2012年夏赤道東太平洋弱增暖過程分析

譚晶，姜華，黃勇勇，尹朝暉

（國家海洋環境預報中心，北京100081）

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2012年夏赤道東太平洋弱增暖過程分析

譚晶，姜華，黃勇勇，尹朝暉

（國家海洋環境預報中心，北京100081）

摘要：利用OISST海表溫度資料、GODAS次表層海溫資料、TAO實時觀測的熱帶緯向風和海表溫度資料分析了2012年夏赤道東太平洋弱增暖過程中赤道太平洋緯向風、赤道太平洋次表層海溫及熱含量發展的一些特點，并與El Nino事件時期這些要素的發展特點做對比，分析這次增暖過程沒有發展成為El Nino事件的原因，為今后的業務預報提供經驗。

關鍵詞：海表溫度；次表層海溫；增暖過程；El Nino；西風爆發；熱含量

1　引言

ENSO是地球氣候系統中最重要的年際振蕩，其表現為海表溫度（Sea Surface Temperature，SST）在熱帶東太平洋冷舌區域大范圍變暖的現象。ENSO是熱帶太平洋上大尺度海-氣相互作用的強烈體現，其對全球天氣和氣候變化具有重要影響，因此受到廣泛關注［1，2］。

ENSO的暖位相稱為El Nino。El Nino發生發展機理是El Nino研究中很重要的方面，國內外很多學者開展的一系列研究揭示了一些有意義的現象。研究表明：西太平洋暖池（warm pool）位于暖的狀態是El Nino事件發生必不可少的條件，只有西太平洋熱容量處于異常大的狀態時，才有可能發生El Nino事件［3-5］。但是有些年份西太平洋暖池溫度足夠高，熱容量足夠大，第二年卻不發生El Nino事件，說明西太平洋暖池的偏暖狀態是發生El Nino事件的必要條件，還必須要有大氣條件的配合，海氣必須作為一個系統來考慮。其實，關于El Nino的成因，人們較早就發現它與熱帶西風異常有關。Wyrtki［6］為此提出西風爆發的概念，認為El Nino是海洋對西風與信風張弛的響應；Rasmusson等［7］發現每次El Nino發生前冬春季西太平洋有西風異常，并激發東傳的Kelvin波，導致ElNino發生。Philander認為［8］，大約1—2周左右一定強度的赤道西太平洋西風爆發可引發El Nino，合成分析結果也表明：大范圍而穩定的西風異常伴隨El Nino從發生至消亡的整個過程［7］。我國科學家在赤道太平洋西風激發El Nino機理方面也做了大量研究。張人禾等［9］在研究赤道東太平洋混合層變厚機制時，強調了首先出現在西太平洋的緯向風應力異常及其東傳對El Nino的重要性。張韌［10］應用模糊系統理論這一數學方法檢測和證明了1970—1990年期間赤道太平洋西風異常在不同El Nino事件中的觸發作用和加強作用。王彰貴等［11］利用1980年以來赤道太平洋西風異常觀測資料，并利用POM海洋模式模擬了赤道太平洋海溫對不同類型西風異常的響應。分析表明：赤道太平洋上的西風異常可以引起赤道中東太平洋海溫升高，但是El Nino事件能否發生，則與西風異常的位置、強度和東移有關。陳幸榮等［12］利用最近20 a的大氣海洋資料，分析了El Nino事件與赤道太平洋西風異常以及赤道太平洋次表層海溫之間的關系。楊輝等［13］針對不同持續時間的El Nino事件，進行了大尺度大氣環流及其演變的合成分析研究，結果表明對于持續時間較長的El Nino事件，赤道太平洋異常西風維持的時間也較長。薛洪斌等［14］用海洋模式模擬和分析了西風異常對次表層海溫異常東傳并引發El Nino事件的觸發作用。研究表明El Nino與熱帶太平洋的西風爆發事件（Westerly Wind Burst Event，WWB）緊密相關，當WWB發生時，強烈的西風會拖曳西太平洋暖的海水向東移動，并逐漸向表層抬升，導致赤道東太平洋表層海水增溫，最終爆發El Nino。

2012年夏季在赤道東太平洋發生了一次弱增暖過程，赤道東太平洋Nino3區（90°—150°W，5°S—5°N）海溫距平指數在夏季的3個月均超過了0.5℃。國內外的一些預測機構從初夏就預測赤道中東太平洋進入El Nino狀態，并可能發展成為一次El Nino事件。但事實是這次過程在歷經3個月后夭折，僅是一次增暖過程。本文主要從這次過程之前赤道太平洋的緯向風場，過程中次表層海溫距平場的變化和熱含量場等有關El Nino發生發展的關鍵要素場的變化來分析這次過程沒有發展成El Nino事件的原因。

