不等类型ENSO的气象影响和机理切磋获进展优德

日期:2019-06-29编辑作者:优德88手机版

El Niño作为全球最显著的年际变化信号,对全球气候和环境均有着重要影响。近年来,因其最大的年际异常信号主要集中在中太平洋区域,且出现频率明显增加,一种新的中太平洋型El Niño现象引起了广泛关注。过去研究主要集中在区分新的CP型El Niño事件与传统的东太平洋型El Niño事件对全球各个区域不同的影响,但是对于两类El Niño事件预测技巧存在的差异及其原因并未给出较好的解释。

ENSO是海气耦合系统中最强的年际变化信号,也是影响全球气候年际变化最重要的因子。但是长久以来的实践证明,基于ENSO的气候预测往往不一定成功,其中一个可能原因就是ENSO复杂性所导致的。

中国科学院大气物理研究所和解放军理工学院科研人员的最新研究揭示,尽管El Niño峰值期的类型与其相邻La Niña峰值期的类型之间没有必然联系,但El Niño的结束型与其相邻La Niña的开始型之间存在密切联系。这一成果发表在最新一期的Journal of Climate上。

中国科学院大气物理研究所研究员郑飞和美国加州大学欧文分校教授Jin-Yi Yu合作,基于大气所ENSO集合预测系统检验1950年以来的El Niño事件预测水平,发现两类El Niño事件在预测技巧上存在着明显差异,即系统对CP型El Niño事件的预测能力相比EP型事件明显偏弱。进一步的分析发现,CP型事件预测技巧偏弱有两个可能的制约原因:模型的预测偏差主要来源于其对CP型El Niño事件的预测;这一预测偏差主要体现为对CP型El Niño事件预测的春季暖偏差,同时也与CP型事件的“春季预报障碍”更严重紧密联系。

近十几年来,一些研究发现ENSO在空间形态以及时间演变上都呈现出不同以往的新特征,即热带中太平洋增暖型El Niño事件的发生频率明显增加;并且这种增暖事件对气候的影响与传统El Niño事件存在显著差别。中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心副研究员冯娟、研究员陈文、王林与香港城市大学和澳门气象局专家的合作研究,揭示出两种类型El Niño事件对东亚和东南亚冬季降水以及两类事件衰减期对中国降水的不同影响;并结合大气环流场和海温场及数值试验揭示出造成这些气候差异的成因。冯娟和陈文还进一步研究了热带中太平洋增暖型El Niño事件与东亚和西北太平洋夏季风关系受印度洋偶极子的调制及过程。这些研究发表后得到国内外学者的广泛关注。

一般认为,El Niño有两种类型,即东太平洋型和中太平洋型,这主要是针对其成熟期而言。然而,由于对El Niño事件的定义不同以及所选取的成熟期季节不同,前人对历史ENSO事件类型的划分存在较大差别。至于La Niña是否存在两种类型,也存在一定争议。此外,关于相邻El Nino和La Nina事件之间存在何种关联,也有不同观点。

该成果于发表于《大气科学进展》。

最近,季风系统研究中心的陈尚锋、陈文与北京城市气象研究所宋林烨及大气所陈晓龙,针对两类La Niña事件(指东太平洋型和中太平洋型La Niña,以下简称EP和CP La Niña)对澳大利亚夏季降水的影响开展研究,揭示出影响的显著差异。当发生CP La Niña时,最大SST冷异常中心位于150W以西,澳大利亚东北部有显著的东北风异常,有利于暖湿气流从热带地区向澳洲大陆输送,从而导致澳大利亚北部和东部降水显著偏多。但当发生EP La Niña时,最大SST冷异常中心位于150W以东,此时大气环流异常偏弱,澳大利亚降水无显著的异常信号。两类La Niña事件对降水影响的差异主要是由于大气环流异常的不同所造成。CP La Niña时热带太平洋大气环流异常的强度比EP La Niña时要强,同时位置更加偏西。赤道西太平洋气候态SST高于赤道东太平洋,同时CP La Niña时SST冷异常中心振幅更大、位置更偏西可能是导致大气环流异常不同的主要原因。大气环流模式试验结果证实了观测结果。该成果被澳大利亚能源和水交换研究组织评为研究亮点进行了报道。

该研究探索了对ENSO事件的新定义,并通过一种新的聚类分析方法——自组织神经网络,对ENSO事件开始、峰值和结束三个阶段的类型进行了科学划分。结果显示,El Niño以及La Niña的开始型和结束型都可划分为EP型和CP型,El Niño的峰值型主要有EP型,EP-like型和CP型,而La Niña的峰值型则主要有EP型和混合型。

