西北太平洋次表面温度上升导致ENSO事件发生的动力机制外文翻译资料

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西北太平洋次表面温度上升导致ENSO事件发生的动力机制

Joan Ballester1,2, Simona Bordoni1, Desislava Petrova2, and Xavier Rodoacute;

1. 美国加州帕萨迪纳市，加州理工学院，环境科学工程 2.西班牙巴塞罗拉 Catalagrave; de Ciegrave;ncies研究所

摘要：尽管在过去的几十年中厄尔尼诺-南方涛动的理解稳步进展，但是其发生的动力机制还不是很清楚。本文将使用一个全球海洋和大气的同化产品，以获得一致的数据集，并有助于j解释在西太平洋18至24个月前发生的事件的热积累。南欧和东方的热对流由于赤道表层质量辐合和沿赤道的潜流输送有助于在170°E-150°W的地表变暖。在暖池，相反，表面水平收敛和下沉运动在地表变暖的主导作用。本研究结果强调了在东经170°的热成层的突变的重要性。

关键点：1.在暖池中，下沉运动对于地表变暖起主导作用

2. 在170°E的热源集聚地有一个急剧的过度

3. 结果始终参照一套海洋同化产品

1.引言

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是季节性周期中最强烈的气候信号，是年际变化和全球气候的遥相关的一个驱动力的主要来源。在热带太平洋地区突出的振幅是由于强烈的Bjerknes反馈，这其中包括沃克环流之间的强耦合，海表面温度的纬向梯度和温跃层。这两个主要理论是振幅和反向的年际异常的标志：延迟振荡器的理论，解释了这种通过逆转海洋kelvin波和罗斯贝波；补给振荡器，它强调异常延迟事件之间的纵向平均温跃层深度和东太平洋海表面温度。

西太平洋是一个震荡性的ENSO事件，EN和拉尼娜事件发生的重要区域。它的特点是有暖池，存在温暖的上层海洋表面，混合水域以及表面水平收敛和地下散度，因此会产生下沉运动。这个区域为深大气对流和全流域遥相关的主要能量来源，正因为如此，它调制两者的气候和物理性能，并在该区域发生物理过程。赤道太平洋的突出特点是海洋上层附近的暖池边缘160°E-180°E的纬向盐度锋面，结果使西太平洋纬向输送大量低盐度的水。表面的纵向盐度对比，反过来解释了这两个强烈的热驱动大气对流和降水以及贸易强风和东面的蒸发。

众所周知，太平洋暖池的年际纬向迁移是与位移，深大气对流，活跃降水，大风和蒸发领域的提高相关联的。这些关系说明ENSO与赤道太平洋上层纬向温盐结构的密切关系，在LN事件中，纬向盐度随着温度增加，最大降水地区出现在西太平洋，向西的信风表面在中央太平洋得到加强。这些确定的强度和垂直展开的水平表面收敛，并在暖池有下沉运动以及在纬向位置，垂直等容度在两个暖池的边缘和盐度变化前同时变化。

2.方法
根据降水数据结合的NCEP/NCAR再分析资料数据设置，排除了外部长波辐射、行星热流量和风压数据。海洋参数包括了五种同化产品：GECCO,ORAS4,NEMOVAR-COMBINE,SODA2.1.6和SODA2.2.6.垂直风切变由组合了垂直向的散度诊断分析而得到。
一个13term的滑动平均被用来计算年际去趋势的月平均变化。根据气候预测中心1961－2001年的同化资料的分类中选取en事件：1963、1965、1968、1987、1976、1982、1986、1997年的12月份。在上述案例中，通过观察热带太平洋连续两年北部冬季的en情况。只有第一年考虑到了累积异常，认识到我们主要目标是描述这些事件的开始情况。1994年的EN事件被排除在外的原因是，它是之前1990年开始的海表温度过高事件的连锁反应，温暖的海面温度异常的在太平洋中部和东部维持了近6年。类似的被用于LN年的选择有1964年12月，1970年，1973年，1975年，1984,1988，1995，和1998。

