厄尔尼诺和拉尼娜生命史不对称机理研究

摘要

观测分析结果表明，典型厄尔尼诺和拉尼娜事件中赤道东太平洋区域海表温度异常具有显著的不对称性生命史发展特征。典型厄尔尼诺事件在到达最强值之后迅速衰减，异常海温场在一年之中完成由正距平向负距平的转变。而典型拉尼娜事件则表现为在成熟时期之后缓慢衰减，发展年次年晚期时异常冷海温再次增强。通过海洋混合层海温热量收支诊断分析方法，我们对导致典型厄尔尼诺和拉尼娜事件生命史不对称性的动力过程（风场驱动的温跃层变化和海洋温度平流过程）和热力过程（海洋表面热量通量）进行定量分析。诊断分析结果表明，动力（海洋温度平流）和热力（海洋表面热量通量）强迫作用都对典型厄尔尼诺（拉尼娜）事件快速（缓慢）衰减过程起到贡献作用。前者主要与西北太平洋区域风场的不对称响应有关，而后者主要与不对称“云-辐射-海温”和“风-蒸发-海温”负反馈过程有关。在典型厄尔尼诺事件衰减阶段中海温衰减更快，而在典型拉尼娜事件衰减阶段中海温衰减缓慢。由于衰减变率不同，典型厄尔尼诺事件中海表温度距平在发展年次年夏季时符号发生改变，而典型拉尼娜事件中依然维持相同的符号。由季节决定的大气-海洋相互作用所引发的不稳定增长过程在北半球秋季时期进一步参与其中，因此厄尔尼诺时期负海温距平继续增长并转变成拉尼娜，而拉尼娜事件中负海温距平自身再次增长，并在发展年次年底时发展成第二次拉尼娜事件。诊断分析结果同样表明在导致典型厄尔尼诺-拉尼娜事件生命史不对称性产生的过程中，热力过程与动力过程同等重要。 与典型厄尔尼诺事件相比，1986厄尔尼诺事件具有特殊的生命史发展过程。1986厄尔尼诺事件在发展年次年早期缓慢衰减，后期又再次增强形成第二次厄尔尼诺事件。诊断分析结果表明，风场强迫作用导致的纬向平流反馈过程和温跃层反馈过程是导致1986厄尔尼诺事件缓慢衰减的主要原因。在冬季成熟时期，典型厄尔尼诺事件中在西北太平洋区域有异常反气旋性环流，而1986厄尔尼诺事件中为异常气旋性环流。在异常气旋性环流南侧低频西风距平以及高频西风事件的共同作用之下，1986厄尔尼诺事件缓慢衰减并始终维持正海温距平。在发展年次年后期，1986厄尔尼诺事件又再次增长形成第二次厄尔尼诺事件。 与典型拉尼娜事件相比，1988和2005拉尼娜事件同样具有特殊的生命史发展过程。2005拉尼娜事件在到达最强值之后衰减迅速，并在次年冬季时转变成厄尔尼诺事件。诊断分析结果表明，同样是风场强迫作用导致的纬向平流反馈过程和温跃层反馈过程使得2005拉尼娜事件迅速衰减。在拉尼娜事件成熟时期冬季，相比于典型拉尼娜事件，2005拉尼娜事件中海温距平中心明显向东偏移，因此西北太平洋区域为异常气旋性环流。异常气旋性环流南侧西风距平将帮助2005拉尼娜事件迅速衰减，并在发展年次年夏季时发生位相转变。北半球秋季增强的海气相互作用过程使得正海温距平在2006年中继续发展，因此在2006年底时厄尔尼诺事件形成。对于1988拉尼娜事件而言，观测结果表明在冬季到达成熟时期之后，1988拉尼娜事件持续衰减过程，最终回复至气候平均态。诊断分析结果表明，由西北太平洋上风场强迫作用所导致的纬向平流反馈过程是造成特殊生命史形态的主要原因。在1988拉尼娜事件中，西北太平洋上空以异常气旋性环流为主。异常气旋性环流南侧赤道西太平洋上的西风距平将会激发出海洋中下沉Kelvin波向东传播，帮助1988拉尼娜事件迅速衰减。这一异常气施性环流始终得以维持并不断发展，因此1988拉尼娜事件最终于次年底时回复至气候平均态。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 研究背景

1．2．1 厄尔尼诺和拉尼娜事件振幅不对称性特征

1．2．2 厄尔尼诺事件和拉尼娜事件生命史不对称性特征

1．3 论文研究内容和目标

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目标

1．4 论文研究的问题和全文结构

1．4．1 研究拟解决的科学问题

1．4．2 全文结构

2．1 数据收集与分析

2．2 海洋混合层海温热量收支诊断分析方法

第三章 典型厄尔尼诺和拉尼娜事件生命史不对称性成因

3．1 引言

3．2 典型厄尔尼诺和拉尼娜事件生命史不对称性观测特征

3．3 典型厄尔尼诺和拉尼娜事件生命史不对称性形成机制

3．3．1 厄尔尼诺和拉尼娜事件发展阶段

3．3．2 厄尔尼诺和拉尼娜事件衰减阶段

3．3．3 厄尔尼诺事件位相转变阶段和拉尼娜事件再次发展阶段

3．3．4 厄尔尼诺事件成熟时期WP风场对IO SSTA的响应

3．3．5 赤道CP异常纬向风南移对ENSO事件生命史不对称性的影响

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 1986厄尔尼诺事件特殊生命史形成机制

4．3 本章小结

5．1 引言

5．2 2005拉尼娜事件特殊生命史形成机制

5．3 1988拉尼娜事件特殊生命史形成机制

5．4 本章小结

6．1 主要结论

6．2 本文创新点

6．3 工作展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读博士学位期间完成和发表的论文