北半球冬季两类厄尔尼诺对MJO的影响外文翻译资料

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ADVANCES IN ATMOSPHERIC SCIENCES, VOL. 33, AUGUST 2016, 979–986

北半球冬季两类厄尔尼诺对MJO的影响

Bo PANG, Zesheng CHEN, Zhiping WEN, and Riyu LU

¹中山大学大气科学学院季风与环境研究中心，广州510275

²大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，中国科学院大气物理研究所，北京100029

³中国科学院南海海洋研究所热带海洋学国家重点实验室，广州510301

（2015年12月17日收稿; 2016年3月23日修订; 2016年4月12日出版）

摘要：本文所研究的两类厄尔尼诺事件过程中MJO的特征，采用了NECP的逐日再分析资料、来自NOAA的OLR资料以及1979—2012年的实时多变量MJO指数。结果显示，与中部型厄尔尼诺事件相比，MJO在东部型厄尔尼诺事件中表现出明显的特征。首先，从热带东印度洋到西太平洋，MJO的强度，在东部型厄尔尼诺年冬季弱，但在中部型厄尔尼诺年冬季加强。其次，在两类厄尔尼诺事件中MJO的西向传播范围是不同的。在东部型厄尔尼诺年冬季，MJO西向传播至120°W，但在中部型厄尔尼诺年冬季只传播到180°.最后，MJO八个位相的频率可能受到两类厄尔尼诺事件的影响。第2、3位相在东部型厄尔尼诺事件中表现出更强的MJO强度，而第4、5位相则在中部型厄尔尼诺事件中表现出更强的MJO强度。

关键字：MJO,东太平洋厄尔尼诺，中部太平洋厄尔尼诺

参考文献：Pang, B., Z. S. Chen, Z. P. Wen, and R. Y. Lu, 2016: Impacts of two types of El Nitilde;no on the MJO during boreal winter. Adv. Atmos. Sci., 33(8), 979–986, doi: 10.1007/s00376-016-5272-2.

1. 引言

MJO是一个大规模的向东传播的大气环流。Madden和Julian（1971）在分析广岛的纬向风异常时发现了40-50天的振荡。 他们指出，MJO的特点是波数为1，并向东传播（Madden and Julian，1972）。Yasunari（1980）证实纬向风在40〜50 d的时间尺度上具有低频振荡。Weickmann等人 （1985）及Knutson等人 （1986）表明MJO也具有垂直斜压结构。后来的许多研究表明，MJO活动区位于南亚季风区，热带西太平洋和东部地区（Madden and Julian，1994; Zhang，2005）。

由于MJO是热带季风变率中最主要的信号，ENSO是热带地区年际变率的主要来源，因此许多先前的研究都调查了MJO和ENSO之间的相互作用。例如，MJO可以通过海气相互影响触发厄尔尼诺（Lau和Chan，1986）。在厄尔尼诺发生之前，热带西太平洋MJO活动大大增强（Li and Zhou，1994），这表明MJO对厄尔尼诺事件的发生有影响。北半球晚春时的MJO活动有利于随后的秋冬季节厄尔尼诺现象的发展（Hendon等，2007）。另一方面，ENSO也可以影响MJO的活动。在厄尔尼诺期间，MJO振幅相对较弱，暗示着厄尔尼诺对MJO强度的减弱作用（Li and Zhou，1994）。在热带ENSO事件中，MJO对流活动东移到中东太平洋，整个东印度洋和海平面的强度减弱（Hendon等，1999）。另外，中太平洋强暖海温异常促进了MJO在西太平洋对流活动阶段的快速增长（Marshall等，2016）。这些先前的研究表明强MJO活动与厄尔尼诺事件发展之间的双向相互作用（Kessler和Kleeman，2000; Marshall等，2016）。此外，MJO在厄尔尼诺事件的进一步向东延伸到中太平洋，这与下面更暖的海温（Kessler，2001; Tam和Lau，2005）相联系。进一步的研究表明，MJO的生命周期还取决于ENSO的状态：在厄尔尼诺期间，MJO能更快得传播穿过海平面和西太平洋（Pohl和Matthews，2007）。