温度的趋势方程分析了有关于纬向，径向以及垂直方向热对流的贡献。另外，这些术语的解释为,其中横向的要素表示潜在的温度的分解和纬向，径向以及当前垂直速度在气候上和非气候上的异常。

3.结果

图1显示了径向深度上潜在的赤道温度和EN事件发生之前的时间趋势，对于同化产品的合成取了平均。注意，画点的不规则区域是与所有的同化产品一致的。西太平洋最初的表面暖水域的积累以及随后东移的赤道温跃层表示了EN事件开始的特征。与这种传播联系着的相反阶段滞后21和 00的倾斜模式，在过渡时期增加的纬向的赤道地下热量滞后了9年。到达赤道东太平洋后，迅速释放的热量是来自Bjerknes反馈，导致EN事件的快速发展。本研究用海洋大气机制解释了赤道西太平洋初始的表面变暖的原因，特别强调空间特征的相对作用在不同过程的热量累积。为了这个目标，图2显示了在径向深度上海表面温度的混合，盐度，纬向速度和纬向，水平和径向的赤道太平洋洋流散度在21个月之前的EN事件的成熟阶段，图3描述了区域，经向和垂直热平流的温度趋势的影响导致异常发生。

平均来说，发生于赤道海洋的LN-like的峰值比常年寒冷的太平洋中部和东部的水域的时间滞后21日左右。随后转变的是对流和西部太平洋的降水增加，60°E-180°E附近气候暖池最边缘的表面盐度，暖池边缘附近的盐度的纬向差异和盐度差异增强。温度和盐度的变化都在增加海洋上层密度和当地等容度的倾斜。同时,中央太平洋信风的加强也加强了西暖池边缘附近的南赤道洋流和盐度。这导致在赤道太平洋西部的异常表面纬向和水平融合。表面浮力减少，等容度倾斜的增加西向表面循环的增加以及水平方向的收敛使下沉运动加强，导致地下热累积的增长。

在LN-like条件下信风的加强也与赤道北太平洋中部顺时针的风应力旋度的增强有关，因为西太平洋的温暖水域的积累导致动态的高度增加，驱动向赤道异常地转斯维德鲁普运输。地下加强的子午线收敛在太平洋西部和中部尤其强烈，最强的年际ENSO-LIKE纬向风应力异常也在此被发现。值得注意的是，当初始LN-LIKE条件下信风开始加强时，经向斯维德鲁普地下收敛已经出现在太平洋西部和中部落后30。的埃克曼层上部，异常的东风产生了异常的径向埃克曼散度。这个径向表面差异和地下收敛的配置导致了异常的上层海洋海流运动到东国际日期变更线附近。在暖池，异常纬向气流在地表和地下强烈发散，这些纬向的信号比预期的纬向埃克曼表面散度和经向斯维德鲁普地下收敛都强烈，因此诱发了170°E的西部的异常下下沉运动。

在图2中描述的机制是在这个研究中所有的同化产品所发现的。有趣的是，表面温度的大小，盐度，当前的异常和相关的地下变暖在不同产品之间是前后一致的，所以这些异常越强，地下温度积聚越暖。例如，表面盐度(156°-166°E,0-50米)和地下潜热(156 - 166°E,156 - 130)之间的相关性为0.98(p lt; 0.001)，回归系数为3.91°C / g / kg。唯一的例外是GECCO，它低估了纬向表面收敛和其他产品的比较，并且不会产生子午面Ekman散度模式在西部和中部赤道太平洋中观察其他同化的数据集。有趣的是，这个同化产品的地下热积累很弱，事实上GECCO仍然是可以复制暖池水平散度的垂直结构，因此，相关的下沉运动表明，地下纬向质量贡献的收敛性和地下向东平流可能被低估。相关的传播模拟的经向散度在不同的同化产品下可以粗略估计在西方赤道太平洋这些变量之间的依赖关系。因此,同化产品的上层径向海洋相关性散度(156°-166°E,0 - 156 m)和地下潜在的温度(156°-166°E,156 - 130)为0.90(p lt; 0.001),回归系数为-3.36·107°C / s。相反，表面水平收敛(156°-166°E,20米)-4.38 · 107°C per 1/s地下温度潜力的平均关系在所有的同化产品中一直被观察到。

