东亚冬季风的异常活动与热带太平洋海温异常外文翻译资料

 2022-11-26 19:56:20

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东亚冬季风的异常活动与热带太平洋海温异常

BUEH Cholaw and JI Liren

中国科学研究院，大气物理研究所，LASG，中国，北京，100029

摘要：东亚冬季风（EAWM）活动异常与热带太平洋表层海温异常的之间的关系，使用40年的整合的结果IAP CGCMl模型和10年的观测数据。在强的EAWM年,中西太平洋海温异常较高。在东亚冬季风年时，SSTA模式是相当不同的，且呈现出了类似于厄尔尼诺的SST异常。强的EAWM活动会产生新增的偏东风的暖湿气流并伴有西风流在赤道太平洋西部和中部地区, 从而导致辐合和对流的增强，在这一地区是有利于这种SSTA的维持和发展的模式。另一方面暖的SST在西部和中部太平洋海温异常强迫,可能会导致一个特定的北方温带大气模式,有利于强EAWM活动。热带太平洋SSTA模式与强EAWM活动密切相关的有显著不同在拉尼娜年。

关键词:东亚冬季风、海气耦合模式、热带太平洋、SSTA综合分析。

东亚温带冬季风(以下EAWM)的循环是北半球大气循环的一个重要的组成部分。中国的研究人员在此之前就意识到影响热带太平洋海温异常对EAWM活动。李:指出在厄尔尼诺年, 温暖的东太平洋海温异常增强了中纬度西风带，同冷海温异常西太平洋产生极锋在东亚的北侧,因此不利于爆发遍及东亚的寒潮。通过数值实验，Chen已经证实在东亚表层温度在厄尔尼诺年比正常年温暖。Ji认为异常流型的北方高纬度地区受迫于赤道西太平洋的海温异常温暖和寒冷的赤道东太平洋的异常是有利于增强EAWM活动。最近研究证明三个海气耦合机制使用聚类分析,发现第三个耦合具有强烈的EAWM活动和seesaw-type(西部较温和东部较冷)的特点的热带太平洋海温异常。例如海温异常,但显著的不同与拉尼娜事件。以前的研究主要强调ENS0事件对于EAWM活动的影响, 以及尚未证明的异常海温与EAWM紧密相关。在这个文章中,我们努力证明热带太平洋海温异常与EAWM活动的关系，并且使用40年的结果整合IAP CGCMl模型和10年的观测数据。

  1. 耦合模式的简要描述

IAP CGCMl(耦合海气模型)是在两个模型的基础上开发的,即IAP AGCM(ML2)和IAP OGCM(MI4)。IAP CGCMl的耦合方案是遵循: 在海气界面、热量和动量海洋和大气之间的交互的一个非耦合的方式。这样做是为了消除海洋模式与大气模式之间的差异性,有利于减少气候漂移。集成的时间步长为耦合模型中一个月,以消除在海洋大气流动中的罗斯贝波的影响。但这种方法可能导致两者之间的不同性的子系统。为了解决这个问题,使用了一个预估-校正技术。它包含了下面三个子步骤:(i)集成式的海洋模式对于一个月的大气模式的波动去发现一个推论从而预测海洋的状态;(Ⅱ) 整合一个月的大气模式与当前月海温异常，预测大气在当前月的状态(Ⅲ)复集成化的海洋模型对于当前月通过与新获得第二步子通量异常，纠正其当前月的海洋状态。被观察到的海温的边界条件在北北冰洋。IAP CGCMl 已经集成了40年时间。其基本的气候状态是合理的,没有明显的气候漂移。这种耦合的模型显示了显著的年际变化和成功地模拟了ENS0现，北大西洋涛动和五个典型的温度和降水特征，季风气候地区(沙漠地区,平原地区地区,等等)。此外,IAP CGCMl即可产生东亚地区每年所分配模式的平均地表气温和降水。

