两类太平洋变暖对北太平洋西部热带气旋频数的影响外文翻译资料

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两类太平洋变暖对北太平洋西部热带气旋频数的影响

摘要

本研究分别考察了1960-2008年ENSO Modoki和经典ENSO与北太平洋西部（WNP）热带气旋（TC）频数的关系。TC频数与ENSO Modoki指数显著正相关。Nintilde;o-3指数与WNP北部（东南部）的TC频数具有显著的负（正）相关性。为响应与厄尔尼诺Modoki有关的热源，在WNP上形成了大规模的气旋异常。相反，在经典厄尔尼诺年，纬向延伸的热源和热汇呈现出经向偶极子模式，在亚热带引起反气旋异常，在赤道中太平洋附近产生气旋异常。在实际平均状态和加热曲线下的数值实验证实了异常环流对加热的响应在两类太平洋变暖对TC频数的不同调制中起重要作用。

1.简介

鉴于厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）对热带气候的影响，其对各种海盆的热带气旋（TC）活动产生了重大影响。以前的研究已经考察了ENSO与北太平洋西部（WNP）TC活动之间的关系[例如，Chan，2000；Chia和Ropelewski，2002年；Wang和Chen，2002；Wu等，2004；Chen等，2006]。结果发现，在厄尔尼诺年间，WNP东南象限的TC活动显著增加，西北象限TC活动减少；在拉尼娜年间，这种情况发生了逆转。

最近，Ashok等人 [2007]已经确定了中太平洋的变暖事件，称为厄尔尼诺Modoki。与经典厄尔尼诺相反[例如，Rasmusson和Carpenter，1982]，经典厄尔尼诺相反一般发生在东太平洋冷舌区，厄尔尼诺Modoki的特点是热带太平洋中部为温暖海面温度异常（SSTA），其东西两侧的海温异常低。这两种类型的ENSO可以在全球范围内导致不同的气候和天气变化。例如，厄尔尼诺Modoki伴随着热带太平洋上两个异常的沃克环流，这与传统ENSO事件期间典型的沃克环流扰动非常不同。与厄尔尼诺Modoki相关的遥相关型和与经典厄尔尼诺相关的遥相关型也有显著差异，导致沿太平洋边缘干/湿条件的不同地理分布[Weng等，2007]。与经典ENSO和印度洋偶极子（IOD）事件的影响不同，ENSO Modoki事件可以显著影响南半球中纬度地区的风暴路径活动，从而减少澳大利亚东南部冬季风暴相关的降雨量[Ashok等，2009；Cai和Cowan，2009]。

Kim等人 [2009]发现两种类型的ENSO对北大西洋TC的影响存在显著差异。然而，迄今为止还没有研究区分ENSO Modoki与经典ENSO对WNP上TC活动的影响。事实上，许多先前的研究采用Nintilde;o-3.4 SST指数来识别ENSO事件[Chan，2000；Saunders等，2000；Chia和Ropelewski，2002]。由于Nintilde;o-3.4区域的地理位置（170°W-120°W，5°S-5°N），使用该指数可能会获得与经典ENSO和ENSO Modoki相关的SSTA信号，从而混淆与两种不同类型的ENSO相关的影响。例如，在2004年夏天发生厄尔尼诺Modoki时[Ashok等，2007]，十个台风破纪录地在日本登陆[Kim等，2005]。然而，在同一个夏天，Nintilde;o-3.4 SSTA仍然保持正值，并且基于此，根据先前的研究，人们应该预计正常数量的台风到达日本列岛。这凸显了分离这两种现象的气候影响的必要性。

此外，在过去几十年中观察到厄尔尼诺Modoki事件的频数增加[Ashok等，2007]，在全球变暖的情况下，厄尔尼诺Modoki事件与经典厄尔尼诺事件的发生比会比预计增加五倍[Yeh等，2009]。因此，通过使用不同的指数来区分两种类型的ENSO事件，本研究考察了经典ENSO和ENSO Modoki事件对WNP上TC频数的不同影响，并提出造成其影响的物理机制。

2.数据和方法

从联合台风警报中心（​​JTWC）获得的WNP的TC数据集跨越1960年至2008年。由于从6月到10月（JJASO）观察到的TC占年度TC总数的约85％，因此本研究重点关注这一延长期以及夏季（JJA）和秋季（SO）季节，以进一步探索其季节变化。此外，仅考虑最大表面风大于17ms ^-1的 TC。为了研究TC形成的地理分布，将热带WNP（120°E-180,0°-30°N）划分为四个区域。150°E和15°N分别作为东方和西方、南方和北方之间的边界。热带WNP的西北、西南、东南和东北象限分别被指定为D_NW、D_SW、D_SE和D_NE。

