近60年印太海溫分布特征及其對環流場的影響

■徐　冰(中國民用航空西北地區空中交通管理局陜西西安710082)

近60年印太海溫分布特征及其對環流場的影響

■徐冰
(中國民用航空西北地區空中交通管理局陜西西安710082)

本文利用1950-2009年(60年)30°S-30°N,40°E-80°W的逐月海表溫度場（SST）資料來分析印太海區海溫距平分布、各個海區的時間距平序列及其與相應SOI（南方濤動指數）、IOD指數的相關關系，確定印太海區近60年來的海溫分布特征，以及海溫變化與厄爾尼諾和拉尼娜事件的聯系。海表溫度的異常變化是厄爾尼諾和拉尼娜事件的主要指示因子之一，可表征海溫的年際變化特征。印太海區的海溫距平分布能反映厄爾尼諾和拉尼娜事件出現時期的海溫異常，通過正負海溫距平可以判斷出兩個事件發生時各個海區的響應情況，通過分析得到與ENSO事件相關性最好的一個海區，對其進行研究，對于今后預報兩大事件的發生將有重要指導意義。海平面溫度變化的大體趨勢可以通過SST資料加以處理分析得到，通過近60年印太海溫分布可以看出厄爾尼諾和拉尼娜事件發生的年份分布，進而可得到其發生的周期，通過利用與SOI或IOD指數具有較好相關性海區的高度場及風場資料進行合成，分析厄爾尼諾或拉尼娜發生時的高度場和風場異常。

海溫異常合成異常

1　引言

歷史上發生的最嚴重的幾次厄爾尼諾和拉尼娜事件給全球許多區域都造成了巨大災難，例如，1972-1973年秘魯漁業資源驟減；1994-1995年美國洪水和暴風；2002-2003年澳大利亞干旱；1988-1989年，1998-2001年發生了強烈的拉尼娜事件，令太平洋東部至中部的海水溫度比正常偏低1-2℃。

SSTA的異常變化是厄爾尼諾事件的主要指示因子之一。由于Nino3區位于赤道太平洋中部,該區的厄爾尼諾信號最為突出,所以Nino3區的狀況可能是反映對全球氣候影響的最佳指標。目前,大多采用Nino 3區SSTA來確定厄爾尼諾和拉尼娜事件的發生、發展和結束時間以及事件強度的定義，而Nino3.4區SSTA的變化也有較好的參考價值。通常規定SSTA≥0.5℃(或≤-0.5℃),且時間長度達到2個季度以上(其中允許中斷1個月),即可定義一次厄爾尼諾或拉尼娜事件。

研究表明，夏季暖池SSTA具有整體一致性分布和南北區域的反對稱分布兩種空間分布型；典型的厄爾尼諾或拉尼娜型態,主要表現在西風漂流區海溫距平與赤道東太平洋海溫距平符號相反,即兩區域海溫為顯著的負相關；北太平洋海表溫度不僅有周期為3-6年的年際變化，還疊加周期為10年、20年的年代際變化。

2　印太海區海溫異常時間分布

為了研究印太海區的海溫異常分布情況，現選取兩個大洋中七個具有代表性的局部海區進行分區域研究，從而選擇其中最具有代表性的海區。將七個海區60年海溫資料做逐月距平處理，再做季節平均，得到各區季節性海溫異常隨時間的變化情況?？梢缘弥?，夏季和冬季波動較大，海溫的異常變化最明顯，故選擇夏冬兩季作為之后討論的代表時次。

分析得出，Nino1+2區，Nino3區，Nino4區，Nino3.4區這四個Nino海區的海溫距平隨時間的年際變化不明顯，峰谷值基本不隨時間變化。西太平洋暖池、東南印度洋、西北印度洋具有明顯的周期性，大約每隔14年出現一次極端偏暖或偏冷事件，說明這三個海區具有較好的一致性。

將逐月海溫資料做逐年平均處理，得到逐年距平—時間指數序列圖。結果與海溫異常隨時間的變化情況基本一致，西太平洋暖池區正距平平均值呈逐年遞增趨勢，負距平平均值呈逐年減少趨勢，曲線的峰谷均逐年升高，但西太平洋暖池的正負距平都不如其他五個區域顯著。西北印度洋的正負距平整體大于東南印度洋，且兩區域之間有較多相同海溫距平增減的年份。將西北印度洋指數與東南印度洋指數相減，得到IOD指數。