2　赤道太平洋異常海溫變化特征

2.1赤道太平洋月平均海表溫度距平變化

為了弄清2012年夏季熱帶中東太平洋增暖的整個過程，圖1給出了熱帶中東太平洋海表溫度距平5—10月逐月變化情況?？煽吹?012年5月在90°W以東的Nino1+2區首先開始出現了中心強度超過1℃的正海溫距平。到2012年6月正距平明顯的向西伸展，超過0.5℃的海溫正距平的西邊界已經達到150°W附近，形成了比較明顯的暖舌形態。2012年7月，超過0.5℃的正距平區的西邊界向東退縮，但南北方向上有了比較明顯的擴展，同時在赤道南美沿岸開始出現了很小范圍的負海溫距平。2012年8月，赤道東太平洋正海溫距平區南北范圍較7月明顯減小，向西移動，并且一個最明顯的變化是正距平中心的強度比7月份明顯減小，高于1℃的正距平區變得非常小。2012年9月，除了赤道以南的南美沿岸有高于0.5℃的正海溫距平區外，130°W以東的赤道東太平洋區基本沒有高于0.5℃的正海溫距平區，高于0.5℃的正海溫距平區西移到了150°W附近，并且與其西邊的赤道以南的正海溫距平區連成一片。2012年10月，120°W以東的赤道太平洋完全為負的海溫距平控制。從這次增暖過程赤道東太平洋的海溫變化看，類似于東部型El Nino事件的增暖形態，增暖首先從Nino1+2區開始，然后增暖區向西移動并發展。但這次增暖持續的時間不長，沒有形成一次El Nino事件。從Nino3區的海表溫度距平指數來看，2012年5月為0.15℃、6月為0.66℃，7月為0.92℃、8月為0.73℃、9月為0.43℃、10月為0.01℃，超過0.5℃的Nino3區海溫距平指數僅僅持續了3個月，而El Nino事件的標準是Nino3區海溫距平指數高于0.5℃持續半年或者以上（國家海洋環境預報中心對于El Nino事件的定義）。

2.2赤道太平洋月平均次表層海溫距平變化

赤道中東太平洋表層的海溫變化與次表層海溫的變化是密切相關的，ENSO暖事件或者冷事件發生前，赤道太平洋次表層海溫已經開始發生明顯的異常變化，并且這種變化伴隨著整個ENSO的循環過程，這就是對赤道太平洋次表層海溫的監測在ENSO監測和預測中起到極其重要作用的原因。圖2是2012年5—10月5°S—5°N太平洋平均溫度距平垂直剖面，它反映了對應于圖1的次表層異常海溫沿赤道的變化。可以看到：2012年5月份沿赤道太平洋次表層暖水主要堆積在赤道西太平洋暖池區，并且一直延伸到140°W附近，其最大異常暖水出現在次表層的100—200 m間，在赤道東太平洋135°W以東100 m以淺的次表層也有高于1℃的暖水，結合該月的表層海溫距平，在100°W以東的表層也開始有暖水出現。2012年6月，赤道西太平洋次表層暖水與上月相比非常穩定的維持在原來的位置和深度，但是赤道東太平洋次表層暖水的強度和體積卻有了一定的發展。反映在表層海溫，5月赤道東太平洋的暖水向西發展，形成了比較明顯的暖舌，也正是這個月Nino3區的海溫距平指數超過了0.5℃。2012年7月，赤道西太平洋次表層暖水依然穩定少動，且強度變化也不大，但赤道東太平洋次表層暖水繼續發展，體積的增大使得其和赤道西太平洋次表層的暖水連成一片，中心強度也有一定增強，達到3℃以上。反映在表層海溫上，這個月也是Nino3區海表溫度距平指數最大的一月，為0.93℃。8月份，赤道太平洋東、西邊的暖水均有一定幅度減弱，西太平洋暖水表現在體積和強度上，而東太平洋暖水主要表現在強度上。到了9月份，140°—160°W的100—200 m處發展起來的冷水將赤道東、西太平洋次表層的暖水阻隔開，使得兩邊暖水的強度和體積都大幅減小。從表層海溫看，9月Nino3區海溫距平指數明顯下降，已低于0.5℃。10月，冷水向東移動并向表層抬升，使得赤道東太平洋次表層暖水幾近消失，而赤道西太平洋暖水基本維持在原地。對應到表層海溫上，該月Nino3區海溫距平指數為0.01℃，本次弱增暖過程基本宣告結束。

圖1 2012年5—10月熱帶太平洋月平均海表溫度距平（圖a—f分別為5—10月）

圖2 2012年5—10月5°S—5°N太平洋平均溫度距平垂直剖面（圖a—f分別為5—10月）

3　2012年夏季增暖過程發展受阻原因分析

3.1赤道太平洋緯向風異常的影響

前人的研究得出，El Nino的發生不僅要有海洋條件的配合，即赤道西太平洋暖池區有足夠強的暖海水，大氣條件的配合也是必不可少的。研究表明：赤道西太平洋的西風爆發并持續東傳是El Nino事件爆發的必要條件。圖3是用TAO（Tropical Atmosphere Ocean Project）資料得到的2012年赤道太平洋緯向風時間-經度剖面。從圖中可以看到，2012年春夏季赤道西太平洋距平西風始終在170°W以西的赤道西太平洋區域，沒有發生明顯的東傳；與此同時，在150°W以東的赤道東太平洋，也有明顯的西風異常出現，此西風異?？赡苁菍е鲁嗟罇|太平洋夏季增暖的主要原因。較長時間持續的西風異常抑制了赤道東太平洋深層冷水的上翻，引起了局地增暖。但是這種局地的西風異常引起的局地增暖在維持時間上不及由于赤道西太平洋西風的爆發東傳引起的西太平洋暖池區暖水東移抬升引起的增暖，后者往往能造成El Nino事件，前者由于暖水的維持不足導致持續時間不夠長，所以往往只能引起赤道東太平洋局地的較短時間的增暖，而觸發不了El Nino事件。

