西太平洋暖池熱狀態變異及其鄰近地區對流活動特征

李業進,王黎娟

?

西太平洋暖池熱狀態變異及其鄰近地區對流活動特征

李業進①②,王黎娟①*

① 南京信息工程大學 氣象災害教育部重點實驗室/氣候與環境變化國際合作聯合實驗室/氣象災害預報預警與評估協同創新中心/氣候模擬與預測科技創新團隊,江蘇 南京 210044;

② 泗陽縣環保局,江蘇 宿遷 223700

2014-09-15收稿，2014-12-26接受

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目(2012CB417403);江蘇省高校自然科學研究重大項目(14KJA170004);江蘇省自然科學基金項目(BK20131432)

利用1981—2011年共31 a夏季的GODAS月平均次表層海溫資料,以5～366 m次表層垂直平均海溫表征西太平洋暖池熱含量,分析了西太平洋暖池熱狀態變異及其鄰近區域對流活動特征。結果表明:1)暖池區熱含量異常變化最大,其季節變化與海表溫度季節變化高度一致,年際變率大于海表溫度的年際變率。2)暖池熱狀態以整體一致性正異常為主,其時間系數較好地體現了暖池區次表層熱狀況的年際變異特征。3)暖池鄰近地區對流活動與暖池熱狀態異常密切相關:當暖池偏暖(冷)時,菲律賓周圍關鍵區對流活動顯著增強(減弱),并且該關鍵區的對流活動受暖池熱含量的影響可以追溯至前一年7月一直持續到當年9月。4)暖池熱狀態異常引起菲律賓周圍關鍵區對流活動異常,進而激發出東亞地區夏季500 hPa高度場上自低緯度到中高緯度正、負、正的東亞—太平洋(EAP)遙相關型分布特征;暖池暖(冷)異常時對流層低層在菲律賓以東洋面形成一個異常的反氣旋性(氣旋性)偏差環流。

西太平洋暖池熱狀態熱含量對流活動

西太平洋暖池是全球海洋表層溫度(Sea Surface Temperature,SST)最高的海域(Wyrtki,1989;Cravatte et al.,2009),是引發強烈的大氣對流,驅動Walker環流(Cornejo-Garrdo and Stone,1977)和Hadley環流(Hu,1997)系統最主要的熱源地之一,對西太平洋副熱帶高壓以及東亞氣候異常(黃榮輝和孫鳳英,1994;李萬彪和周春平,1999;馮娟等,2010;陳穎曼等,2013)具有重要的影響。越來越多的證據表明,西太平洋暖池在海氣耦合系統中占有十分重要的地位(Nitta,1987;Huang and Lu,1989;Wang et al.,2000;王東曉等,2001;岳彩軍和陸維松,2009),其熱狀態變異會導致大氣環流以及氣候的異常變化(Kurihara and Kawahara,1986;Huang and Sun,1992;謝炯光等,1997;Ren and Huang,1999;Lu,2001)。Donguy et al.(1984)指出Walker環流的上升分支的位置隨最大熱含量區變化而變化,即暖池的熱狀態變異會影響其上空的對流活動。然而,對流活動的變化比較劇烈,不像海溫那樣穩定,它不僅受局地海溫的影響,而且還受到熱帶地區大尺度大氣環流的影響(Lau et al.,1997),因此,暖池區海溫偏高并不說明其上空對流活動也一定強(Nitta,1990)。黃榮輝等進一步指出暖池及其上空的對流活動可以激發夏季東亞—太平洋型(EAP或PJ型)遙相關波列,與東亞夏季氣候異常有著十分密切的關系(Huang,1992)。

海表溫度(SST)和熱含量(Heat Content,HC)是表征海洋熱力狀況的兩種最常用的物理量,常被用來研究暖池的變異等方面特征(Chen and Hu,2003;Fang et al.,2004;Hu and Yu,2008;Cravatte et al.,2009)。研究表明,由于海水溫度具有范圍廣闊的低水平梯度和垂直混合特性,暖池區SST變化較小,即使在ENSO期間,其變化也小于1 ℃。暖池因其水溫高、分布范圍廣而擁有極為豐富的熱含量,而強烈的熱含量變異會影響其上空的大氣環流特征,并對氣候產生重要作用(陳永利和胡敦欣,2003)。可見,熱含量在表征暖池熱狀態變化時更具優越性。