使用来自1960-2008年同期的哈德来中心1°times;1°水平分辨率的每月海面温度，美国国家环境预测中心（NCEP）-大气研究中心（NCAR）2.5°times;2.5°水平分辨率的高空再分析资料作为观测值。本文还利用1980-2008年美国国家海洋和大气管理局（NOAA）卫星在2.5°经纬度网格上的月向外长波辐射（OLR）数据，作为深热带对流的代表[Liebmann和Smith，1996]。

经典ENSO可由Nintilde;o-3 SST指数定义，该指数是SSTA平均值（150°W-90°W，5°S-5°N）。ENSO Modoki现象由Ashok等人构建的ENSO Modoki指数（EMI）量化[2007]，它可以捕获中太平洋的SST特征。EMI基于表达式EMI=[SSTA]_C-0.5*[SSTA]_E-0.5*[SSTA]_W计算，其中[SSTA]_C、[SSTA]_E和[SSTA]_W分别表示在（165°E-140°W，10°S-10°N）、（110°W-70°W，15°S-5°N）和（125°E-145°E，10°S-20°N）区域内平均的SSTA。在消除指数的线性趋势后，将Nintilde;o-3指数和EMI大于一个标准差的JJASO季节分别确定为厄尔尼诺Modoki（1966,1967,1977,1990,1991,1994,2002和2004年）和经典厄尔尼诺事件（1963，1965，1969，1972，1976，1982，1983，1987和1997年）。

3.两类太平洋变暖与TC频数的关系

为了分离ENSO Modoki和经典ENSO对TC活动的影响，计算在JJASO、JJA和SO季节期间整个WNP以及各个区域TC频数与EMI和Nintilde;o-3指数的偏相关性，并列于表1中。根据表1，在JJASO期间，EMI和TC频数之间存在显著相关性。这种密切关系主要归因于夏季的相关性（JJA）。秋季（SO）期间相关性较弱。相比之下，Nintilde;o-3指数与WNP海盆的总TC频数几乎不相关。同样，当使用Nintilde;o-3.4指数时，也得到不显著的相关性。

表1. JJASO、JJA和SO期间整个WNP海盆以及四个子域上TC频数和EMI以及Nintilde;o-3指数之间的偏相关性

a 样本量为49时，值超过95％置信水平。

b 样本量为49时，值超过99％置信水平

表1还显示了两种类型的ENSO事件之间的相关性非常不同的地理分布。在D_NW区域，TC频数和EMI之间的相关性是正的但是较弱，而TC频数在夏季和秋季与Nintilde;o-3指数高度负相关。在WNP的东南部（D_SE），两个指数都显示出与TC频数的显著正相关，尽管与EMI的相关系数小于与Nintilde;o-3指数的相关系数。另外，需要注意的是，在WNP的东北部（D_NE），Nintilde;o-3指数检测到显著的负相关，但与EMI相关性为正且不显著。这就是为什么在以前的研究中发现该地区的Nintilde;o-3.4指数和TC频数之间没有显著关系的原因。上述特征表明了这两种类型的ENSO事件对TC频数的不同影响。

由于TC频数与这两个指数之间的相关性在夏季更为显著（表1），因此为了解两种ENSO事件的影响，对JJA的环流异常进行研究。图1a和1b显示了厄尔尼诺Modoki和经典厄尔尼诺事件的气象合成场。虽然在厄尔尼诺Modoki和厄尔尼诺现象事件中，中太平洋存在异常暖海温，但与前者相关的海温变暖沿经向扩展较多，且与经典厄尔尼诺现象相比，其纬向和经向梯度较弱。图1给出了1980年以后厄尔尼诺Modoki和典型厄尔尼诺现象OLR异常的合成场。为清楚起见，通过应用T15截断来平滑OLR异常，以便去除较小尺度的特征并突出显示大尺度对流模式。与厄尔尼诺Modoki有关的增强对流占从南海到日界线以东的大部分热带WNP，而中西部海洋大陆以及中国东部、韩国和日本则存在抑制对流。相反，在150°E的东部发现了与经典厄尔尼诺相关的异常对流，中心位于170°W。其正北部的对流受到抑制，这可能与赤道太平洋强正加热引起的下沉运动有关。值得注意的是，强烈的OLR异常在热带WNP上呈纬向延伸并形成经向偶极子模式，这与厄尔尼诺Modoki相对应的模式截然不同。响应于不同类型ENSO相关的异常加热，850hPa风异常也表现出明显不同的模式。在厄尔尼诺Modoki时期，低空西风异常主导在热带WNP 140°E附近达到最大值，经向延伸至15°N，导致日本东南部发生大规模异常气旋。相比之下，在经典厄尔尼诺年，850hPa增强的西风异常局限于10°N以南的赤道地区，而且它们最大向东移动超过日界线。该模式有利于WNP东南部的TC形成。另一方面，伴随着纬向延伸的抑制对流，在经典厄尔尼诺现象期间，异常的反气旋在日本南部盛行，这与厄尔尼诺Modoki情况有很大不同。反气旋流动异常对TC的生成影响不大，导致WNP北部的TC频数与Nintilde;o-3指数之间存在显著的负相关。

