英语原文共 21 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

西风爆发以及它和季节内变化、ENSO之间的关系

摘要

使用了从1979年1月~2002年8月的ECMWF的40年的再分析资料，本文研究了WWB、ENSO和ISVs三者之间的关系的统计上的特征。在印度洋和太平洋上探测到了WWB，但是在大西洋上没有探测到WWB。每一个区域的WWB的频率都与Nino 3区的SSTA滞后相关。WWB往往是按次序发生，从西太平洋到东太平洋，各自地领先于EN的峰值9个月~1个月，大约在11个月之后，出现在印度洋上。这些结果表明WWB的出现不是随机的，而是和ENSO相互作用的。综合分析揭示了大部分的WWB是与对流区（如MJO）的东传减弱相联系，伴随着加强了的Rossby波响应。尽管强的MJO事件往往会bear WWB，然而，MJO振幅的季节的变化和年际间的变化又与WWB频率不相关。结果表明：强的MJO振幅为WWB频率提供了有利的条件，但是它不是影响WWB频率的唯一因素。对于所有区域的WWB的产生的普遍的环境是：在靠近赤道的WWB中心的周围有背景西风的存在。可以推断出：ENSO为MJO的结构的转变提供了有利的环境，那就是Rossby波响应得到了加强，它导致了WWB的产生。背景风场对WWB的产生所起的作用将会在下一篇文章进行讨论，讨论的角度是能量。

一、前言

近几十年以来，为了揭示ENSO变化，科学家们开展了许多的观测和模式研究，这是因为ENSO对全球气候有着显著的影响。研究结果表明ENSO是一种耦合的大气——海洋振荡现象，它主要是受到：大尺度的赤道海洋波过程和大气环流变化的驱动（如：皮叶克尼斯，1969）。然而，要解释深层次的ENSO是十分困难的，尤其是：在每一次ENSO事件中，它的时间特征和振幅的变化是如此之大。虽然海洋掌握着对厄尔尼诺有利的情况，比如说沿着赤道的热容量的形成，但这还不足以去预测厄尔尼诺的发展（McPhaden 2004），这主要指的是忽略了高频的天气尺度的大气变化的次级影响。

西风爆发，这种发生在近赤道的天气尺度扰动被认为对厄尔尼诺有着非常大的影响。原先的研究已经表明了这些天气尺度的扰动能够对大尺度的变化产生影响，也就是说：通过直接激发在太平洋上沿着赤道向东传播的海洋开尔文波，从而对厄尔尼诺的发展产生影响（Harrison 1984；McPhaden 1988,1992,1999;Lengaigne 2002）。因此，为了预测ENSO的变化，开展研究天气尺度扰动（如WWBs）是如何发展、何时发展是很重要的。这种WWBs对太平洋上海表温度（SST）异常的影响已经从统计上进行了描述（Vecchi 2000）。

考虑到在产生WWBs的过程中的大气现象以及这些现象和ENSO的关系，研究结果表明：与西太平洋上的双气旋相联系的WWBs会加速1986~87年的ENSO暖位相的发展（Nitta 1987,1989）。Keen（1982）在使用了1970~1979年期间的十年资料后指出：气旋对的分布与太平洋上暖舌的向东移动相对应。Lander（1990）研究了具体一个案例，关于赤道对流发展成为双气旋。Luther（1983）得出的结论是：从1950~1978，在厄尔尼诺出现之前，中太平洋上的信风减弱与一系列的强WWBs相关联。此外，Murakami 1989强调了：在西太平洋上集体出现的持续7~20天的WWBs与ENSO相关联。

使用中等复杂程度耦合模式的数值研究已经表明了：随机出现的WWB对ENSO的影响不但取决于背景状态，还取决于ENSO的位相（Moore 1999;Fedorov 2002,2003），在另一方面，Eisenman(2005)使用了中等复杂程度耦合模式和观测后声称：WWB的发生并不是随机的，不如说它们是受到ENSO的调节的。在使用了大气环流模式后的数值结果也表明：WWB对El Nino的起初和发展阶段有着重要影响，这影响是WWB通过直接对海洋产生的影响来实现的，而且WWB还通过对大气变化产生间接影响也能实现（Lengaigne 2003）。这些理论是通过使用大气环流模式来证实的，尽管sensitivity was large（Lengaigne 2004）。因此，WWB（尤其是发生在太平洋上的）和ENSO之间的关系已经在许多研究中进行了检验。然而，赤道上的WWB的全球分布以及它们与ENSO的关系至今还未有被阐明清楚。