2．综合分析

使用复相关技术讨论热带太平洋SST异常结果与EAWM活动异常之间的关系的基础上，用40年IAP CGCMl模型的集成。首先,一些客观标准或指标要求确定强弱EAWM年。有许多气象要素反映EAWM强度的活动,如表面温度,东亚地区的陆压差,对流层上层的中纬度发展的关键地区等等。因此，气象工作者,定义了许多EAWM指数。一方面,它反映了EAWM系统的多功能性;另一方面,需要有存在定义困难的部分则普遍接受EAWM指数。一些在这一领域的研究表明,所有EAWM指数不响应相同甚至一个冬天一次寒冷空气过程，有时其飙升过程和差异是显著的。所以,识别一个索引反映的范围和程度的影响EAWM活动和一些相关的交互是不容易的。中国气象工作者发现长时间的调查和预测实践是有效的选择一个能够直接代表并参考其它相关元素的季风指数和EAWM活动的主要影响因素。在这里,我们只使用区域的面积，这意味着V分量风速在亚洲东部沿海(110°-125°E,10°-30°N)在的冬天(DJF)如同EAWM指数一样。在这一方面指数的绝对值大于一个标准差, 我们选择8为强EAWM年(模型的数字年分别为6、9、11、14、18、22、27和33)和9为弱EAWM年(模型的数字年分别为8、12、16、20、24、26、30、35、39)从40年集成IAP CGCMl模型的结果来看。以下讨论基于上述异常综合结果。

（图1所示。辐合异常热带太平洋SST(DJF)(a)强EAWM年,(b)弱EAWM年。(c)为不同的(a)和(b)的区别。单位:“E。）

图1显示了热带太平洋SSTA模式(DJF)的强和弱EAWM辐合过程以及它们之间不同。从(图1,(c)),可以清楚地看到,太平洋西部和中部是正异常，而在东太平洋则是负异常，对应强烈的EAWM而成的。暖区在西太平洋和东太平洋冷异常强度基本相等。弱的EAWM辐合结果是具有一定程度的不同的强的分布的组合，并显示出了类厄尔尼诺的SSTA模式。表层风的异常和散度区域(DJF)的两个特殊的EAWM辐合结果分别如(图2)和(图3)所示。强的EAWM辐合,显著特点是增强了哈德莱环流在赤道地区东亚地区沿海地区以及太平洋地区的沃克环流,并且产生了一个新增的气旋，融合在西太平洋地区。弱的辐合的情况则是完全不同的,其情况正相反。强EAWM活动往往会产生额外的东风气流并有额外的越赤道的西风流，从而导致辐合性和对流性的增强。在正SSTA以西的地区西部和中部太平洋这个地区,有利于维持和发展这种SSTA的模式。这是与图1的情况相同的。图4显示了异常500hPa高度场的辐合(DJF)。

在强EAWM辐合中, 负异常区出现在东亚大槽地区和南支部分，包括东亚槽的增强和南伸。与此同时,强波动异常在乌拉尔地区和北美西海岸出现，这意味着脊在这两个地区是发展的。例如一个异常的环流场的上层仅仅代表了强EAWM活动的典型特征。Ji研究表明，对流的强化对流在太平洋西部和中部的强迫作用,导致了一个特定的形势的北方温带大气,这是有利的于强EAWM活动。最近的一项研究验证了SSTA强迫的数值实验(图1(c))的增强有利于EAWM活动并导致500 hPa高度场异常（(图4)c);另一方面,异常强EAWM活动将同样强迫生产热带太平洋海温异常(图1(c))。例如一个两种模式相互作用会导致有效的反馈过程以及进入一个自我维持的模式。因此,可以认为,热带太平洋SST 异常(图1(c))或如(图1(a))与强EAWM活动密切相关。

（图2所示。异常的表面风综合图(DJF)(a)强烈EAWM年,(b)弱EAWM年,(c)图为(a)和(b)之间。单位:米/秒）

陆地表面温度场的异常组合(DJF)在中国分布情况如(图5)中。在强EAWM辐合中,大多数中国大陆被负异常包括,表明其温度比正常温度低。同的影响强烈EAWM活动将明显包括达到中央和中国东部。这与（图1）和（图4）相同,意味着EAWM指数的给之前的定义具有代表性。

