东亚冬季风与ENSO的振荡关系外文翻译资料

英语原文共 20 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

东亚冬季风与ENSO的振荡关系

SHENGPING HE

Nansen-Zhu国际研究中心，大气物理研究所，气候变化研究中心，

中国科学院，中国科学院大学，中国北京

HUIJUN WANG

Nansen-Zhu国际研究中心，大气物理研究所，中国科学院，中国北京

（手稿于2013年3月26日收到，最终版本为2013年7月19日）

摘要

本研究调查了厄尔尼诺南方涛动（ENSO）与东亚冬季风（EAWM）之间关系的年代际变化，进一步探讨了可能的机制，并最终考虑了ENSO-EAWM关系中最近的一个交换机制。Nino-3.4指数与EAWM指数之间的23年滑动关系揭示了ENSO-EAWM关系中存在一个明显的50年左右的低频振荡。高相关期间的暖ENSO事件与东亚低槽异常偏弱，也就是北太平洋涛动（NPO）的正相位，沿东亚沿海的显着偏南风异常以及东亚大陆和邻近海域偏暖有关。 但是在低相关期内，EAWM相关环流中没有强烈和显着的异常。由于沃克环流向东南方向移动，西太平洋异常高压区域在258N以南撤退并局限在菲律宾海域。从这个方面来看，太平洋 - 东亚遥相关并不完善，因此ENSO对EAWM的影响受到抑制。此外，ENSO-EAWM关系的低频振荡可能归因于太平洋年代际振荡（PDO）和大西洋多年际振荡的联合作用，这是由于它们对建立NPO遥相关的调制作用。对ENSO-EAWM关系的两个完整周期的观测以及在2000年初期向负PDO的过渡和在20世纪90年代晚期对Walker环流的加强表明了ENSO-EAWM关系的恢复。

1.介绍

东亚冬季季风（EAWM）是北半球冬季北半球最显着的气候系统之一。它包括分别位于对流层低层、中层和高层的西伯利亚高压，东亚低压槽和东亚急流。 在影响EAWM的因素中，西伯利亚高峰很大程度上在决定EAWM的强度方面起着重要作用。由于欧亚大陆冬季引起的强烈辐射冷却，蒙古北部形成了一个巨大的寒冷高压系统（Watanabe and Nitta 1999; Jeong et al。2011）。沿着西伯利亚高地的东侧，强大的西北部分叉到日本南部; 一条分支直接向东流向亚热带北太平洋，另一条分支沿东亚的东南方向流动（Lau and Li 1984; Wang and Chen 2010）。这种干燥寒冷的西北风常常给东亚带来严重的寒潮和大雪（Boyle and Chen 1987; Chang et al.2006; Wei et al。2011; Li and Wang 2012a，b，2013）。随着西伯利亚高压的发展，其核心区域的东亚急流变强并且核心区南部的北纬向风速减弱，导致东亚地区气旋性涡度异常增强。因此，东亚大槽发展并经常发生寒潮（Holton 1992; Jhun and Lee 2004; Li and Yang 2010）。这样，EAWM就可以对亚洲和其他偏远地区的冬季气候产生剧烈的影响（Chang and Lau 1982; Ding and Krishnamurti 1987; Chang et al.2006）。2008年1月，严重的寒潮和暴风雪影响了中国南部，造成了严重的社会影响和巨大的经济损失（Wang et al.2011）。

鉴于其复杂性和重要性，我们已经很努力来研究和解释EAWM。在早期的研究中，气候学家主要应用统计学和诊断方法来揭示东亚地区西伯利亚高压和冷空气（Ding and Krishnamurti 1987; Guo1994）。随着有关EAWM的知识变得更加发达，研究人员已经意识到许多其他因素可能会影响EAWM的变化。例如，Thompson和Wallace（1998）提出的对北半球环状模式（NAM;也称为北极涛动或北大西洋涛动）的EAWM的影响已经被广泛研究。Wu和Huang（1999）指出当NAM处于正向阶段时，西伯利亚高压和EAWM减弱。Gong 等人（2001）揭示了NAM和EAWM之间存在显着的异相关系，并进一步强调NAM对EAWM的影响可以由西伯利亚高地传播。然而，Wu和Wang（2002）也记录了一个负值的NAM-EAWM关系，他们认为冬季NAM和西伯利亚高压对EAWM影响相对独立。可能对EAWM的东 - 西海平面压力梯度有贡献的阿留申低压也与NAM有明显关系（Overland et al。1999; Sun and Wang 2006）。Thompson和Wallace（2000）指出，与NAM有关的异常流体的纬向分量可能会引起温度平流，这对建立和维持驻波模式起着关键作用。Chen和Huang（2002）发现，对流层和平流层之间的准定常行星波可以通过NAM显著调节，因此NAM-EAWM关系可以从准定常行星波的角度来解释（Chen et al. 2005）。根据他们的研究，当NAM处于正相位时，会有更多的准定常行星波从高纬度传播到低纬度地区，并且在极涡中存在较小的扰动。与此同时，西伯利亚高压、阿留申低压、东亚急流和东亚大槽全部减弱，导致EAWM衰退。

