印度洋海面温度与亚洲夏季风的关系外文翻译资料

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印度洋海面温度与亚洲夏季风的关系

Tim Li, Yongsheng Zhang, C.-P. Chang*, and Bin Wang

International Pacific Research Center, University of Hawaii, Honolulu, Hawaii

*Department of Meteorology, Naval Postgraduate School, Monterey, California

摘要：与热带东太平洋海温相比，印度洋海温对印度夏季风降水的作用较弱。研究表明，在对流层准两年振荡(TBO，2-3年)时间尺度内，印度季风降水与前期冬、春季印度洋海温和水汽通量输送呈显著正相关关系。这种海温影响印度季风降水的方式与东太平洋海温影响印度季风降水的途径遥相关有很大的不同，在厄尔尼诺-南方涛动(ENSO，3-7年)时间尺度上占主导地位。结果表明，在ENSO事件的时间尺度上，东太平洋海温和欧亚陆温都可能影响季风，但在TBO时间尺度上它们并不重要。结果表明，支持对流层准两年振荡TBO理论，即季风变化在很大程度上受印度洋海温和热带大气-海洋系统(Chang和Li，Nichols)内部相互作用的影响。

1. 引言

海表温度(SST)的年际变化与亚洲季风降水的关系一直是许多学者研究的课题。一种普遍的观点是夏季风降水与热带东太平洋海温的相关性最好(Webster等，1998)。例如，Liu和Yang(1996)指出，印度夏季降水与同期热带东太平洋海温的相关系数为-0.5，而其与热带印度洋海温的相关系数仅为0.2。这些结果似乎表明，南亚季风受到诸如厄尔尼诺或者南方涛动(ENSO)等东太平洋事件的影响大于印度洋海温的影响。1997-1998年，全球气候受到强烈厄尔尼诺的影响。大部分热带和温带太平洋区域的关键海温区降雨异常与过去暖事件(Bell和Halpert，1998)所观察到的大致相同。但是这与长期以来认为的印度夏季风降水与ENSO之间的负相关关系的结论相反，在1997年印度的降水略高于夏季平均降水量。有人认为，这一结果是热带太平洋海温异常(SSTA)(Slingo和Annamalai，2000)强迫Walker和Hadley环流变化或欧亚表面变暖(Kumar等，1999)所致。在本文将论证，在热带对流层准两年振荡(TBO)(Nicholls,1979；Meehl,1987)——季风降水年际变化最显著的时期，与前两年冬季和春季印度洋海温的相关性最强。因此，印度夏季降水可能受到季风前一至两个季节的热带印度洋海温的影响较大，因此印度洋海温可作为季风降水的预测因子。文中还将分析低空风场和对流层高度场，以显示TBO和ENSO时间尺度之间的重要差异。结果表明，在这两个时间尺度上，印度季风的热力强迫具有明显的不同性质。这种差异表现在热带印度洋的水汽通量和青藏高原以及欧亚大陆的地面加热两个方面。

1. 资料

本文中使用的数据是6-9月印度降水和NCAR/NCEP大气再分析资料，其中包括1950-1997年的海表面度温、风、湿度和位势高度。使用带通滤波器(Murakami，1979)将资料分离成大约2-3年(TBO)和3-7年(ENSO)的时间周期，函数的半功率点分别位于第18个月和第36个月以及第42个月和第86个月（未显示）。这两个波段在全球降水的EOF第一模态中有两个最显著的光谱峰(Liu和Sheu，1988；Meehl，1997)。如图1对印度夏季降水的频谱分析表明，2-3年（TBO）的峰值是1871-1997年(127年)资料和NCAR/NCEP再分析资得出48年期间唯一显著的峰值(在90%置信度以上)。这个结果与在亚澳季风区经常观测到的TBO信号一致。数据处理的方法为，对预滤波数据进行了综合分析，对带通滤波得到的相关结果进行交叉校核。

图1 127年(1871-1997，粗实线)和48年(1950-1997，粗虚线)NCEP资料印度降水指数的功率谱。且分别为每个时段绘制了90%和95%的置信范围(细线)。

1. 结论

图2体现出1950-1997年印度夏季降水与前期冬季到今夏连续三个季节的海温之间的2-3年和3-7年的相关性。在表示3-7年相关性的图中(右边)，与热带太平洋海温相关性最好，东太平洋海温偏冷与季风偏强相关。最大负相关从前期冬季的-0.5上升，夏季时相关性为0.6。印度夏季降水与印度洋海温异常(IO)的相关性在所有季节都很弱，这与以前使用未经滤波数据的研究报告的结果是一致的。而在2-3年时段(左)，前期冬、春季的IO SSTA与季风降水量相关（-0.5）。春季的主要相关关系表明，IO海温异常可能对随后印度季风的强度有显著影响。