本文以熱含量為關鍵參數,研究西太平洋暖池熱狀態變異及其鄰近地區對流活動特征,以此揭示西太平洋暖池熱狀態異常特征以及暖池鄰近地區對流活動的前期信號,除了能更清楚地認識西太平洋暖池和對流活動之間的關系,前期熱含量異常信號還可以對東亞夏季氣候預測提供一定的參考。

圖1　1981—2011年熱帶太平洋夏季SST(28 ℃粗實線)和SST(a;陰影區)、HC(b;陰影區≥0.6 ℃)的標準差(單位:℃)Fig.1　Annual tropical Pacific summer SST(thick solid contour:28 ℃) and the (a)SST standard deviation(shaded area) and (b)HC standard deviation(shaded area:≥0.6 ℃) distribution during 1981—2011(units:℃)

1　資料和方法

資料包括:1)NOAA V3b版本延長重構的海表溫度資料,水平分辨率為2°×2°;2)GODAS月平均次表層海溫資料,水平分辨率為1.0°×0.333°,根據需要選用上部27層(共40層),即5、15、25、35、45、55、65、75、85、95、105、115、125、135、145、155、165、175、185、195、205、215、225、238、262、303、366 m;3)NCEP/NCAR提供的逐月再分析位勢高度場、風場和NOAA提供的向外長波輻射(OLR)數據,水平分辨率為2.5°×2.5°。以上資料所取時段均為1981年1月—2011年12月。

熱含量計算參考Hasegawa and Hanawa(2003)的方法,以366 m以上共27層的垂直平均海溫表征海洋上層的熱含量,以之反映海洋上層的熱狀態。

2　西太平洋暖池基本特征

2.1西太平洋暖池SST、HC標準差分布

從暖池區域位置(28 ℃等溫線包圍的區域)與海表溫度異常變化最大的區域位置(圖1a)來看,海表溫度異常變化最大的區域位于暖池區域以東,較為均勻地分布在赤道兩側,最大變異達1.3 ℃。而從上層海洋熱含量異常的標準差分布可以看出,熱帶西太平洋暖池區是太平洋上層海洋熱含量異常變化最大的區域,南北半球巴布亞新幾內亞和菲律賓海域各存在一個最大變異中心,最大變異達1.2 ℃,與海表溫度的變異相當,這是由于南北赤道流在熱帶太平洋西邊界的轉向造成的。可見,暖池主體范圍與熱含量標準偏差最大的區域基本一致(陰影部分,大于等于0.6 ℃)。綜上,可以說明熱帶西太平洋上層海洋的熱狀態主要反映了暖池的變化,而熱帶西太平洋熱含量的異常變化與ENSO循環有著緊密的聯系(Tourre and White,1995;Mcphaden,1999)。

參考黃榮輝和孫鳳英(1994)選取的西太平洋暖池區域,選取赤道以北區域(126～146°E,2～16°N)作為研究的西太平洋暖池區域(圖1中黑框區域),此區域既是SST高值區,同時又是HC標準差大值區。

圖2　西太平洋暖池區SST、HC的季節變化(a)以及SST、HC合成的年際變化(b)(單位:℃)Fig.2　The (a)seasonal variation and (b)synthetic interannual variability of the SST and HC of the WP(units:℃)

2.2西太平洋暖池熱狀態季節、年際變化

圖2反映了暖池區域1981—2011年平均海表溫度、熱含量的季節以及年際變化特征。對于季節變化來說,SST最高出現在6月,達29.55 ℃,最低出現在2月,達28.01 ℃,月際最大差值1.54 ℃;HC最高出現在6月,達18.15 ℃,最低出現在1月,達17.05,月際最大差值1.1 ℃。總體上來看,二者均是夏季最高、春秋季次之,冬季最小,變化趨勢高度一致,二者的相關系數高達0.68,通過了0.05信度的顯著性水平的t檢驗,這反映了太陽輻射隨緯度差異對暖池熱狀態季節變化所造成的影響。

二者的年際變化方面,均表現為明顯的年際變化特征,相關系數高達0.69,通過了0.05信度的顯著性水平的t檢驗,說明二者具有顯著的正相關關系,且HC年際變率遠大于SST,其年際異常與ENSO關系密切,而SST年際變化與ENSO關系不顯著(李麗平等,2004),這也是本文選取熱含量反應海洋上層熱狀態的一個因素。