论文链接

此外,季风系统研究中心的丁硕毅、陈文、冯娟与英国剑桥大学荣誉退休教授Hans-F. Graf进一步研究了两类La Niña事件和太平洋年代际振荡对欧洲冬季气候异常的协同影响。当PDO处于负位相时,两类La Niña事件往往会导致北大西洋振荡的异常,且NAO的位相相反。CP La Niña引起明显的NAO的正异常,导致欧洲地表温度偏暖以及北湿南干的降水偶极子异常;而EP La Niña对应着NAO的正异常,导致大致相反的气候异常。NAO异常的形成与源自北太平洋的波列的传播有关,波列传播的不同则与CP La Niña和EP La Niña相联系的海温异常引起的对流位置和强度以及北半球对流层高层西风基本态有关。

进一步的分析表明,El Niño的峰值型和La Niña的峰值型之间没有存在必然的联系,但La Niña的开始型却深受El Niño结束型所影响。也就是说,强的El Niño不一定能引发强的La Niña,但CP结束型的El Niño通常会引发EP开始型的La Niña,而EP结束型的El Niño则通常会引发CP开始型的La Niña。反过来,La Niña的结束型也对其后发生的El Niño开始型有一定影响。此外,EP开始型的El Niño绝大多数都是由La Niña转换而来,而CP开始型El Niño则相对比较独立。

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两类La Niña事件对澳大利亚和欧洲气候异常的影响和机制可以用示意图3来表示。上述研究得到首批启动的国家重点研发计划项目(2016YFA0600600)“全球变暖背景下热带关键区海气相互作用及其对东亚夏季风气候的影响研究”和自然基金重点项目“全球变暖背景下两类太平洋增温型对东亚冬、夏季风和台风活动的影响及其机理”等的资助。

论文信息:Xin Li, Chongyin Li, Jian Ling, and Yanke Tan, 2015: The Relationship between Contiguous El Niño and La Niña Revealed by Self-Organizing Maps. J. Climate,28, 8118–8134.

图1. 两类El Niño事件预测技巧差异比较,CP型事件预测技巧明显弱于EP型事件。

论文信息:

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Ding, S., W. Chen, J. Feng, and H. F. Graf, 2017: Combined impacts of PDO and two types of La Niña on climate anomalies in Europe. 优德88手机版,J. Climate, 30, 3253-3278, DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0376.1.

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图2. 两类El Niño事件预测偏差随预测时效的演变,系统的预测偏差主要集中在春季对CP型El Niño事件的预测。

Song, L., S. Chen, W. Chen, and X. Chen, 2017: Distinct Impacts of Two Types of La Niña events on Australian Summer Rainfall. Int. J. Climatol., 37: 2532–2544. doi: 10.1002/joc.4863.

1951-2011历次ENSO事件各相位阶段海表温度空间分布的类型划分。第1行到第3行分别是历次El Nino事件开始、峰值、结束阶段的分类结果;第4行到第6行分别是La Nina事件开始、峰值、结束阶段的分类结果。同一个事件的三个相位阶段用虚线连接,有多个峰值的El Nino和La Nina事件,其主峰都加了圆圈标识。

Feng, J., and W. Chen, 2014: Influence of the IOD on the relationship between El Niño Modoki and the East Asian-western North Pacific summer monsoon. Int. J. Climatol., 34, 1729-1736, DOI: 10.1002/joc.3790.

Feng, J., W. Chen, C.-Y. Tam, and W. Zhou, 2011: Different impacts of El Niño and El Niño Modoki on China rainfall in the decaying phases. Int. J. Climatol., 31, 2091-2101.

Feng, J., L. Wang, W. Chen, S. K. Fong, and K. C. Leong, 2010: Different impacts of two types of Pacific Ocean warming on Southeast Asian rainfall during boreal winter. J. Geophys. Res., 115, D24122, doi:10.1029/2010JD014761.

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图1. 两类La Niña事件澳大利亚夏季降水(unit: mm day-1)合成图。降水资料来自AWAP 和UD。

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图2. 合成的欧洲冬季地表温度异常和降水异常和为CP-/PDO-事件合成结果,为EP-/PDO-事件合成结果。

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图3. 两类La Niña事件下海表面温度与大气环流异常,及其引起的澳大利亚夏季降水(unit: mm day-1)与欧洲冬季降水(unit: mm day-1)、温度异常的示意图。填色代表海表面和地表温度异常,红异常。打点代表陆地降水异常,绿。H代表对流层高层的高压异常。箭头代表低层风场的方向。海温资料来自哈德莱中心,降水、温度资料来自特拉华大学。

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