由于海温异常可能通过影响蒸发和水汽输送而影响季风降水(Meehl，1997；Chang和Li，2000)，我们根据10个最湿润季节和10个最干燥季节的差异，合成了通过NCEP再分析资料计算的1000hPa纬向和经向水汽通量。在图中绘制了干湿复合湿通量的差异图。图2为向量形式。在2-3年的窗口处，1000hPa的水汽通量合成有一个很大的北向分量，表明春季夏季风之前从赤道印度洋、阿拉伯海和孟加拉湾到印度次大陆的水汽输送异常。这种输送导致印度上空异常的水汽辐合。另一方面，冬季和春季季风前3-7年窗口的水汽通量合成有很大的不同。不同之处在于运输主要是从西到东。它要么在到达印度次大陆之前汇合在阿拉伯海东部，要么从赤道印度洋转向海洋大陆。因此，在TBO时间尺度上，季风强度与夏季风之前冬季和春季低层水汽向季风区的持续输送存在相关关系。但在ENSO时间尺度上，前期水汽输送与季风关系不大。

上述结果不是带通滤波器的分析结果。这可以通过SST合成分析来验证，而无需使用滤波数据。这里把秋冬NINO3海温异常划分为暖区、冷区和常温区三大类，其中暖区和冷区代表了厄尔尼诺事件和拉尼娜事件，并从前一年9月到来年2月至少2个月大于0.7个标准差的海温异常大小来定义海温异常。全印度夏季降水异常还可划分为湿、干和正常三大类，以异常幅度大于0.7标准差来划分湿、干两类。图2、3显示了通过48年NCEP再分析资料分析厄尔尼诺事件的北半球冬季海温异常，并根据后面的印度夏季降水的三个类别进行了合成。虽然东太平洋(EP)SSTA对三种降水类型都是正的，但干湿两种情况下的IO SSTA存在较大的差异。湿季风前IO海温复合多为暖型，而旱季风前则多为冷暖型海温复合。在这种情况下，前面的IO海温就比（EP）SST更好地预测了印度夏季降水，这一情况也出现在北方春季的复合中(未显示)。如图2，之前的IO海温异常与之后的印度季风降水之间的这种关系验证了图中2-3年窗口的滤波数据的结果。

从以上分析得出的一个重要结论是，IO海温异常与TBO时间尺度上的印度季风降水量相关，而在ENSO尺度上与印度季风降水量相关(图3-6个月)(图2)。而季风降水与IO SSTA的同期相关很低，而与6个月的滞后相关较高。这些结果支持TBO假设，即IO的正海温异常导致了地表湿度的增加(由于地表蒸发量的增加)，从而由于进入季风区的水汽通量的增加而形成了强烈的季风(Chang和Li，2000)。季风加强引起更强的地面风，通过蒸发冷却海洋，导致寒冷的IO海温异常，这将在随后的季节减少水分的积累，并导致明年的季风减弱。IO海温异常与季风降水之间的低同期相关是自然结果，因为夏季是TBO变化的季节。

上述结果表明，在TBO和ENSO时间尺度上，海温异常影响降水异常的物理过程存在显著差异。在TBO尺度上，这种影响主要是由于当地地面水汽通量的增加(减少)，这种水汽通量积累在季风区，与IO地区的暖(冷)SSTA有关。另一方面，ENSO尺度上季风降水的变化与海温异常的遥相关有关。

在ENSO时间尺度上，湿季的印度季风与干季的印度季风合成的差异的三个可能过程是造成ENSO降水异常的原因。第一个是EP海温异常通过大规模东西向倾覆(如Meehl，1987年)的直接影响。在NCEP数据集的速度势合成的湿减去干差中可以观察到这一点(未显示)。二是由于西太平洋海温异常变化，对局地对流活动产生直接影响。伴随着EP的海表面温度降低，WP出现了正的SSTA，增强了季风槽的对流活动，这是天气波扰动发展的一个区域。这种发展可以在图的右侧面板(3-7年图)中看到。这表明菲律宾东部有一个温暖的海温异常区域，特别是在夏季。水汽通量模式显示菲律宾和中国南海的下游有一个气旋式环流中心。许多扰动在这一地区发展，并向东南亚移动，有些则影响到印度次大陆(Lau和Lau，1990年)。相反，在图的左侧中。如图3(2-3年)西太平洋水汽通量场表现出异常的反气旋环流，并进入南海北部。因此，在印度季风湿季期间，菲律宾附近西北太平洋的天气扰动趋势出现在ENSO尺度上，而不是在TBO尺度上。