近年来，一种不同类型的厄尔尼诺被广泛讨论，其特点是中太平洋异常的暖海温（Larkin和Harrison，2005; Ashok等，2007）。这个现象有很多描述，比如“dateline El Nitilde;no”（Larkin和Harrison，2005），“El Nitilde;no Modoki”（Ashok等，2007）和“central Pacific El Nitilde;no ”（Kao和Yu，2009）。在这项研究中，我们将厄尔尼诺事件的两种类型分别命名为“东部型厄尔尼诺”（EP El Nitilde;no）和“中部型厄尔尼诺”（CP El Nitilde;no）。在EP El Ni~no期间，海表面温度，降水和风场异常均呈现偶极型;而在CP El Nitilde;no期间，它们都表现出三极模式（Ashok等，2007; Weng等，2007; Kao和Yu，2009）。值得注意的是，一些研究对CP El Nitilde;no事件的独立性提出质疑（Trenberth和Stepaniak，2001; Trenberth等，2002）。然而，两种类型的厄尔尼诺看起来似乎通过遥相关于区域气候和全球气候，并产生不同的影响（Larkin和Harrison，2005; Feng和Li，2011; Chen等，2014）。此外，最近的研究表明，与EP El Nitilde;no事件相比，自上世纪90年代以来，CP El Nitilde;no事件更频繁（Yeh等，2009; Zhang等，2011） 。有研究甚至认为，21世纪 CP El Nitilde;no事件的频率将持续增加（Kim和Yu，2012）。因此，有必要研究MJO对两类厄尔尼诺事件的不同反应。

然而，迄今为止，尽管许多研究考察了MJO和ENSO之间的相互作用，但很少有研究比较两种厄尔尼诺事件之间的MJO活动。Hendon等人（1999）表明，强MJO活动伴随着CP El Nitilde;no等海温异常模式。 Gushchina和Dewitte（2012）表明，MJO在EP El Nitilde;no高峰之前得到加强，而在CP El Nitilde;no成熟和衰减阶段才加强。袁等人（2015）进一步显示了两类厄尔尼诺事件中MJO动能的季节变化。然而，这些研究主要集中在比较两类厄尔尼诺演化过程中的MJO强度。目前还不清楚两种类型的厄尔尼诺现象是否同时对MJO有不同的影响—不仅是MJO的强度，而且还有其东传。此外，前期研究普遍使用850 hPa的纬向风来描述MJO，这可能受到下垫面的大幅度限制。

本研究的目的是探讨MJO的活动（包括强度，东传和活跃阶段）是否与两种不同类型的厄尔尼诺事件的背景不同有关。由于最活跃的MJO事件发生在12 - 2月（Wheeler和Hen-don，2004），我们专注于研究这个季节，即北方冬季的差异。我们用OLR和200 hPa速度势来代替850 hPa纬向风描述MJO。本文的其余部分组织如下：第2部分描述了在这项工作中使用的数据集和方法。第三部分介绍了两种厄尔尼诺冬季对MJO强度的影响。第四部分比较了MJO的东传过程，第五部分给出了结论。

2.研究资料和方法

2.1研究资料

本研究中使用的数据集包括：

（1）由NCEP提供的1979-2012年逐日再分析水平风资料（分辨率：2.5°times;2.5°）；

（2）由NOAA提供的1979-2012年每日OLR（水平分辨率：2.5°times;2.5°）；

（3）由NOAA提供的1979-2012年每月海温数据（分辨率：1°times;1°）；

（4）由澳大利亚气象局提供的1979-2012年实时多变量MJO（RMM）指数（Wheeler和Hendon，2004）（http://www.bom.gov.au/climate/mjo/graphics/rmm.74toRealtime .txt）。

本文中的冬季冬季定义为12月至2月。 为了简单起见，我们用12月份所在年来代表特定冬季的一年。 例如，“1979年的冬天”表示1979年12月到1980年2月这段时间。所有的日常数据每年处理365天，这意味着闰年的2月29日的数据被删除。

利用30-60天的经过滤后的OLR和200 hPa速度的潜在数据来描述MJO的空间格局，我们特定用这两个变量的方差来量化MJO的强度，用基于逐日OLR、200-hPa和850-hPa纬向风异常的多变量EOF分析得来的RMM指数描述传播位相。前两个EOF（RMM1和RMM2）的主导模式可绘制在相空间图上。它通常分为八个位相，每个位相对应于MJO生命周期的特定阶段。

2.2研究方法

为了区分两种厄尔尼诺事件期间MJO的特性，使用巴特沃斯带通滤波器和合成分析，并用F检验来计算方差异常组合的置信水平， 自由度是n -2，其中n是样本数。

参照以前的研究（例如Ashok等，2007; Weng等，2007），利用Ni~No3指数和El Ni~No Modoki指数（EMI）来区分EP El Ni~no和CP El Ni~No事件：Ni~No3指数定义为赤道东太平洋[（5°S-5°N，150°-90°W）]异常海温的平均值; 且