3.2赤道太平洋次表層暖水的影響

由于這次增暖過程中，赤道西太平洋始終沒有較強的異常西風爆發及東傳，結合次表層暖水來看（見圖2），赤道西太平洋次表層暖水一直穩定少動，而El Nino事件中赤道西太平洋次表層暖水常常沿著溫躍層向東移動并向表層抬升［12］。從El Nino年合成的赤道太平洋次表層（0—300 m）海溫距平時間-經度剖面看（見圖4），El Nino事件發生年赤道西太平洋次表層暖水存在明顯的東移，引起赤道中東太平洋表層海溫增暖，當El Nino事件發生后，西太平洋暖池的次表層往往被溫度偏低的冷水所取代。2012年夏季赤道太平洋次表層海溫沒有這樣的變化特征，因此，2012年夏季赤道中東太平洋增暖是由局地的次表層暖水發展引起的。

3.3赤道中東太平洋次表層熱含量強度的變化

通過分析2000年后各次El Nino事件發生發展過程中100°—180°W赤道上層（0—300m）熱含量隨時間的變化可以看到（見圖5），El Nino事件時期，赤道中東太平洋次表層均有熱含量較強的正異常出現，雖然這幾次El Nino事件在歷史上只能算是中等或者中等偏弱的事件，但熱含量的峰值也會超過1℃；而2012年的增暖事件中，赤道中東太平洋次表層熱含量正異常較小，峰值在1℃以下，說明此次過程中，由于赤道中東太平洋增暖是由局地西風異常抑制冷水上翻而引起，所以次表層暖水無論強度和體積都無法與El Nino事件相比。

圖3 2°S—2°N平均赤道太平洋緯向風時間隨經度剖面的變化

圖4 El Nino年（1982、1986、1991、1997、2002、2006、2009年）合成的赤道太平洋（5°S—5°N）0—300 m

4　結論

2012年夏季在赤道中東太平洋出現了一次增暖過程，通過分析本次增暖過程中赤道太平洋緯向風、次表層海溫和熱含量等要素異常變化特點，并與El Nino事件年這些要素的發展特點進行比較分析，得出了這次增暖過程沒有發展成為El Nino事件的原因。主要結論如下：

（1）本次增暖過程發生前赤道西太平洋沒有明顯的西風爆發并東傳的過程，而El Nino事件的爆發往往需要持續的西風爆發并東傳。赤道東太平洋表層海溫的增暖是由于赤道東太平洋局地西風引起；

圖5厄爾尼諾事件和2012年增暖事件赤道中東太平洋次表層熱含量對比

（2）在El Nino年，赤道西太平洋西風爆發并東傳，在此影響下，赤道西太平洋次表層暖水沿溫躍層東移并抬升，使得赤道東太平洋表層海溫增暖，在El Nino事件發生后，赤道西太平洋次表層往往為低于常年海溫的較冷海水所控制，而2012年夏季增暖過程中西太平洋次表層暖水一直穩定少動，增暖是由于赤道東太平洋次表層自身暖水發展的結果；（3）El Nino事件年，在赤道中東太平洋次表層會出現較強的熱含量正距平，峰值一般在1℃以上，而2012年增暖過程赤道中東太平洋次表層熱含量正異常強度偏小，峰值小于1℃，說明赤道東太平洋次表層暖水的強度和體積均無法與El Nino事件年相比。

參考文獻：

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中圖分類號：P731.11

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0239（2016）02-0001-07

DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2016.02.001

收稿日期：2015-02-09

基金項目：國家自然科學基金（41376020）

作者簡介：譚晶（1979-），女，高級工程師，碩士，主要從事厄爾尼諾及中國氣候的預測與研究。E-mail:tj@nmefc.gov.cn

Analysis of weak warming process in the equatorial eastern Pacific during the summer of 2012

TAN Jing，JIANG Hua，HUANG Yong-yong，YIN Zhao-hui
（National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081 China）

Abstract：Based on OISST data，GODAS subsurface temperature data，the temperature and wind data from tropical atmosphere ocean project dataset，the reasons why the weak warming process in the equatorial eastern Pacific during the summer of 2012 can not develop El Nino event was discussed by analyzing the equatorial Pacific zonal wind，subsurface equatorial Pacific SST and thermal content in the warming process and comparing with the characteristics of the development of El Nino event.It can be the reference for the forecast in the future.

Key words：sea surface temperature；subsurface temperature；warming process；El Nino；west wind burst；thermal content