厄尔尼诺—南方涛动 (ENSO) 现象被认为是EAWM的重要推动力（Wang 2006）。Li（1990）发现，由厄尔尼诺引起的冬季异常大气环流可能导致冬季季风减弱，同时异常强的东亚冬季风将引发厄尔尼诺。 Zhang 等人 （1996）认为厄尔尼诺抑制了赤道西太平洋的对流活动，这对该区域与季风有关的环流产生了显著的影响。因此，东亚沿岸对流层低层出现偏南风异常，同时促成了一个偏弱的EAWM。另外，南海附近冬季北风的年际变化与ENSO密切相关，强（弱）的偏北风通常与拉尼娜（El Ni〜no）和年际的高（低）南方涛动有关（Zhang et al。1997）。Wang等人（2000）的一项研究表明，ENSO通过太平洋—东亚遥相关对EAWM产生影响。在El Ni〜no冬季，气旋性涡旋出现在热带太平洋中部，向东北方向发展。随后，在北太平洋西部和东北亚分别形成反气旋和气旋性涡旋。因此，西太平洋北部反气旋的西北部普遍存在的异常西南风有利于弱EAWM。Gollan等人 （2012）通过使用最新版本的欧洲中期天气预报中心（ECMWF）大气环流模式研究了EAWM对热带地区的影响，他们的实验表明热带环流对EAWM年际变率的影响很强。

但是，自1976年以来发生了一次年代际气候变化，其特征是北太平洋中西部的海表面温度（SST）异常（SSTAs）和东部热带太平洋SST异常变暖（Trenberth 1990; Deser et al.1996） 以及1970年代中期北太平洋阿留申低压的增强和东移（Graham 1994; Trenberth和Hurrell 1994）。20世纪70年代后期，在Walker环流中也观测到异常下沉和上升运动中心的显着东南移动（Kumar et al。1999）。同时，ENSO和许多其他气候系统之间的关系变化很大。例如，ENSO和印度夏季风之间的相反关系在近几十年已经破裂（Kumar et al。1999），同时与ENSO相关的东亚夏季风环流也发生了显著的变化（Wang 2001; Wang 2002; R. Wu和Wang 2002）。Wang（2002）证实了东亚夏季风与ENSO之间存在不稳定的关系。 同样，ENSO和EAWM之间的联系也不是静态的。正如Zhou等人（2007）所确定的，EAWM和ENSO并不总是高度相关，它们之间的关系很显然经历了低频振荡。这种不强烈的ENSO-EAWM关系可能受太平洋年际振荡（PDO）阶段的调节（Wang et al。2008，以下简称WCH08）。 最近He等人（2013年）表示自1970年代以来，ENSO对东亚 - 西太平洋环流的影响减弱，而其对北太平洋 - 北美东部环流的影响则加强。 同时，自20世纪70年代中期以来，EAWM和ENSO之间的关系也有所减弱（Wang and He 2012）。

ENSO仍然是最可预测的气候信号（Kirtman and Schopf 1998; Cheng et al。2011; Sun and Wang 2012），而ENSO-EAWM关系的弱化可能对冬季气候预测提出更大的挑战。然而，根据以前的研究，EAWM-ENSO关系在未来是否仍会维持或恢复尚不清楚。其原因是1）在He等人 （2013）以及Wang和He（2012）的研究中，关于ENSO-EAWM关系中是否存在周期的关注期太短; 2）即使Zhou等人（2007b）着重讨论了年际尺度上的关系，通过对较长时期的数据集进行分析，记录了ENSO-EAWM关系的低频振荡，但是仍没有确定规律性周期; 3）WCH08发现ENSO-EAWM关系可能受PDO的调节，PDO显示出两个一般周期：一个从15到25yr，另一个从50到70yr（Mantua et al。1997）。然而，我们并不能确信它在更长时期内是真实的，因为它们的主要结果来源于40年ECMWFRe-分析（ERA-40）数据集。一般而言，在预测未来气候方面有两种选择。一个是模型模拟，它被广泛用于耦合模型比较项目的阶段3和阶段5（请参见http://cmip-pcmdi.llnl.gov/）。 另一个是历史气候的诊断分析，这对建立统计模型有很大的用处。