將七個具有代表性海區1950-2009年時間—海溫距平指數序列與相應的SOI做相關性分析，Nino海區與SOI有較好的相關性，得到相關系數最大的海區為Nino3.4區（5°S-5°N,120°W-170° W），達-0.72，Nino3和Nino4的相關系數也較大，本文選取Nino3.4區的要素場進行相關研究。

將Nino3.4區海溫距平時間序列標準化之后，分別選取10個夏冬季峰谷值異常年份（大于或小于一個標準差）作為研究對象，分析厄爾尼諾和拉尼娜發生時風場、高度場異常。

3　高度場異常的空間分布

由于南方濤動和厄爾尼諾現象幾乎同時發生，所以SOI可以用來衡量厄爾尼諾現象。Nino3.4區指數與SOI相關性最好，說明Nino3.4區也能較好的反映厄爾尼諾發生時要素場的異常，分別用這一區500hPa、850hPa高度場和風場，將選出的十組峰谷時次的高度場、風場進行合成，通過t檢驗，得到相應層次峰谷時次的合成圖。

3.1夏季高度場的異常分布

分析十組峰谷時次的500hPa夏季高度場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，在阿拉伯海、中國南方至東南亞地區、西太平洋地區為明顯負變高，在日本以東為較明顯正變高。對比60年夏季500hPa高度平均場可以看出，中國南方為弱脊，負變高使弱脊更弱；東南亞以及西太平洋處在西太平洋副熱帶高壓控制區，負變高使得副高減弱；日本以東為槽區，正變高使得槽減弱。海溫異常偏低時，阿拉伯海、中國南方以及墨西哥灣地區為正變高，其余大部份地區均為負變高，其中北太平洋中部、日本東南部以及整個南半球非常顯著，這與海溫異常偏高年份有著明顯反相位差別，使得中國南方的弱脊增強，日本以東的槽加深，北太平洋中部的槽加深，墨西哥地區的弱脊增強。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，在印度半島西南沿海、中國南方至中南半島、赤道以北西太平洋以及墨西哥地區為明顯的負變高，在日本以東以及東南亞為較明顯的正變高。對比60年夏季850hPa高度平均場可以看出，負變高使得西太副高減弱南退，也使得東太平洋副高減弱南退；日本以東為槽區，正變高使得槽減弱，也使得西太副高西伸至東南亞。海溫異常偏低時，印度東部、澳大利亞北部、澳大利亞以西至非洲大陸以及南美以西海域為較明顯的負變高，正變高只存在于中國南方、赤道以北西太平洋以及墨西哥地區，這與海溫異常偏高年份有著明顯反相位差別，使得印度東部低壓加強，阿拉伯海低壓加強，西太副高強度增強且北上，東太平洋副高北上增強。

3.2冬季高度場的異常分布

分析十組峰谷時次的500hPa冬季高度場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，南半球基本均為正變高，北半球西太平洋和墨西哥以東海域為明顯正變高中心，阿拉伯半島南部和赤道以北太平洋中部至東亞以及墨西哥附近為負變高明顯區域。對比60年冬季500hPa高度平均場可以看出，負變高使得北太平洋中部脊減弱，墨西哥東部脊減弱；正變高使墨西哥西岸槽減弱，東亞大槽的南段也有所減弱。海溫異常偏低時，南半球基本均為明顯負變高，北半球除了在阿拉伯海-印度洋-南亞區域為負變高，其余均為正變高，其中在赤道以北西太平洋以及墨西哥灣地區為明顯正中心，這與海溫異常偏高年份有著明顯反相位差別，會使得北太平洋中部的脊西移并加強，北美東岸的槽減弱，墨西哥灣地區的脊加強，負變高則會使東亞大槽南段稍有加深。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，東南亞、赤道西太平洋以及墨西哥以東至南美沿岸為正變高中心，阿拉伯半島、印度半島及其以北為負變高，赤道以北太平洋中部也為負變高。對比60年冬季850hPa高度平均場可以看出，負變高使得印度半島高壓減弱，太平洋中部高壓減弱，亞歐大陸東岸槽加深且東移；正變高使東南亞地區高壓增強，澳大利亞高壓增強，東太平洋高壓增強。海溫異常偏低時，澳大利亞以東海域以及南美洲以東海域為明顯的負變高區，赤道以北太平洋從西向東呈現正負正的變高態勢，在墨西哥灣地區正變高非常顯著，這與海溫異常偏高年份有著明顯的反相位差別，正變高會使得亞歐大陸東岸槽減弱，北美東岸的槽減弱，墨西哥灣地區的脊加強，負變高則會使北太平洋中部的高壓脊減弱，東太平洋高壓減弱。

