太平洋冬季SSTA與夏季850hpa西風異常的關系初探

宋月旻

摘要：利用NOAA（美國大氣國家海洋和大氣管理局）的月平均再分析的風場和海表面溫度場資料，以及CPC （美國氣候預測中心） Nino3.4區海表溫度（SST）序列，利用相關性分析、MV-EOF方法研究了1985年至2015年赤道太平洋冬季（12月-次年2月）海溫異常（SSTA）與前期夏季（6月-8月）850hPa高度上緯向風的關系。結果表明，赤道附近緯向風對ENSO的影響主要集中在春夏季節的中西太平洋。Nino3.4區海溫異常指數（SSTAI）與熱帶、副熱帶850 hPa風場的相關度在西、中太平洋地區顯著。通過對熱帶冬季太平洋SSTA和緯向風異常進行EOF分解，發現第一、第二模態分別反映了東部型和中部型El Nino的特征，基本描述了ENSO循環過程的主要變化特征。

關鍵詞：赤道太平洋SSTA; 赤道西風異常; MV-EOF; 相關性分析

ENSO事件具有明顯的年代際變化（Wang，1995），且在80年代以前，El Nino事件中的SST主要增暖區首先發生在赤道東太平洋，然后向西擴展;80年代以后，發生在赤道中、西太平洋，然后東傳。這與70年代末的全球的海洋大氣系統的一致性躍變對應。

19世紀70年代，Wyrtki（1975）指出了赤道太平洋西風異常可能觸發了秘魯沿岸SST的升高，隨后，Rasmusson和Carpenter（1982）綜合了6次ENSO事件的發生，指出西太平洋赤道西風異常往往發生在ENSO事件爆發之前。而傅云飛和黃榮輝（1996）的分析結果表明，熱帶太平洋西風異常越強，ENSO事件的強度也越強。

一、資料和方法

選用了NOAA的海表面溫度、風場的月平均再分析資料，分辨率為2°*2°，以及CPC的Nino3.4區海表溫度序列，選取時間為1985年-2015年。

本文主要用到了Wang（1992）提出的MV-EOF（多變量經驗正交函數）分解，即對任何變量所有時間空間點進行標準化，消除變量間的單位和變化幅度的差異，使得各變量場的數據相互之間有可比性，排列后進行正常 EOF 分解。運用該方法可以提取不同變量的空間和時間相關的模態，從而分析多個變量綜合在一起時變化的氣候特征。此外為了考察各個模態之間是否獨立，也就是能否稱之為一個有著獨立特征的模態，研究還用到了North 檢驗。

二、夏季850hPa緯向風異常與冬季赤道東太平洋SSTA的關系

（一） Nino3.4區SSTAI與赤道緯向風的相關性

對平均冬季Nino3.4區SSTAI與前期每三個月平均的赤道850hPa緯向風做相關性分析。在120°E以西和100°W以東的各個季節，均為顯著的相關系數低值區或負相關區，這些區域的風場活動幾乎不對Nino3.4區SST產生影響，部分區域可能有微弱的使其SST降低的作用，如在早春季節的東太平洋（110°W-140°W）。

在春季二者的相關性較弱，但有隨季節自西向東延伸的趨勢，可以說明西風自春季開始對Nino3.4區SST起作用，但影響不大較大的相關系數數值出現在3月至5月平均的150°E附近，顯而易見，從此時赤道緯向風開始對Nino3.4區SST的異常偏高起明顯的作用。

由春至夏，二者的高相關區向東移動，作用逐漸明朗。夏季中太平洋有一個明顯的低舌，兩側均為高值區，分析認為此低舌為一個分界標志：低舌以西赤道緯向風場對Nino3.4區SST影響顯著;而低舌以東主要是Nino3.4區SST對赤道風場的反作用產生的高相關區，即風場對Nino3.4區SSTA的響應。

在El Nino事件發展和成熟期（秋冬季節），赤道西風異常在中東太平洋地區受大氣氣候基本態和SSTA二者的共同影響，但主要受SSTA的影響。即Nino3.4區SSTAI與赤道緯向風的相互作用在秋冬季（8月份以后）不予考慮且西半球也可忽略不計。

而在秋冬季節在西太平洋的約120°E附近，有一個小范圍的較弱的高值區，推測這可能是一個初始擾動，可能是下一年春季赤道緯向風對Nino3.4區SST影響的前奏。它將隨著季節推移向東移動，到春季對Nino3.4區SSTA的影響的強度逐漸增大。

（二） Nino3.4區SSTAI與中低緯風場的相關分析

為了清楚地說明赤道東太平洋SSTA與其前期夏季赤道西風異常的相互關系，因冬季El Nino事件發展到最強，所以進行了冬季Nino3.4區SSTAI與其前期夏季850hPa高度上平均風場異常的相關分析。