圖3　西太平洋暖池區HC與西太平洋暖池SST(a)以及赤道中東太平洋(80～160°W,10°S～10°N)SST(b)的時滯相關系數分布(虛線代表通過95%、99.9%置信度檢驗;“-”代表上一年,“0”代表當年)Fig.3　The time lagged correlation coefficient distribution of the WP HC and the (a)WP SST and (b)central and eastern equatorial Pacific(10°S—10°N,80—160°W) SST(shaded areas indicate statistical significance over the 95% and 99.9% confidence levels)

2.3西太平洋暖池SST對局地HC的貢獻

為研究夏季暖池區域熱含量與暖池區域海表溫度以及赤道中東太平洋海表溫度的具體關系,圖3給出了暖池區域熱含量與上述區域海表溫度的時滯相關系數分布,可見,暖池區域熱含量與熱帶太平洋海溫場的相關系數分布存在以西太平洋暖池和赤道中東太平洋為主的正、負相關分布特征。正相關分布特征表明暖池區域的熱含量主要受前期以及同期位于西太平洋暖池區域SST的影響,整體上呈現的是“三峰型”分布特征,其中同期1、2、3月的相關性最為顯著,通過了99.9%置信度檢驗。負相關分布特征表明,暖池區域的熱含量變化與赤道中東太平洋SST存在反相關關系。上述分析結果表明,暖池區域的SST對局地熱含量存在一定貢獻。

圖4　夏季西太平洋暖池區熱含量距平EOF第一模態(a)以及第一模態的時間系數PC1(柱狀)、暖池區域平均熱含量標準化距平序列(實線)(b)(虛線為一元線性趨勢線)Fig.4　The (a)first EOF mode of the HC anomalies of the WP in summer,and (b)time coefficient PC1(bars) and the WP area-averaged HC anomalies standardized sequence(solid line)(dashed is the linear trend line)

3　西太平洋暖池熱狀態變異

3.1西太平洋暖池熱狀態時空變化

對1981—2011年共31 a夏季西太平洋暖池區(126～146°E,2～16°N)熱含量距平作經驗正交分析(EOF),其中第一模態占66.57%的方差貢獻,遠大于第二模態11.83%方差貢獻,因此該模態是暖池區熱含量的主導模態。如圖4a所示,第一模態呈現的是暖池區整體一致性正異常分布特征,其中以8°N為中心的赤道太平洋西部出現一個大值帶,位置與熱含量異常變化最大值位置基本一致(圖1b),反映出北赤道逆流和赤道流相互作用所致的暖水積聚下沉或深層冷水涌升的特點。該模態的時間系數PC1與西太平洋暖池區域平均熱含量標準化距平的相關系數高達0.98,通過了99.9%置信度檢驗,可見,第一模態的時間系數主要體現了夏季暖池區熱含量的年際變異特征。從一元線性趨勢線上可以很明顯看出,該時間系數在1997年以后由負轉正,體現了暖池區域熱含量呈增溫趨勢。

根據圖4b,定義PC1為熱含量指數,即HCI。為便于合成分析,對暖池進行冷暖異常年份劃分。劃分標準為:冷暖異常年份是指HCI小于(大于)-1(1)的年份。從圖4b中可知冷異常年為:1991、1993、1997、2003、2004共5 a;暖異常年1984、1999、2000、2008、2009、2010共6 a,冷暖異常年份總數約占研究時段(共31 a)的1/3。

為研究西太平洋暖池區熱狀態變異與暖池以外區域的熱含量變化的聯系,計算了該區域平均熱含量與其以外地區熱含量的相關系數(圖5),可以看出存在大范圍的顯著正負相關區域,大致以160°W為界,以西為正相關區域,以東則為負相關區域。其中,印度洋東部海域、熱帶西太平洋、以及西北太平洋均是超過99.9%置信度檢驗的正相關區。這表明西太平洋暖池區一旦發生暖異常,暖異常區域不僅是它本身,而且還有其相關的海域,這體現了暖池區熱含量變異具有局地性特征。因此研究暖池熱狀態變異對大氣的影響也不僅是研究暖池區域本身,同時還得考慮與其存在顯著相關區域的影響。