温度趋势方程的分析表明，区域的总和和垂直平流解释了大部分空间结构在赤道太平洋表层和次表层的热异常的趋势。垂直平流单独决定了170°E的西部的地下变暖。相反，对170°E东部的急剧转变影响最大的是纬向的组合和垂直平流，因此赤道潜流的加强和初期的平流导致西部太平洋次表层的温度异常。然而，径向热平流已经导致温跃层170°E东部的气温变暖，即使在ENSO的早期阶段，振荡温跃层的浅深度倾向于东太平洋。值得注意的是，在170°E西部，地表朝赤道方向的融合质量与太平洋中部强度一致，径向热平流的减弱是因为赤道径向温度梯度很小。

4.总结与讨论

目前的研究表明，赤道太平洋中部信风的增强使向西循环的南赤道洋流增强，加强了表面区域，因此纬向辐合和下沉运动靠近异常的暖池倾斜边缘和盐度之前。此外，我们发现，垂直平流的热量在再分配的水池的质量中起着重要作用。纬向和垂直的气流实际上是通过能量平衡而密切相关的，因为风力的作用是转化为浮力的重要部分。这个转换解释了在中太平洋，能量供给如何通过信风向西南赤道洋流输送，在西太平洋转化为垂直质量通量，改变海洋温跃层等容度和深度。

在这方面，这里给出的结果提供了一个全面的描述风应力强迫在中太平洋和海洋环流暖池之间的交互，地下温度和温跃层深度约两年前在赤道太平洋西部到达EN事件的顶峰。图四总结了在水平气流散度在两个代表赤道位置的西方国际日期变更线的异常。在暖池的边缘和盐度（157.5°E），我们发现下沉运动从一个高水平水平散度收敛到一个低水平的水平散度。水平散度分解为纬向和径向两部分，来显示这些不同的机制如何在一个较长时间内对一个错综复杂的地下热量聚集造成影响。一方面，在地表附近 (0–75 m)的水平收敛很大程度上解释了表面(0–60 m)纬向收敛和一个较低程度的地下(40–75 m) 收敛。另一方面，地下一层（74—190）的水平散度几乎可以完全解释为纬向分量，以加强太平洋东部的赤道潜流。在国际日期变更线附近（175°E,），垂直的水平散度显示出不同的机制，由表面（0—60）的纬向和径向散度以及纬向和径向的收敛。

这些结果是基于一个海洋同化的产品，这些产品在一定程度上可以视为准确地捕捉观察动态，不断地模拟所有的异常数据集可以用来验证先前的建模研究。例如,Yu和Mechoso[2001]用海气耦合环流模式表明,垂直平流有助于地下(80 - 145)在成熟阶段冷却的厄尔尼诺现象。为了这个结果，我们将假定的对LN条件异常相反，这将对应我们在图3c的结果。尽管与我们的结果相似，由于垂 Yu and Mechoso [2001]的垂直平流地下冷却发生在一个广泛的纵长条地带，从西方的边界延伸至150°W，在分析产品中，由于垂直平流，地下变暖背局限在170°E西部一个狭窄的范围。连贯的，从同化产品推断出水平散度的分布在170°E急剧转变，表面向西水平辐合，向东辐散。在这个研究中出现的空间特征可能会对于确定所涉及的不同过程的相对作用在西太平洋的聚集有所帮助，并最终提高了ENSO在长时间的可预报性，冲破了春天的屏障。

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