3．观测分析

  1. 数据集，在这项研究中使用的数据集是由360 5天(每五为间隔)500hPa高度平均场,包括了10的冷性季节(11月到翌年4月)从1980年到1989年,以及热带太平洋SST每60月平均场对相同的年的冬季。前者从ECMWF数据分析和空间域(20 -70°N,0°-360°E),而后者是从COADS在(30°S-30°N,121° - 95°W)的范围。为了避免过多的计算负担,我们将原来ECMWF的数据分析转移到10“x 5”新网格点和COADS到8 x 4新网格点上。
  2. SVD分析，显著的耦合模态介于北半球大气高纬度500hPa高度场和热带SST场之间被认为通过奇异值分解（SVD）得到。奇异值分解是一个普遍的模式分辨方法，用于两个耦合模态之间的数据域。这个过程源于两个奇异向量和两个相关系数,并与之对应两个数据字域。SVD的空间结构模式说明了一对模式,每一个代表地理分布之间的时间相关性联系介于本地数据和网格点的扩张在其他地区。这些模式被称为异相关性图。两者之间的耦合强度数据域表示由两个方式,即总协方差的平方的分数介于两个数据域(SCF)和时间相关系数介于两者之间的展开系数(R)的计算模式的问题。接下来一点对于我们的SVD分析需要被注意的是 i）包括500hPa平均高度场和热带SST在30 每2月来自先前描述的数据集；Ⅱ）对于这些场，气候学倾向于冷海域被远离；Ⅲ）两个场已经标准化用于同一标准偏差在执行SVD分析之前。

（图5 介于强和弱EAWM之间不同表面温度（DJF）的异常现象分布于东亚，单位°C）

现在我们将讨论温带500 hPa高度之间的关系与热带SST 场使用奇异值分解方法。异构相关模式对于第一模态的分布在（图6）中。这种模式解释了大约32%的方差(SCF是0.32)并且其相关系数,R,在展开系数之间为0.76。这一模态在500hPa高度上半部的显著的投影模式在PNA模式有证明模式通过Wallace和Gutzlar研究,虽然较低的模式类似于对海温ENS0模式集。这组模式基本上是相同的Lau和Nath的主要模式相类似。一个异相关系数有效措施模式的意义是被给予通过综合场的变化摩擦。在这种模式下,500hPa高度和热带SST的VARF值为8.4%和9.4%。特别是第一个模态占总方差的17%，在500hPa高度场和热带海温场的总方差为18.8%。第一个模态显示相当大的意义的方式，其主要特点是在ENS0集之间的联系和伴随的PNA模式之间以及在北方太平洋/北美地区。

(图6异相关联模式模式对应SVD第一模态，(a)图在500hPa高度的北方温带半球和(b)图，在冬季的热带太平洋SST场。)

第二个模态的异相关联如（图7）所示。在这种模式下,SCF和R分别达到18%和0.86,也具有一定显著性。我们首先描述的主要特征模式的上对应500hPa高度场主要特征。具有促进的展开系数,位于两个脊在乌拉尔地区和北美西海岸发展和都合并建立了极地高压之中。极地高压的南部的东亚槽是增强和向南延伸。特别是南北偶极结构，这种模式让人想起东亚季风活动在500 hPa高度冬季的流型较强的时期(或频繁)。同时,西部和中部太平洋海温模式主要是正的(温暖)异常,当它是负的(冷)在东太平洋时。这些基本上是同综合分析耦合模型集成的结果。值得注意的是，在500hPa高度的方差解释在这个平均海温场的展开系数为11.5%，大于其第一个模态。因此认为冬季季风异常活动在东亚应该与海温场的模式密切相关。显然,获得的观测数据的结果支持的耦合模型的角度。

（图7，同图6，但表示SVD第二模态）

4．讨论与结论

许多研究表明,拉尼娜年EAWM活动加强。但一个强大的拉尼娜,并不意味着一个非常强大的LAWM活动。例如,1998 /1989年的情况是这样。值得注意的是热带太平洋SSTA的异常模式在强的EAWM年显著不同于拉尼娜年。拉尼娜年SSTA主要特征通过强和广泛寒冷异常东太平洋的关键区域(e . g。尼诺03区),而温暖的在西太平洋海温异常弱,而不是显著。完全不同的是,在强EAWM,温暖的西部和中部太平洋的海温异常强大、特征明显,而东太平洋的虚弱。热带SST对北方温带大气的响应，不仅是正负的分布异常,还有强和弱的异常区域分布也是很是重要的。

主要结论如下:在强的EAWM年,太平洋西部和中部是由正的海温异常，而东太平洋是负的。在弱EAWM年,SSTA模式完全不同,显示了厄尔尼诺SST异常。强EAWM活动会导致新增的偏东风气流和新增的偏西风暖湿气流的在SSTA的西部地区赤道太平洋西部和中部,从而导致辐合和对流的在这个地区流动增强,从而有利于维持和发展SSTA的模式。另一方面,在温带地区的西部和中部由于太平洋海温异常强迫,可能导致一个特定模态的北方温带大气,他是有利于强者EAWM活动。而拉尼娜现象时热带太平洋SSTA模式密切相关的强EAWM活动有显著不同的。

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