圖5　1981年1月—2011年12月暖池區熱含量與其以外地區熱含量的同期相關分布(陰影區表示通過置信度99.9%的顯著性檢驗)Fig.5　The contemporaneous correlation distribution between the WP HC and the HC outside the WP from January 1981 to December 2011(shaded area represents the ≥99.9% confidence level)

3.2西太平洋暖池區不同深度異常海溫變化

為分析解暖池區海溫場在不同深度上的變化特征,圖6給出了暖池區(126～146°E,2～16°N)不同深度上海溫距平的變化曲線。可以發現,暖池區域不同深度海溫場均具有明顯的年際變化特征。在不同深度的海溫變化過程中,表層海溫變化振幅最小(-1 ℃和1 ℃之間)。隨著深度的增加,海溫變化振幅增大,100～200 m處達到最大(-4.0 ℃和4.0 ℃之間)。隨著深度的繼續加深,異常海溫變化振幅又開始減小。另外,還可以看出,在暖池表層和366 m處增溫趨勢緩慢,而次表層(100～200 m)海溫增溫趨勢相對較快。

圖6　西太平洋暖池366 m(a)、238 m(b)、155 m(c)、75 m(d)、5 m(e)深度海溫距平的變化特征以及暖池區域海溫距平深度—時間變化(f)(單位:℃;虛線表示一元線性趨勢線)Fig.6　The temperature anomalies of different depths in the WP:(a)366 m;(b)238 m;(c)155 m;(d)75 m;(e)5 m(dashed lines are the linear trends);(f)WP regional SST anomaly depth-time variation(units:℃)

由圖6f可以清楚地看出,暖池區域次表層海溫的的年際振蕩較為顯著,顯著的冷(暖)海溫異常主要發生在次表層(50～250 m),尤其是100～200 m,最大變溫絕對值達3 ℃,而最大冷(暖)海溫恰好對應于ENSO循環過程中的El Nio(La Nia)事件。

通常以28 ℃等溫線所在海水深度代表暖池厚度,以20 ℃等溫線所在海水深度代表溫躍層深度。圖7給出了暖池分別沿經向和緯向平均的次表層海溫隨深度的剖面。緯向上來看,總體上溫躍層深度(暖池厚度)分布較為均勻,海溫均方差在100～200 m左右深度、128～135°E位置處達到最大。經向上來看,總體上溫躍層深度(暖池厚度)是兩邊深(厚)中間淺(薄),溫躍層最深處和暖池最厚處與暖池位置有關,海溫均方差最大值所在深度與經向平均相近,經向位置位于3～10°N。平均來看,夏季暖池厚度在50 m以淺,溫躍層深度在200 m以淺。

4　西太平洋暖池鄰近地區對流活動特征

熱帶西太平洋暖池附近的海表溫度為全球最高,海洋和大氣之間有著強烈的熱量、水汽的交換,使得該地區成為全球熱帶主要的對流活動中心之一(Chen et al.,2004),對我國的氣候也有重要的影響。下面將重點分析西太平洋暖池熱狀態異常時鄰近地區對流活動以及環流場特征。

4.1西太平洋暖池冷、暖異常年鄰近地區對流活動特征

為分析暖池熱狀態異常與暖池鄰近地區對流活動特征,根據已經挑選出的西太平洋暖池冷、暖異常年份對OLR場進行合成分析。圖8給出了夏季西太平洋暖池偏暖、偏冷年OLR異常分布。可見,當暖池偏暖時(圖8a),菲律賓周圍地區呈現的是大范圍的負異常分布特征,也即當夏季暖池偏暖時,菲律賓周圍對流活動偏強,暖池偏冷時(圖8b)對流活動情況則與之相反。從差值場(圖8c)上可以看出,暖池熱含量異常時,菲律賓以東地區對流活動異常最為顯著,因此本文將此區域126～146°E、16～26°N(圖8中黑框區域)選為菲律賓周圍對流活動關鍵區,以反映暖池鄰近地區對流活動特征。

圖7　2～16°N平均的次表層海溫緯向—深度剖面(a),以及126～146°E平均的次表層海溫經向—深度剖面(b)(單位:℃;陰影區表示均方差大于等于1.8 ℃)Fig.7　(a)2—16°N-averaged subsurface temperature zonal-depth profiles;(b)126—146°E-averaged subsurface temperature warp-depth profiles(units:℃;shaded area shows the standard deviation≥1.8℃)