將Nino3.4指數分別與500hPa、850hPa高度場作相關，可知在低層850hPa整個印度洋及東南亞地區、南美洲西海岸呈顯著正相關分布；在赤道太平洋中部呈負相關分布。高層500hPa整個南半球呈現正相關，其中在印度洋與大洋洲以東海域最為顯著；負相關出現在赤道以北太平洋中西部區域。

4　風場異常的空間分布

以上分析可知，由于海溫異常分布可以造成高度場異常變化，下面再進一步分析風場異常。

4.1夏季風場的異常分布

分析峰谷值年500hPa夏季風場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，在阿拉伯海地區有一氣旋式環流，西風明顯增強；在整個東南亞地區有一明顯反氣旋式環流，在我國南海處的西風明顯加強；在赤道以北至30°N的西太平洋有一明顯氣旋式環流；亞澳分界線上為西風加強；南北美洲分界處也為一西風加強區；馬達加斯加島中部為顯著東風加強區。對比60年夏季500hPa平均風場圖可看出，峰值年份阿拉伯海20°N西風減弱，東南亞反氣旋環流明顯增強，北半球西太平洋東西風帶風力減小，經向風增強，墨西哥灣西風漸弱，秘魯沿岸西風增強，亞澳分界上東風帶減弱，馬達加斯加島中北部西風減弱。海溫異常偏低時，索馬里至亞丁灣為一反氣旋環流；我國東南海域北風明顯加強；西太平洋為一反氣旋式環流區；赤道以北太平洋中部南風加強；墨西哥北部為反氣旋式環流加強，南部氣旋式環流加強；秘魯沿岸東風加強，這與峰值年的合成圖存在明顯差別，使得索馬里地區反氣旋加強，南海西風帶減弱，秘魯沿岸西風減弱，亞澳分界上東風明顯加強。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，在索馬里東部海域西風明顯增強；印度半島以南赤道海域西風增強；在整個東南亞地區有一明顯反氣旋式環流；我國南方的東風明顯加強；在赤道以北西太平洋有一明顯氣旋式環流；菲律賓與新幾內亞之間海域（赤道暖池）西風增強；墨西哥南部海域西風加強；秘魯西側海域西風增強；亞澳分界線上西風加強。對比60年夏季500hPa平均風場圖可看出，峰值年份索馬里南部海域西風減弱，東南亞反氣旋環流明顯增強，北半球西太平洋東西風帶風力減小，經向風增強；赤道暖池東風減弱，秘魯沿岸東風減弱。海溫異常偏低時，阿拉伯海北部東風增強；馬達加斯加島北風增強；東南亞氣旋式環流加強；澳大利亞北部東風增強顯著；墨西哥地區為反氣旋式環流加強；南美秘魯西岸西風加強，這與峰值年的合成圖存在明顯反相位差別，谷值年份索馬里南部海域西風減弱，東南亞反氣旋環流減弱；赤道暖池東風加強，墨西哥地區反氣旋加強，秘魯沿岸東風加強。