ENSO尺度上的第三个可能过程是海温异常对中纬度环流有影响。湿干200-500hPa合成图表明，湿季风爆发前6个月，南亚和印度洋已形成南北热力对比，暖中心集中在青藏高原(图4，右侧)。这个暖中心的位置与夏季风爆发前的西藏暖化和(或)欧亚大陆积雪对季风强度有重要作用的假设(如Mooley和Shukla，1987；Yanai等人，1992)是一致的。这与TBO模式明显不同，在TBO模式中，印度次大陆和印度洋在冬季和春季雨季之前都被同一热带暖距平带所覆盖。印度和赤道印度洋之间的南北热对比是在湿季风开始时同时发展起来的(图4，左侧)。因此，在ENSO时间尺度上，陆海热力对比影响大于强或弱季风，但在TBO尺度上则不是。

图2 在TBO(2-3年)和ENSO(3-7年)尺度(其中“0”表示参考季风年，等高线间隔：0.1)的DJF(-I)、MAM(0)和JJA(0)尺度上，印度季风降水与海温异常之间的滞后相关图。正(负)相关(量级)超过0.3的区域阴影。考虑到每个带通窗口自由度的降低，当相关系数为0.4或以上时，通过95%的显著性检验在TBO(2-3年)和ENSO(3-7年)两个时间尺度上，绘制了1000hPa上DJF(-1)、MAM(0)和JJA(0)的WCT-n·NUS-dr·水汽输送(单位：1/ms·gkg)。该合成的进行是基于过滤10个湿和干时间下获得的降雨数据。

图3 归一化(与各网格点的标准差相关)冬季海温异常与厄尔尼诺峰值事件的合成根据印度夏季降水的三个类别：湿(降雨大于正0.7标准差)、正常和干燥(降雨小于负0.7标准差)。轮廓间隔为0.2。湿润的年份是1970年、1973年、1983年和1988年。正常年份是1958、1977和1995年。干旱年份是1952年、1966年、1987年和1992年。

图4 在TBO(2-3年)和ENSO(3-7年)尺度上，印度季风降水与DJF(-1)、MAM(0)和JJA(0)的200-500hPa厚度异常之间的滞后相关图(其中“0”表示参考季风年，等高线间隔：0.1)。正(负)相关性超过0.3(或小于-0.2)的区域为阴影。当相关系数在0.4以上时，通过95%的显著性检验。

1. 总结和讨论

本文利用1950-1997年NCEP再分析资料，利用时间滤波方法，研究了TBO(2-3年)和ENSO(3-7年)时间尺度上影响印度季风降水异常的可能过程。结果表明，两个时间尺度上影响季风降水异常的机制存在显著差异。TBO尺度上的季风降水受与热带印度洋海温变化相关的局地水汽辐合的影响，并在前期春、冬季累积有关。ENSO时间尺度上的降水是赤道东太平洋海温强迫引起的三种可能过程的结果：异常大尺度东西倾覆、季风槽对流活动增强/减弱与西太平洋海温局地海温异常以及中纬度环流影响下的海陆热力对比。

即使指出IO海温对TBO的作用很重要，但这一观测分析并不排除热带气旋对季风的影响。众所周知，厄尔尼诺与南方涛动在环境规划署中是两年一次的组成部分。这两年一次的ENSO很可能是太平洋内部海-气相互作用的结果(Chang等人，2001)和季风的外部强迫(Li等人，2001年；Kim和Liu，2001年)。这项观测研究表明，季风的年际变化取决于TBO和ENSO的共同作用。印度洋在某些年内可不受东太平洋影响，在区域范围内直接影响于TBO时间尺度上。两年期时间尺度中确定的滞后关系比季风和东太平洋海温之间的同期相关更有助于预测。需要进一步研究前几个季节IO、SST和水汽通量异常对季风和热带-中纬度遥相关的影响。

参考文献

Bell, G. D., and M. S. Halpert, 1998: Climate assessment for 1997. Bull. Am. Meteorol. Soc., 79, s 1-s50.

Chang, C.-P., and T. Li, 2000: A theory for the tropical tropospheric biennial oscillation. J. Atmos. Sci., in press.

Y.S. Zhang, and T. Li, 2000: Interannual and interdecadal variations of the East Asian summer monsoon and tropical Pacific SSTs: Part I: Role of subtropic ridges. J. Climate, 13, 4310-4325.

Kim, K.-M., and K.-M. Lau, 2001: Dynamics of monsoon-induced biennial variability in ENSO. Geophy

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