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作为ENSO现象的一个方面,ENSO经向尺度能从一个侧面反映ENSO动力学机制,并对ENSO相关的气候异常有重要影响。本文从观测、理论和模拟三个方面探讨了ENSO经向尺度的时空特征、动力机制及其对气候的影响。首先,利用1950-2007年Hadley中心的海表温度资料,分析了ENSO经向尺度空间特征和年代际变率;接着,提出了一个简单的动力模型,从动力上解释了观测中ENSO经向尺度时空分布的物理机制,并利用Z-C模式探讨了热带太平洋水平平流输送和上翻对ENSO经向尺度的影响;随后,评估了参加IPCCAR4的12个海气耦合模式对ENSO经向尺度的模拟;最后,利用观测和模式研究了ENSO经向尺度对气候的影响。所得的主要结论如下:
1.ElNino和LaNina经向尺度表现为非对称性,即LaNina经向宽度明显宽于ElNino。最近几十年,不仅Walker环流表现出年代际减弱,ENSO经向宽度也发生了年代际变化,20世纪70年代末以后,ElNino和LaNina事件的经向宽度都变窄了。ENSO经向宽度与Walker环流呈正相关关系,当Walker环流强时,ENSO经向宽度也宽;当Walker环流弱时,ENSO经向宽度也窄。
2.ENSO经向尺度主要由向赤道两侧的经向流决定,经向流强时,ENSO经向宽度宽;经向流弱时,经向宽度窄。LaNina年上翻强于ElNino年,导致其经向流也强于ElNino年,因此,LaNina年海表温度异常(SSTA)经向宽度宽于ElNino年。20世纪70年代末以后,减弱的气候平均上翻导致经向流的减弱,进而使得ElNino年和LaNina年ENSO经向宽度都变窄了。Z-C模式试验结果表明,热带太平洋经向输送的增强会增加ENSO经向宽度;纬向输送的增强对ElNino经向宽度没有影响,但是使得LaNina经向宽度变宽;气候态上翻能通过增强经向输送使得ENSO年SSTA经向宽度变宽。
3.能合理模拟出ENSO准四年周期的6个模式(CNRM-CM3,ECHAM5/MPI-OM,INGV-ER,IPSL-CM4,MRI-CGCM2.3.2和PCM)能合理地再现出参照试验中ENSO经向尺度的非对称性特征。对于ENSO周期为准两年的模式,在ENSO经向尺度非对称性方面显示了较差的模拟性能,这主要是由于这些模式中纬向平流反馈被夸大,从而不能合理地模拟出温跃层反馈机制,导致ENSO经向尺度模拟的不合理。模式的结果表明纬向风应力与ENSO经向宽度呈负相关关系。随着全球增暖,各个模式模拟的ENSO经向尺度的变化差异较大,仅有两个模式(ECHAM5/MPI-OM和ECHO-G)模拟的信风和经向尺度都在减小,然而,ECHO-G模式没能合理地再现出参照试验中ENSO经向宽度的非对称性。尽管CNRM-CM3模拟的Walker环流随全球增暖变强,但能合理地再现出ElNino年和LaNina年纬向风应力和SSTA经向尺度的关系。
4.宽、窄ENSO年热带太平洋SSTA经向宽度的不同会导致全球异常气候的不同。宽(窄)ElNino年冬季,相应的PNA遥相关型在北美的位置偏北(南),从而导致宽(窄)ElNino年在北美的正负气温和降水异常分布向北(南)偏。另外,其它区域气候异常的差异也较大,如,宽ElNino年北非撒哈拉地区气温偏高、降水偏少,澳大利亚西南部少雨,窄ElNino年与之相反。窄LaNina年相对于宽LaNina年在北美的南北温度和降水异常分布南移。宽LaNina年欧亚大陆中北部和40°N,60°E附近区域的气温偏高,北非撒哈拉地区气温偏低,南美赤道以北多雨、赤道以南的中部少雨,中国东北及临近区域多雨;窄LaNina年基本相反。对于ElNino年夏季,相比窄ElNino年,宽ElNino年除了在欧洲气温偏低外,全球气温基本都偏高;降水除了非洲偏少外,宽ElNino年基本都偏多。对于LaNina年夏季,宽LaNina年北美中南部少雨、气温偏高,澳大利亚西南部少雨、气温偏低,印度中北部及周边地区多雨、气温偏低;窄LaNina年与之几乎相反。
5.宽、窄ElNino数值试验与观测一致地表明,宽ElNino事件500hPa位势高度异常在欧亚大陆由西向东呈负-正-负的异常分布,相对应的表面气温异常也呈负-正-负分布,宽ElNifio事件在北非及地中海周边区域和澳大利亚东部地区气温偏高,窄ElNino试验与之相反。与观测一致的宽、窄LaNina试验的差异有:欧亚大陆上500hPa位势高度异常由西南向东北为正-负-正的分布:欧亚大陆中东部气温偏高;北非气温偏低;南非为混合异常,但以正异常为主。