沿海岸的南风和赤道西太平洋的东风带是从该区域到婆罗洲和印度尼西亚附近的沿海大陆的北侧的异常的反气旋的一部分。在前面的部分，我们可以看到，在这两次厄尔尼诺事件的成熟阶段中沿海大陆上空的对流强烈减弱。很难将这个反气旋解释为赤道的罗斯贝波在对流层低层对赤道附近异常降温的回应。沿着异常反气旋西北部的南风加强了北方夏季的东亚季风，减弱了北方的冬季风。

为了澄清上面所提到的特征，我们准备了图7，它给出了这两次事件中的NINO3区海表温度异常的时间演变，赤道西太平洋 (100E-150E,10S-10N)上空的平均OLR异常，赤道中东太平洋（(170E-120W,10S-10N)）上空的平均OLR异常，以及东亚区域（110E—140E,20N—40N）上空的850Hpa的平均南风异常。可以清楚的看到当NINO3区海表温度异常达到最大值的时候，赤道西太平洋上空的对流明显的减弱了（OLR正异常），赤道中东太平洋对流非常强。在成熟阶段东—西的对比是最大的。在东亚地区，成熟阶段中在对流层低层盛行着显著的异常南风，与其它阶段有明显的区别。

图 5

图 6

5.2、对流层上层的环流模式（200Hpa）

图8分别展示了1987年北方夏季和91/92年北方冬季的200Hpa季节性的平均风场异常。正如我们之前所看到的那样，这两个季节分别处于两次厄尔尼诺事件的成熟阶段。尽管两幅图都显示了赤道附近有相似的西风异常，但环流模式在亚热带和温带有明显的不同。在北方的夏季，气候性的副热带高压位于东亚的中纬度，一个强的反气旋中心位于青藏高原上空。对于1987年北方的夏季（图8a），我们可以看到，在那个气候性的反气旋出现的地方，一个异常的反气旋坐落在东亚大陆上空。这个异常的反气旋加强了东亚沿海岸的北风，季风环流变得更强了。在菲律宾的西部出现了异常的气旋性环流，就在对流层低层出现异常反气旋的上空。

在北方的冬季，东亚地区盛行着气候性的西风，中纬度地区存在一个强的急流带，有着从东亚穿越日本到北太平洋中部的急流核（Lao和Li，1984）。对于91/92年北方的冬季（图8b），东亚区域上空出现了一个强的气旋性环流异常，中纬度地区盛行着异常的东风，亚热带和热带地区盛行着西风。中纬度地区异常的东风减弱了中纬度地区气候性急流的强度。正如Chang和Lau（1982）年所提出的，东亚地区西风急流的减弱本随着不活跃的冬季风。

在这两个季节中，赤道西太平洋上空均盛行着异常的西风。比较对流层低层相应的环流模式（图5d和6c），可以看出在赤道西太平洋上空存在两个不同阶段的流动异常。从OLR异常推断出，这种斜压的垂直结构与热带大气对于异常降温的响应这种解释相一致。赤道西太平洋对应的风向与中东太平洋地区的相反。

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