其中SSTAC，SSTAE和SSTAW分别代表中太平洋[（10°S-10°N，165°E-140°W）]、东太平洋[（15°S-5°） N，110°〜70°W）]和西太平洋[（10°S-20°N，125°〜145°E）]的海表面温度。

图1给出了1979〜2011年北方冬季标准化后的Ni〜No3指数和EMI指数。当Ni〜No3指数（EMI）大于或等于一个标准偏差时，定义为典型的EP（CP）El Ni~No事件，这在图1中用虚线表示。有两年（1991年和2009年）符合这两个指数的标准，因此在本研究中没有考虑到它们。 根据上述标准，有三个EP ElNintilde;o年（1982,1986和1997年）和四个CP ElNintilde;o年（1990年，1994年，2002年和2004年）。

图1. 北方冬季标准化后的Ni〜No3指数（黑线）和EMI（红线）平均值

3.两类厄尔尼诺事件期间MJO强度的比较

为了量化MJO强度，Straub（2013）推广了三类指标 - 云量，动力以及组合云量和动力。在这项研究中，我们利用OLR数据作为云量指数和对流层上层风向作为动力指数来探索MJO对两类厄尔尼诺事件的响应差异。通过计算热带地区30-60天OLR和200 hPa速度势的变化来确定MJO强度。

图2显示了两类厄尔尼诺冬季30-60天OLR的方差异常分布以及1和2℃等高线表示的海温距平异常，同时还介绍了EP El Nitilde;no和CP El Nitilde;no冬季之间的差异。在EP El Nitilde;no冬季（图2a）中，日界线以西（包括印度洋和西太平洋）出现负方差异常，正方差异常出现在日界线以东。负中心位于海平面，而正中心位于中太平洋（接近130°W），这与Hendon等（1999年）的结果一致。相反，对于CP El Nitilde;no冬季（图2b），海平面西部和日界线附近的中部太平洋出现正异常。此外，这两种类型的厄尔尼诺现象中，异常暖海温对应于异常增强的MJO对流。 EP和CP El Nitilde;no事件之间的差异（图2c）在热带东印度洋至西太平洋为显著负值，超过了99％的置信水平。因此，可以得出结论：热带东印度洋至西太平洋30-60天OLR的强度在EP El Nitilde;no冬季较弱，而在CP El Nitilde;no冬季较强。

图2. （a）EP El Nitilde;no冬季和（b）CP El Nitilde;no冬季30-60天OLR方差（单位：w2 m-4;彩色阴影）和海表面温度（单位：℃；红色圆圈）的组合异常，以及（c）EP和CP El Nitilde;no年冬季30-60天OLR方差的差异（原点表示在99%置信水平下游统计学意义的地区）

图3显示了两类厄尔尼诺冬季期间200 hPa 30-60天速度势的方差异常。在EP El Nitilde;no冬季（图3a），几乎整个热带地区都出现了负的方差异常，最强的负中心位于印度洋东部。 然而，当CP El Nitilde;no发生时（图3b），热带海洋出现了三个正异常中心异常。最强的两个中心分别位于东印度洋和西太平洋，同时也可以看到热带中北太平洋弱负异常。两类厄尔尼诺冬季期间30-60天速度势显著差异可以在东印度洋和西太平洋地区看出（图3c）。 由此。可以得出同样的结论，即30-60天的速度势在EP El Nitilde;no冬季期间减弱，并且在CP El Nitilde;no冬季期间得到加强。

图3.与图2类似，但是为200hpa的速度势（单位：10^minus;12 m⁴ s^minus;2)

4.两类厄尔尼诺事件期间的MJO传播过程比较

4.1 MJO的东移程度

一般而言，MJO相关对流出现在热带西印度洋上空，然后在海平面上减弱，再次在西太平洋上加强，最终在日界线上迅速消亡（例如，Madden和Julian，1971；Yuan et al.，2014年）。

为了解这两类厄尔尼诺事件对MJO相关对流东移的影响，根据RMM指数，图4和图5展示出8个MJO位相和30-60天OLR的合成模式。这两类厄尔尼诺事件之间MJO的强度和传播是非常不同的。在EP El Nitilde;no冬季（图4），MJO出现在热带东印度洋上，然后从海平面发展到西太平

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