赤道太平洋的沃克循环和经向循环外文翻译资料

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赤道太平洋的沃克循环和经向循环

摘要：沃克循环的变化以及与EI Nino事件的关系是在表面风数据的基础上进行检验的。东太平洋赤道上的循环带趋向于在厄尔尼诺年份（反厄尔尼诺年份）收缩（扩张）。然而在印度洋区域上的变化出现了环流逆转。它在厄尔尼诺年份扩张，在反厄尔尼诺年份区域收缩。分析显示，中部太平洋的反转起着至关重要的作用。一个版本的沃克循环方案是考虑沃克环流的经向风的发散指数。沃克循环和经线循环指数已经被制定出来了，同时还研究了这些指数与SST，SOI和副热带高压的关系。

前言：自1969年以来，在研究ENSO系统方面取得了相当大的进展，Walker循环的概念最初是由Bjerknes提出的，他认为Walker循环连接印度的季风破坏，中太平洋的暴雨和巴西东北部的干旱与El Nino事件。对沃克循环的研究将大大提高对太平洋盆地（特别是赤道区）气候异常的机理的了解。

然而，在赤道地带的表面风散度的调查显示，区域二维方案在解释中太平洋（通常位于日线附近）丰富的降水量上存在明显的限制。同时，它很难解释发生在厄尔尼诺年澳大利亚东部观察到的严重灾害，它是发生在赤道地区20°S-30°S之间变化的纬向环流。沃克环流的修正方案包括在澳大利亚的经向幅散和中太平洋的幅合，其克服了在解释上述地区气候异常的不符之处。（Wang,Mitchell and Wallace,1987）

在学习ENSO系统的时候，量化测量沃克循环也是令人头疼的。然而，ENSO系统中其他组成的变化例如在赤道东太平洋一带SO和SST可以用一系列的指数来测量。因此可以设计一种沃克环流指数。同时，一种可以表征中太平洋经向循环的指数也就建立起来了。这样，这些指数之间的关系以及和SST、SOI、副热带高压的指数就可以被检验。

厄尔尼诺事件中赤道地区的表面风异常

基于1949-1979年的数据集研究了海洋表面风异常与ENSO系统元素之间的关系。（Wright et al.1985）计算出了达尔文港表面风分量和12个月的（4月至次年3月）平均海平面气压。他们提出了在达尔文港的海表面气压比正常值高1hPa时应该观察到的风分量的变化。后者可以被视为厄尔尼诺时期。回归系数是从先前的冬季（DJF1）到下一年的冬季(DJF2).

达尔文港，SLP比正常值高1hPa时，异常风的流线图

(a)夏天（b）秋天（c）冬天

这些异常流线是针对季节绘制的，JJA1，SON1和DJF2的异常流线图如图1所示。赤道附近的异常幅合表现的非常好，尽管赤道附近风资料的可用性不足，而且将达尔文港1hPa的SLP异常作为分析的基础带有任意性。不过相信这些缺点不会显著地改变图1反应的一般性特征。

我们可以在图1中发现，异常西风在纬度10°S-10°N之间，经度自150°-160°附近到120°W,其聚集了120°W以东的异常东风带，发散了120°以西的异常东风。120°E附近的幅散与厄尔尼诺时期海洋大陆上的干旱区域是相一致的。但是120°W的幅合与日界线附近的强对流关系就不密切了。

然而，图一显示，从夏季到冬季的三个季节中，异常的经向幅合盛行，它包括10°N的异常北风和10°S的异常南风。

在考虑中太平洋的经向幅合的作用时，Flohn和Fleer(1975)已经提出了一种区域循环方案。在这个修订的方案中，在厄尔尼诺和反厄尔尼诺现象中的一些关键经线展现出的经向会聚和发散分别在带状循环特征中有一些改变。（图2）由于对垂直运动缺乏直接估计，这主要基于地表风的异常和发散以及对流层上层风的异常。当然，这个方案对于风的观测需要验证和改进，但是它阐明了经向环流所起到的重要作用。

经向环流对中太平洋气候的影响首先体现在雨水的变化中。图3（a）显示了1983年1月OLR异常，然而破纪录的厄尔尼诺事件在它的最高阶段（气候系统监控，1985）被发现。OLR的负异常在数据线附近低于-75W /msup2;。在北半球和南半球的海洋大陆和热带太平洋能观察到正异常现象。图3（b)给出了中太平洋(10°N-20°S，150°E-150°W）和太平洋其它地区OLR之间的相关系数。赤道西太平洋和热带地区的负相关性表现的很明显。OLR的非季节性第一EOF如图3（c）所示。中太平洋对海洋大陆以及北部和南部热带地区的反应是截然不同的。所有这三个数字都推断出，当中部太平洋地区的降雨量上升时，在海洋大陆和热带地区降雨量大幅度下降。在图3（d）和3（e）中再次证明了这一点，其中显示出了一对第一次EOF的降水。图3（d）涵盖十年（1951-1960），其中包括120个日历月。图3（e）仅包涵冬季，但涵盖了80年（1899-1980）。因此，卫星测量的OLR数据或表面观测的降雨数据表明,除了对海洋大陆的空气质量进行区域补偿以外, 经向翻转在厄尔尼诺期间维持中太平洋强烈对流方面发挥了重要作用。热带地区降雨减少的地区为中太平洋地区气候翻转重要性提供了良好证据。