圖8　夏季西太平洋暖池偏暖(a)、偏冷(b)年份OLR異常分布,以及偏暖、偏冷年份OLR差值分布(陰影區通過0.1信度的顯著性檢驗)(c)(單位:W/m2)Fig.8　OLR anomaly map of the (a)warmer and (b)colder summer years of the WP,and (c)the OLR difference map between the warmer and colder summer year(shaded area significant at the 0.1 level)(units:W·m-2)

由圖9可見,菲律賓周圍關鍵區夏季對流活動與西太平洋暖池熱含量的相關整體上呈現出負相關的分布特征,自前一年7月開始就呈現顯著的負相關關系(通過0.1信度的顯著性檢驗),這種顯著的負相關關系可以一直持續到當年9月,而后相關性開始減弱。整體上看,相關系數呈“雙峰”型分布特征,相關性最大的兩個月分別是前一年的9月和當年的5月。以上分析,同時也從側面反映了熱含量異常對對流活動的影響具有較強的持續性特征。

4.2西太平洋暖池冷、暖異常對東亞夏季大氣環流影響

圖10a反映了菲律賓周圍關鍵區夏季對流活動異常與500 hPa高度場異常之間的聯系。可見,在菲律賓周圍對流活動異常的激發下,東亞地區夏季500 hPa高度場上自低緯度到中高緯度呈現的是正、負、正的東亞—太平洋(EAP)遙相關型分布特征。低緯度的正相關區對應著西太平洋副熱帶高壓,中部的負相關區域對應著梅雨鋒,而高緯度的正相關區域則代表了鄂霍次克海阻高。這種環流形勢表明,當菲律賓周圍對流活動增強時,有利于西太平洋副熱帶高壓控制江淮地區,但其強度減弱,同時鄂霍次克海阻高減弱,使得冷空氣南下減弱,進而影響江淮地區夏季降水以及對流活動。

為研究東亞地區大氣環流對西太平洋暖池熱狀態異常的響應,對顯著暖異常年和冷異常年夏季對流層低層風場異常作了合成分析。從圖10b可以看出,暖異常時,對流層低層菲律賓以東洋面有一支反氣旋性偏差環流(中心位于圖中“A”字所在的位置),它大大加強了西太副高系統南側的東風強度,并向西南方向延伸,影響了熱帶西南季風向東亞地區的發展,這支偏差氣流西側的偏南風在臺灣海峽轉向形成一支氣旋性偏差環流,該偏差氣流北側的偏東氣流與日本群島附近的高壓系統南側的偏東氣流合并,一起轉向大陸,形成異常的副熱帶西南季風。從圖10c可以看出,冷異常年的風場距平合成與暖異常年的差異非常明顯,在冷異常年,西太平洋上空對流層低層菲律賓以東洋面有一支氣旋性偏差環流(中心位于圖中“C”字所在的位置),而日本群島附近有一支反氣旋性偏差環流,帶來的結果是二者中部交匯地帶有一支異常的偏東氣流影響我國東南沿海地區,對我國東南沿海地區季風以及降水有重要影響。

圖9　菲律賓周圍關鍵區(126～146°E,16～26°N)夏季區域平均OLR距平與HCI的時滯相關系數序列(虛線通過0.1信度的顯著性檢驗)Fig.9　The time lagged correlation coefficient sequence of the key area’s averaged OLR anomaly around the Philippines(16—26°N,126—146°E) with the HCI(dashed line indicates statistical significance at the>90% confidence level)

圖10　1981—2011年夏季對流關鍵區(126～146°E,16～26°N)區域平均OLR距平與500 hPa高度場距平的相關系數分布(a;陰影區表示通過0.1信度的顯著性檢驗),以及西太平洋暖池偏暖(b)、偏冷(c)年合成850 hPa風場異常分布Fig.10　(a)The correlation coefficient distribution of the regional averaged OLR anomalies with the 500 hPa height field anomaly(shaded areas are statistically significant at the>90% confidence level),and the (b)warmer and (c)colder wind anomaly at 850 hPa,during 1981—2011