4.2冬季風場的異常分布

分析峰谷值年500hPa冬季風場的距平合成圖可知，海溫異常偏高時，索馬里附近西風增強，阿拉伯海北部大陸直至臺灣以東太平洋一帶有顯著西風增強；印度洋中部東風顯著加強；菲律賓以南海域東風增強；太平洋中部西風顯著增強，赤道以北太平洋中部南風增強，其東西兩側分別為反氣旋式環流加強和氣旋式環流加強區；墨西哥地區為氣旋加強區；秘魯西岸西風加強。對比60年來冬季500hPa平均風場圖可看出，峰值年份印度洋赤道西風帶加強，亞歐大陸副熱帶西風增強，印度洋中部東風加強，菲律賓以南海域西風減弱，赤道以北太平洋經向風加強，墨西哥灣西風減弱，秘魯西岸東風減弱。海溫異常偏低時，赤道印度洋東風顯著加強；印度半島及周圍東風加強；菲律賓南部及周圍海域北風加強，菲律賓以北東風加強；澳大利亞東北海域西風顯著加強；赤道太平洋為一顯著東風加強帶；墨西哥灣為反氣旋環流異常中心；秘魯以西海域東風加強。這與峰值年份風場的差異顯著，可以看出，當海溫異常偏低時，赤道印度洋一帶西風減弱，亞歐大陸中緯度西風漸弱，菲律賓群島經向風（北風）加強，菲律賓以北西風減弱，澳大利亞東北海域東風減弱，西北海域東風加強；赤道太平洋西風帶強度減弱，秘魯以西海域東風增強。

同上分析850hPa可知，海溫異常偏高時，在索馬里至馬來西亞西側的赤道附近西風明顯增強；阿拉伯海北側西風增強；南海海域南風增強；在赤道以北太平洋西部有一明顯反氣旋式環流，赤道暖池東風加強；墨西哥南部海域西風加強；秘魯西側海域東風增強；澳大利亞以東海域西風加強，以西海域東風加強。對比60年夏季850hPa平均風場圖可看出，峰值年份南半球熱帶印度洋東風減弱，北半球中緯度亞歐大陸西風增強，南海經向風（南風）加大，菲律賓以東太平洋西風減弱，赤道暖池東風增強，澳大利亞東西海岸風場均減弱，秘魯沿岸東風增強。海溫異常偏低時，印度洋中部西風增強；南海北風增強；赤道西太平洋為一氣旋式環流異常區；澳大利亞北部東風增強顯著；墨西哥灣反氣旋式環流加強；南美秘魯西岸西風加強，這與峰值年的合成圖存在明顯反相位差別，谷值年份印度洋中部西風加強，南海經向風（北風）加強，赤道西太平洋氣旋式環流加強，澳大利亞北部東風增強，南北美分界上西風漸弱，秘魯沿岸東風減弱。

5　SSTA分布

厄爾尼諾和拉尼娜事件發生時最明顯變化體現在海溫的異常冷暖，由海溫距平場合成圖可知，海溫異常主要體現在赤道中東太平洋(即Nino海區)，由之前分析可知，Nino3.4區變化最顯著，印度洋中部也有異常中心。

6　結論

通過對Nino3.4區的近60年海溫異常分布情況分析，得到十組峰谷值年份，對其要素場進行合成，可以大致分析出厄爾尼諾和拉尼娜發生時的要素場異常情況。

（1）夏季厄爾尼諾發生時，東太平洋海表溫度異常偏暖顯著，印度洋中部海域和西北印度洋也有增暖態勢。對應夏季500hPa、850hPa高度場和風場形勢見3.1、4.1分析結論。

（2）夏季拉尼娜發生時，中東太平洋均溫異常偏冷，赤道地區最為顯著，印度洋東南海域也有偏冷態勢。對應夏季500hPa、850hPa高度場和風場形勢與厄爾尼諾發生時有接近反相位的差異。

（3）冬季厄爾尼諾發生時，東太平洋海表溫度異常偏暖較夏季更為顯著，印度洋中部與南海有增暖態勢。對應夏季500hPa、850hPa高度場和風場形勢見3.2、4.2分析結論。

（4）冬季拉尼娜發生時，赤道太平洋表現出顯著偏冷態勢，在澳大利亞西北沿岸海域則表現出海溫異常偏暖，印度洋中部有偏冷態勢。對應夏季500hPa、850hPa高度場和風場形勢與厄爾尼諾現象發生時有接近反相位的差異。

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TV143+.2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-363-3

徐冰（1989～），女，助理工程師，研究方向為大氣科學、航空氣象預報。