在厄尔尼诺现象发生的对流层上层观察到的二次反气旋推断出它们之间发生强烈的分歧，它们在赤道附近出现异常东风。200 hPa水平的经向分量在高纬度地区直接产生风异常，这证明了厄尔尼诺时期中太平洋地区发生一对经向线循环系统。赤道附近有上升运动且下沉运动发生在大约北纬20度和南纬20度的热带地区。

赤道地带与中太平洋热带地区的异常相反，也发现了SST和SLP的变化。赤道区的SLP下降，厄尔尼诺热带地区的增加。SST与SLP相反。然而，由于已经证明在热带和亚热带地区，SLP的增加有利于海水对太阳辐射的吸收，因此很难将热带SST的负异常归因于SLP的增加，且增加而不是减少SST。因此，伴随着赤道地区的下沉流，热带海洋应发生补偿上升流.

图3中太平洋OLR变化特征及降水特征

(a)1983年1月异常

(b)中太平洋和太平洋其他区域的OLR的相关关系

(c)OLR的非季节性第一EOF

(d)降水的EOF第一模态（1951-1960）

(e)冬季降雨的EOF第一模态（1899-1980）

这是由于厄尔尼诺现象中西风的增加而发展起来的。进一步研究海洋中的海流和海上的上升流将证明或否定这一假设，但赤道地区与热带地区SST异常相反是明显的。为了得到沃克循环的定量测量，将定义如下

。这里U是纬向风异常，字母a,b,c和d是图4中的区域。图4中和是赤道东太平洋地区和西太平洋地区风向偏差的异常现象，正常情况下上升和下沉的最大值。那么，指数与沃克循环的强度成正比。选择用于定义该指数的区域是考虑正常沃克循环和风数据的可用性下进行的。

翻转于中太平洋地区的经向循环指数的设定大大减少了数据的稀缺性。因此，我们必须在图4所示的盒子的四个角处仅使用经向风数据。该指数定义如下：这里V是经向风异常，字母e,f,g和h表示图4中的区域。表明了与中太平洋的融合强度成正比。正的推断出在该地翻转加剧，然后在日线附近降雨增加。

图4 用于计算 和的区域

SST、、、 SUH和SOI的季节性异常在图5中给出。SUH是代表亚热带高度的指标，它是从北纬10度到25度平均500百帕高度异常计算而来。SOI取自CAC Bulletin，已被公布为塔希提岛和达尔文的SLP之间的双重归一化差异。图5中横坐标年份表示该年份的夏季。和SOI相反，因为两者与SST呈负相关。

图5 1949-1979 SST和循环指数的季节性异常

图5显示了曲线之间非常好的平行度，绝大多数峰值都是在厄尔尼诺时期发生，最小值集中反厄尔尼诺期间。图5推测沃克循环将减弱，SOI将减少，但是当SST高时，中太平洋和SUH的翻转将会加剧，反之亦然。

检查曲线之间的时间延迟是有意义的，尽管它不会如图5所示那样大致可见。计算相关系数。图6（a）显示了SST与SOI，和之间的相互关系。正滞后表示SST的前面。图6（a）显示了SST对于SOT，和的滞后，因为-1滞后的相关性大于 1滞后的相关性。但是，相互关联的最大值在0个滞后范围内，所以可以得出结论，SST在其他方面的滞后不到一个季节。

已经表明SUH与SST密切相关，但落后其大约3-4个月。图6（b）给出了SUH与SST之间的滞后关系，SOI，和在另一个。很容易发现，SUH落后于所有其他元素。相关系数的最大值在99.9%的置信度是显著的。最有趣的是季节性相关系数在月份上的优势。 SUH与SST（0.70）之间的季节性相关性大于每月（0.55）。这意味着当时间尺度增加时，关系更接近。 不幸的是，在季节性数据集的基础上，进一步估计和之间的时间滞后是很困难的。然而，分析显示，南方涛动，沃克循环与中太平洋地区的翻转之间存在着密切的关系。 赤道东太平洋的海面温度落后于它们，但滞后可能不到一个季节。 副热带高压处明显落后于SOI等指标，大约一个季节。

图6

指数之间的滞后时间几乎不能解释其结果关系，季节性平均值太粗糙，无法揭示时间滞后。 然而，本文中使用的大时间尺度是允许集中在年际变化中，在ENSO系统中具有3-4年的典型时间尺度。本文主要是强调在中太平洋翻转的重要性，以及提供与厄尔尼诺和厄尔尼诺现象相关的沃克环流和经向线环流变化的依据。

致谢 - 我感谢华盛顿大学的Todd Mitchell先生和北大的史伟帮助计算循环指数和互相关系数。

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