綜上,西太平洋暖池熱狀態異常引起菲律賓周圍對流活動異常,進而激發出東亞地區夏季500 hPa高度場上自低緯度到中高緯度正、負、正的東亞-太平洋(EAP)遙相關型分布特征;環流場上,暖池暖(冷)異常時,對流層低層在菲律賓以東的西太平洋洋面形成一個異常的反氣旋性(氣旋性)偏差環流,對東亞季風以及我國東部地區降水有重要影響。

5　結論

本文以夏季西太平洋暖池次表層熱含量表征暖池熱狀況,分析了暖池熱狀態變異及其鄰近地區對流活動特征,得到以下主要結論:

1)暖池區熱含量異常變化最大,其季節變化與海表溫度的季節變化高度一致,年際變率大于海表溫度的年際變率,暖池區域海表溫度對局地熱含量存在一定貢獻。

2)暖池熱狀態以整體一致性正異常為主,其時間系數較好地體現了暖池區次表層熱狀況的年際變異特征,暖池在100～200 m深度具有最大的海溫變異,平均而言,暖池厚度在50 m以淺,溫躍層深度在200 m以淺。

3)暖池鄰近地區對流活動與夏季暖池熱狀態異常密切相關,當暖池偏暖(冷)時,菲律賓周圍關鍵區對流活動顯著增強(減弱),并且關鍵區的對流活動受熱含量的影響可以追溯至前一年7月一直持續到當年9月。

4) 暖池熱含量異常可以引起菲律賓周圍關鍵區對流活動異常,進而激發出東亞地區夏季500 hPa高度場上自低緯度到中高緯度正、負、正的東亞—太平洋(EAP)遙相關型分布特征;環流場上,暖池暖(冷)異常時對流層低層在菲律賓以東的西太平洋洋面形成一個異常的反氣旋性(氣旋性)偏差環流。

References)

Chen G,Fang C,Zhang C.2004.Observing the coupling effect between warm pool and “rain pool” in the Pacific Ocean[J].Remote Sens Environ,91(2):153-159.

Chen Y,Hu D.2003.Influence of heat content anomaly in the tropical warm pool region on onset of South China Sea summer monsoon[J].Acta Meteor Sinica,17:213-225.

陳穎曼,曹杰,王傳輝.2013.中國東南部冬季降水變化及環流特征[J].大氣科學學報,36(3):323-330.Chen Y M,Cao J,Wang C H.2013.Precipitation variation over southeastern China in winter and its circulation pattern[J].Trans Atmos Sci,36(3):323-330.(in Chinese).

陳永利,胡敦欣.2003.南海夏季風爆發與西太平洋暖池區熱含量及對流異常[J].海洋學報,25(3):20-31.Chen Y L,Hu D X.2003.The relation between the South China Sea summer monsoon onset and the heat content variations in the tropical western Pacific warm pool region[J].Acta Oceanologica Sinica,25(3):20-31.(in Chinese).

Cornejo-Garrdo A G,Stone P H.1977.On the hear balance of the Walker circulation[J].J Atmos Sci,34:1155-1162.

Cravatte S,Delcroix T,Zhang D,et al.2009.Observed freshening and warming of the western Pacific warm pool[J].Climate Dyn,33(4):565-589.

Donguy J R,Eldin G,Morliere A,et al.1984.Wind and thermal conditions along the Equatorial Pacific[J].J Mar Res,42:103-121.

Fang L,Chen G,Fang C,et al.2004.An investigation of recent western Pacific warm pool variabilities based on AVHRR/SST[J].Journal of Ocean University of China(English Edition),34:103-108.

馮娟,管兆勇,王黎娟,等.2010.夏季熱帶中太平洋SST異常型與中國東部夏季氣候異常的關系[J].大氣科學學報,33(5):547-554.Feng J,Guan Z Y,Wang L J,et al.2010.Impacts of central equatorial Pacific SSTA pattern on precipitation and temperature in East China in summer[J].Trans Atmos Sci,33(5):547-554.(in Chinese).

Hasegawa T,Hanawa K.2003.Heat content variability related to ENSO events in the Pacific[J].J Phys Oceangr,33:407-421.

Hu D,Yu L.2008.An approach to prediction of the South China Sea summer monsoon onset[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology,26:421-424.