图1

SSTA（阴影；单位：°C）、850hPa风异常（矢量，见右上方的比例箭头；比例箭头单位：ms^-1）和OLR异常（虚线/实线轮廓表示负值/正值，轮廓间隔3 W m^-2 ；零轮廓省略）在JJA期间（a）厄尔尼诺Modoki和（b）经典厄尔尼诺事件的合成。OLR异常是基于从1980年开始的数据计算的，并且为了清楚起见应用了T15截断

4.简单斜压模型的结果

为了进一步描述两种类型的ENSO事件的环流异常和加热之间的关系，利用一个简单的斜压模型进行了两次数值实验，以检验在相同的实际平均状态下大气对不同热源的响应。该模型基于地球物理流体动力学实验室AGCM的动态核心构建[Held和Suarez，1994；Wang等，2003]。它具有均匀分布的五个sigma;面，并采用了T42的水平分辨率。

该模型被线性化为真实三维夏季平均（JJA）基本状态，但在预报方程的二阶扰动项中保持完全非线性。基本状态取自NCEP-NCAR再分析资料的长期平均值，由原始标准气压面数据线性插值到模型sigma;面上。假设加热分布与OLR异常之间存在一致性，则基于OLR异常确定水平加热曲线。为了消除感兴趣区域外的加热对WNP上的大尺度环流的影响并提取强迫的主要特征，将异常OLR场在该区域外设置为零（110°E-130°W，10 °S-30°N），然后按照与第3节描述相同的方式截断到T15分辨率。最后，将上述处理的OLR异常通过除以-9W·m^-2（厄尔尼诺Modoki期间OLR的最小值）并乘以0.6K·day^-1来归一化，以获得对应于厄尔尼诺Modoki和经典厄尔尼诺事件的两个数值实验的加热曲线。最大加热设定在sigma;=0.5 这一层。振幅在sigma;=0.3和sigma;=0.7时减小2倍，在sigma;=0.1和sigma;=0.9时减小5倍。这种加热曲线大约相当于每天1.0毫米的降水，基本上与观测到的异常降水一致[例如，Jin和Hoskins，1995；Annamalai和Sperber，2005，Ashok等，2007]。

第30天的积分结果显示为对规定的热源的稳定响应。图2a和2b描绘了在sigma;=0.5时施加的规定加热曲线和由热源为厄尔尼诺Modoki实验（ENM-exp）和经典厄尔尼诺实验（CEN-exp）引起的850hPa异常风。加热曲线几乎与OLR异常的加热曲线一致，在区域边界附近略有差异。

图2

模拟风响应（矢量，见右上方的比例箭头；单位：ms^-1）在850hPa的简单斜压模型中规定的加热异常曲线（虚线/实线轮廓表示在sigma;=0.5时加热分布的负/正值；轮廓间隔0.2K·day^-1；零轮廓省略）（a）厄尔尼诺Modoki实验和（b）经典的厄尔尼诺实验。（c）与图2b相同，除了在该区域（135°E-140°W，10°-30°N）中除去WNP负加热异常。

可以看出，模拟的850hPa风响应与观测到的一致（图1）。在ENM-exp（图2a）中，由纬向和经向扩展加热引起的大尺度气旋环流异常主导了大部分WNP。换句话说，这种加热模式导致了很大区域上的低层正涡度异常。这解释了为什么在厄尔尼诺Modoki年期间WNP的大多数域中TC发生率增加，因此在整个WNP中TC频数和EMI之间存在显著相关性（表1）。另一方面，在CEN-exp中，赤道附近的正加热更强并且向东移动，而在WNP上存在以约20°N为中心的负加热异常。与这种冷却扰动一致，在WNP上方10°N以北发现低层的反气旋响应。与该反气旋有关的东北风穿透深热带，与赤道西风合并，在近赤道WNP上形成气旋性切变模式。因此，WNP上空的低层环流异常（东南部气旋异常，北部反气旋异常）的经向偶极子可以解释TC频数与Nintilde;o-3指数在WNP北部显著负相关，东南部显著正相关。此外，由于在不同的区域中增加和减少的TC频数之间的相互抵消，整个WNP海盆的总TC频数与经典ENSO之间存在弱的关系。

为了证实赤道热源以北的热汇在经典厄尔尼诺年期间反气旋环流异常发展过程中的重要性，进行了一项敏感实验（CEN-exp-2），其中消除了该区域（135°E-140°W，10°-30°N）的负加热异常。模拟结果（图2c）表明，原850hPa反气旋环

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