Nino3.4區SSTAI與熱帶、副熱帶上空的夏季850 hPa高度平均風場異常在西、中太平洋地區顯著正相關。緯向風將赤道西太平洋（南海附近海域）的暖海水帶向東太平洋，在Nino3.4區原有海水隨風向赤道兩側分離的同時，西太平洋暖水隨西風長驅直入到達Nino3.4區，有利于該區海水增暖和El Nino的發生發展，西風引起的暖水波動到達東太平洋的時間約為2-3個月。

（三） 熱帶太平洋夏季850hPa緯向風異常與冬季海SSTA的時空特征分析

為探討影響最大的熱帶夏季850hPa緯向風異常與冬季SSTA的關系，對二者進行EOF分析。通過North檢驗的有第一模態、第二模態，方差貢獻分別為18.48%和14.81%。

第一模態顯示的時空特征及時間系數與ENSO事件發生的年份有較好的對應關系。其時間系數與Nino3.4 區SSTAI相關性較低，但與1982年、1997年等中部型El Nino年對應良好（袁媛等，2012）。空間分布主要表現為緯向風異常導致熱帶中東太平洋海面增溫，這與ENSO過程的分布特征相似：由赤道東太平洋南北向對稱且寬，向西逐漸變窄舌狀分布。第一模態當中紅色舌狀區域表示正相關區域，其中心位于中東太平洋，符合東部型El Nino事件（連濤，2015）;藍色區域表示負相關區域，二者成相反變化趨勢。

第二模態中太平洋海區的SSTA呈V字型特征分布。赤道中、東太平洋SST與赤道西、南北太平洋的SST的分布呈反相關，與西太平洋的亞洲大陸東南沿海（南海）的SST呈正相關。主要表現為熱帶降溫，中高緯度升溫;緯向風分布與SST分布對應，且為正相關：緯向風在海洋中激發了冬冷西暖的SSTA偶極子。基本反映了最常出現的中部型El Nino事件夏季發展情況：正海溫距平首先在中太平洋出現以后自西向東移動（中部型）（薄燕青和吳洪寶，2008）——西太平洋有異常西風流，使暖海溫向東太平洋的傳播延緩;且有利于海水的攪動，使次表層的暖海水進入混合層，并最終影響SST變化。時間系數與Nino3.4區SSTAI吻合，相關系數達0.89。幾個比較明顯的增暖發生的時間點都與Nino3.4區SSTAI多年變化曲線所反映的近幾十年來較強的厄爾尼諾事件相對應，所以認為第二模態基本上反映了ENSO的循環過程。

三、結論

通過對熱帶太平洋SSTA和850hPa緯向風異常的關系討論及二者的MV-EOF分解，得到結論如下：

（1）赤道附近緯向風對ENSO的影響主要集中在春夏季節的中西太平洋（范圍大致在140°E-170°E）。在夏季中太平洋有一個明顯的低舌，兩側均為高值區，為一個分界標志：低舌以西赤道緯向風場對Nino3.4區SSTA影響顯著;而低舌以東主要是Nino3.4區SSTA對赤道風場的反作用產生的高相關區，即風場對Nino3.4區SSTA異常的響應。

（2）來自西太平洋暖的海溫異常作為一個前期信號，是東部型和中部型El Nino具有的共同特征。東部型El Nino傳播速度快，而中部型較為緩慢，且抵達中太平洋后有明顯抬升，導致中太平洋出現最大增溫幅度。

參考文獻：

[1]Rasmusson， E. M.， and T. H.， Carpenter， 1982： Variations in tropical sea surface temperature and surface wind fields associated with the southern oscillation/El Ni?o. Monthly Weather Review， 110（5）， 354.

[2]Wang， B. 1992： The vertical structure and development of the enso anomaly mode during 1979-1989. Journal of Atmospheric Sciences， 49（8）， 698-712.

[3]Wang， B. 1995： Interdecadal changes in el ni?o onset in the last four decades. Journal of Climate， 8（2）， 267-285.

[4]Wyrtki， K. 1975： El ni?o—the dynamic response of the equatorial pacific oceanto atmospheric forcing.?J.phys.oceanogr，?5， 572.

[5]薄燕青， 吳洪寶. 2008： Enso年份的確定及其典型事件分析. 圖書情報導刊， 18（26）， 110-112.

[6]傅云飛， 黃榮輝. 1996： 熱帶太平洋西風異常對enso事件發生的作用. 大氣科學， 20（6）， 641-654.

[7]連濤. 2015.：厄爾尼諾基本類型的新解釋. 科學通報（19）， 1854-1854.

[8]袁媛， 楊輝， 李崇銀. 2012： 不同分布型厄爾尼諾事件及對中國次年夏季降水的可能影響. 氣象學報， 70（3）， 467-478.