Hu Z.1997.Interdecadal variability of summer climate over East Asia and its association with 500 hPa height and global surface temperature[J].J Geophys Res,102:19403-19412.

Huang R H.1992.The East Asia/Pacific pattern teleconnection of summer circulation and climate anomaly in East Asia[J].Acta Meteor Sinica,6(1):25-36.

Huang R H,Lu L.1989.Numerical simulation of the relationship between the anomaly of the subtropical high over East Asia and the convective activities in the western tropical Pacific[J].Adv Atmos Sci,6:202-214.

Huang R,Sun F.1992.Impacts of the tropical western Pacific on the East Asian summer monsoon[J].J Meteor Soc Japan,70:243-256.

黃榮輝,孫鳳英.1994.熱帶西太平洋暖池的熱狀態及其上空的對流活動對東亞夏季氣候異常的影響[J].大氣科學,18(2):140-151.Huang R H,Sun F Y.1994.Impacts of the thermal state and the convective activities in the tropical western warm pool on the summer climate anomalies in East Asia[J].Chin J Atmos Sci,18(2):140-151.(in Chinese).

Kurihara K,Kawahara M.1986.Extremes of East Asian weather during the post ENSO years of 1983/84-Severe cold winter and hot dry summer[J].J Meteor Soc Japan,64:493-503.

Lau K M,Wu H T,Bony S.1997.The role of large-scale atmosphere circulation in the relationship between tropical convection and sea surface temperature[J].J Climate,10:381-392.

李麗平,王盤興,何金海,等.2004.熱帶西太平洋熱狀況年代際和年際變化特征分析[J].熱帶氣象學報,20(5):472-282.Li L P,Wang P X,He J H,et al.2004.Analysis of interdecadal and interannaual characterics of the tropical wesrtern pacafic warm pool heat status[J].J Trop Meteor,20(5):472-282.(in Chinese).

李萬彪,周春平.1999.熱帶西太平洋暖池和副熱帶高壓之間的關系[J].氣象學報,56(5):619-626.Li W B,Zhou C P.1999.The relationship between tropical western Pacific warm pool and subtropical high[J].Acta Meteorologica Sinica,56(5):619-626.(in Chinese).

Lu R.2001.Interannual variability of the summertime North Pacific subtropical high and its relation to atmospheric convection and over the warm pool[J].J Meteor Soc Japan,79:771-783.

Mcphaden M.1999.Genesis and evolution of the 1997—98 El Nino[J].Science,283:950-954.

Nitta T.1987.Convective activities in the tropical western Pacific and their impact on the Northern Hemisphere summer circulation[J].J Meteor Soc Japan,64:373-390.

Nitta T.1990.Unusual summer weather over Japan in 1988 and its relationship to the tropics[J].J Meteor Soc Japan,68:575-587.

Ren B,Huang R.1999.Interannual variability of the convective activities associated with the East Asian summer monsoon obtained from TBB variability[J].Adv Atmos Sci,16:77-90.

Tourre Y M,White W B.1995.ENSO signals in global upper ocean temperature[J].J Phys Oceanogr,25:1317-1332.

Wang B,Wu R G,Fu R H.2000.Pacific-East Asian teleconnection:How does ENSO affect East Asian climate?[J].J Climate,13:1517-1536.

王東曉,謝強,周發琇.2001.南海及鄰近海域異常海溫影局域大氣環流的初步試驗[J].熱帶氣象學報,20(3):82-89.Wang D X,Xie Q,Zhou F X.2001.Preliminary experiments for regional atmospheric circulation’s response to SST anomalies in south China Sea and its adjacent areas[J].J Trop Meteor,20(3):82-89.(in Chinese).

Wyrtki K.1989.Some thoughts about the West Pacific Warm Pool[C]//Proceedings of the Western Pacific international meeting and workshop on TOGA-COARE.New Caledonia:99-109.

謝炯光,秦冰冰,王靜淵.1997.奇異值分解方法在季降水預測中的應用[J].氣象學報,55(1):117-123.Xie J G,Qin B B,Wang J Y.1997.The application of singular value decomposition analysis in the prediction of seasonal rainfall[J].Acta Meteorological Sinica,55(1):117-123.(in Chinese).