在本研究中，我们使用诊断分析方法来研究1871-2009年冬季ENSO与EAWM之间关系的长期变化。 与前面引用的以前研究一致，我们发现在70年代减弱并可能受PDO调节的ENSO-EAWM年际关系存在低频振荡。当然，也获得了一些新的结果。 首先，ENSO-EAWM关系显示出规则的准50年低频振荡。 其次，PDO以外的一些因素[例如，大西洋多年代际振荡（AMO）]也可能会调节ENSO-EAWM关系的振荡。 第三，根据目前的分析提出了最近ENSO-EAWM关系的恢复。另外，我们对ENSO-EAWM关系为什么采用弱循环的原因提供了新的解释。由Wang等人（2000年）提出的包括沃克环流的转移及其对建立太平洋 - 东亚遥相关（PEAT）在内的影响，以及PDO和AMO在减少 ElNi~ no年的经向压力梯度上的综合效应有利于显著较弱的EAWM。

2.数据和方法

本研究中使用的数据集包括1）20世纪再分析第2版数据（1871-2009）得出的每月平均海平面气压（SLP），850hPa风场和500hPa高度的位势高度（H500）（Compo et al。 2011），由国家海洋和大气管理局（NOAA）网站（http://www.esrl.noaa.gov/psd/）提供; 和2）从NOAA扩展重建SST获得的第三版本月平均SST分析（1854-2012）（Smith et al.2008）。

此外，从他们的网站（http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep. reanalysis2.html）获得的美国国家环境预测中心的月平均地表气温（SAT），SLP，850 hPa风和H500以及能源部（NCEP-DOE）再分析2（1979-2012）（Kanamitsu等，2002）也被使用。为了支持再分析数据集的结果，我们引入了两个观测数据集。 一个是来自气候研究单位（CRU TS3.1）的高分辨率网格近地表温度，分辨率为0.58乘以0.58（Mitchell and Jones 2005）（由http：//www.cru.uea.ac.uk/cru/data/ hrg/获得）。 另一个是Hadley中心海平面气压数据集（HadSLP2r），其分辨率为58times;58（Allan和Ansell 2006）（可从http://www.esrl. noaa.gov/psd/gcos_wgsp/Gridded/data.hadslp2.html获得）。我们利用几个气候指数来促进分析，包括1）EAWM指数，其定义为东亚槽位于25°-45°N和110°-145°E范围内的负面积平均冬季500hPa位势高度;可以很好地反映EAWM相关温度和环流的变化（Sun and Li 1997; Wang et al。2009; He and Wang 2012）; 2）阿留申低压指数，定义为在30°-70°N和155°E-130°W（He and Wang 2012）内冬季平均SLP; 3）北太平洋涛动指数（NPO），定义为北太平洋标准冬季SLP（20°-80°N，120°E-120°W）的经验正交函数（EOF）分析主导模式的首要部分（Overland et al。1999）; 4）Ni〜no-3.4指数，定义为Ni〜no-3.4区域（5°S〜5°N，120°〜170°W）的面积平均SSTAs;和5）从NCEP气候预测中心获得的北美-太平洋（PNA）指数（http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/ pna.shtml）。在这项研究中，1900年的冬季[12月 - 2月（DJF）]指的是1899年12月，1900年1月和1900年2月。为了强调年际变率，应用11年高通滤波器获得上述年际异常数据。

年 移动窗口的中央年份

年 移动窗口的中央年份

图 1.（a）东亚冬季风指数（EAWMI）的标准化（柱状）和11年运行平均值（线）

（b）1871-2009年冬季Nino-3.4指数以及（c）EAWMI的23年滑动标准差和（d）Nino-3.4指数。

3.ENSO-EAWM关系的振荡

如图1a所示，EAWM由年际和年代际变率组成。 从11年的运行平均值观察，我们观察到四个时期（1871-1900,1942-59,1961-72和1986-2009）

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[21272]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word