岳彩軍,陸維松.2009.1997/1998年El Nino事件發生、發展可能機制的進一步研究[J].大氣科學學報,32(4):513-521.Yue C J,Lu W S.2009.Further study on possible mechanism for genesis and development of 1997/1998 El Nino event[J].Trans Atmos Sci,32(4):513-521.(in Chinese).

The variability of the thermal state over the western Pacific warm pool(WP) and the characteristics of its adjacent convective activities were studied using the monthly subsurface sea temperature data of GODAS from 1981 to 2011,together with a variety of statistical methods.The heat content(HC) was defined as the subsurface vertical temperature averaged from 5 to 366 m.The results demonstrate that:

(1)The WP area is the place where the HC has its largest variability,and its maximum value can reach 1.2 ℃ which is equivalent to the variation in SST.The depth layer from 100 to 200 m is the largest in terms of the change in subsurface temperature,usually changing from -4.0 ℃ to 4.0 ℃ Its seasonal variation is highly consistent with SST,and its interannual variability is much greater than that of SST.There is a certain degree of contribution to the HC from the SST of the WP.The thermal condition of the WP is closely related with ENSO events,as the largest cold(warm) SST anomalies correspond to El Nio(La Nia) events in the ENSO cycle.

(2)The dominant mode of HC is one of positive anomalies,and its corresponding time coefficient(PC1) shows evident annual variability in the sub-layer heat condition over the WP.A heat content index(HCI) was constructed by using the HC averaged over the WP region.Then,five colder years(HCI smaller than -1) and six warmer years(HCI larger than 1) were identified from the total 31 years,with the total abnormal years accounting for 1/3 of the whole period.

(3)There is a close relationship between the convective activities nearby the WP and the abnormal thermal state there in summer.The area of(16—26°N,126—146°E) around the Philippines was chosen as the key area to reflect the characteristics of convection of the adjacent areas of the WP,revealing that the convective activities over this critical region significantly enhance(weaken) when the WP is warmer(colder).The fact that convective activities are affected by the HC can be traced back to the July prior to a particular year,and through to the September of that current year,demonstrating the strongly persistent effects of the HC anomalies on the convective activities.

(4)HC anomalies of the WP cause abnormal convection around the Philippines,and thus stimulate the East Asia-Pacific teleconnection pattern,with a positive-negative-positive pattern of centers in the 500 hPa height fields from the low to the high latitudes over East Asia in summer.The region with positive correlation in the low latitudes corresponds to the western Pacific subtropical high;the negative correlation in the midlatitudes corresponds to the Mei-yu front;and the other positive correlation in the high latitudes represents the Okhotsk high.This circulation situation indicates that when the convective activities around the Philippines are enhanced,it is conducive to the western Pacific subtropical high controlling the Yangtze River region,with its intensity weakened.As a result,the precipitation and convective activities over the Yangtze River in summer will be affected,due to the weakened southward movement of cold air,which is the result of the weakened Okhotsk high.

In order to study the responses of the atmospheric circulation in East Asia to the thermal states of the WP,the anomalous wind fields in the lower troposphere were composited between the significant warmer and colder years.The results reveal that there is an abnormal anticyclonic(cyclonic) circulation bias in the lower troposphere over the western Pacific Ocean to the east of the Philippines when the WP is warmer(colder),which has an important influence on the East Asian monsoon and the precipitation over eastern China.

western Pacific warm pool;thermal state;heat content;convective activity

(責任編輯：張福穎)

Variability of the thermal state of the western Pacific warm pool and the characteristics of its adjacent convective activities

LI Yejin1,2,WANG Lijuan1

1KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster,MinistryofEducation(KLME)/JointInternationalResearchLaboratoryofClimateandEnvironmentChange(ILCEC)/CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters(CIC-FEMD)/ScienceandTechnologyInnovationTeamonClimateSimulationandForecast,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;2EnvironmentalProtectionBureauofSiyangCounty,Suqian223700,China

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140915043

*聯系人，E-mail:wljfw@163.com

引用格式：李業進,王黎娟.2016.西太平洋暖池熱狀態變異及其鄰近地區對流活動特征[J].大氣科學學報,39(2):156-165.

Li Y J,Wang L J.2016.Variability of the thermal state of the western Pacific warm pool and the characteristics of its adjacent convective activities[J].Trans Atmos Sci,39(2):156-165.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140915043.(in Chinese).