Hartten 1996 定义了许多西太平洋发生的WWB事件。并且Harrison 1997表明了发生在西太平洋的八个区域的WWB事件的综合结果以及在一些地区的WWB事件与南方涛动指数（SOI）呈负相关。这两件研究声称四个现象其中的一个——单个气旋、在南北半球的气旋、双气旋或是跨赤道气流——是与WWB相联系。在这两个研究之前，Harrison 1991在使用了历史岛屿的数据后展现了WWB的纬向特征，并且他总结出在赤道以及赤道以南的WWB事件是最强的。

原先的研究描述了一些与MJO向东传播加强相联系的WWB事件的产生（Madden and Julian 1994）会导致双气旋（Lin 1996）。Lau 1989报告了在季节内变化（ISVs）、超级云群和WWB事件中的分层结构，他使用了理想的数值试验。然而，在WWB和MJO之间的统计关系至今还未阐明清楚。

且已经有人提出了WWB事件是由中纬度的强迫所造成的，如西太平发生的寒潮（cold surge）（Kiladis 1994）。Yu（1998）在对1997/98年厄尔尼诺事件的研究中表明：与MJO对流通道位相相一致的寒潮会导致气旋生成，而WWB是与这些气旋相联系。两个案例分析表明：受到ENSO位相的影响下，北风增强（northerly surge）路径的改变与WWB的发生有关联，这关联的机制是通过西太平洋气旋的形成。然而，对于是否该股surge对于WWB的发生是必要的从统计上来看还尚不明确，仍有可能MJO为寒潮的入侵提供了有利的环境（favorable environment）。

至于ENSO和MJO的关系，Slingo 1999已经表明周期为20~100天的ISVs与ENSO循环无关，而这周期通常也是MJO的频率。然而，周期为60~100天的ISVs或是the third EOF of ISVs combined with lower modes 与ENSO循环相关联。并且主要由大气风压激发的季节内海洋开尔文波有着大约70天的主导周期，这一周期要比大气ISVs的周期更长。这些差异是可争论的、未成定数话题。Roundy 2006指出：当海洋状况朝着El Nino时，海洋开尔文波的位相速度的短暂减少与大气扰动相结合，这一点可以从一定程度上解释这些差异。

Zhang 2002表明：西太平洋的MJO激发下会产生的更强大的海洋开尔文波异常，在这之后，东太平洋的ENSO暖事件有着更大的SSTA趋势。在另一方面，Takayabu 1999建议：对流性的耦合大气开尔文波加速了1997/98年的厄尔尼诺的终结。这些作者表明：对流性的耦合ISVs在1998年5月份沿着赤道传播，并且它在对流层的下层有着开尔文波的结构，但是在对流层上层表现为Gill类型的结构。因此，对于会影响厄尔尼诺发展和终止的MJO结构的变化的研究需要更进一步，这些更进一步的研究这是重要的。响应SST季节移动的对流的径向变化表现为97/98厄尔尼诺的突然中止的另一个来源（Vecchi 2006）。

本文的目标是从统计上分析：在所有的经度下发生在赤道不同纬度的WWB的特征（the features of WWBs over the equatorial latitudes at all longitudes）以及寻找有利于WWB产生的环境条件。我们关注它们（特征和环境条件）和ENSO、MJO的关系，在我的下一篇文章（Part II），我们将检验处于不同的ENSO和MJO位相下的WWB的产生过程中的天气尺度扰动的能量。

在第二部分进行了数据描述。在第三部分致力于定义WWB。在第四、第五部分，分别对WWB的总体分布（general distribution）和季节性的变化（seasonal variations）进行了检验。在第六部分，我们展现了一个落后相关分析去检验ENSO和WWB的关系。在第七部分，为了研究有利于WWB产生的环境条件，我们进行了综合分析（composite analysis）。在第八部分检验了：MJO的振幅和WWB的频率的关系。最后一部分进行了讨论和总结。

二.数据

用于定义WWB的初始数据是：每日记录四次的10m高风速的日平均值，时间上是1979年1月~2002年8月，取自欧洲中尺度天气预测中心（ECMWF）的40年再分析资料（Re-analysis data），分辨率为2.5°2.5°格点数据。NASA的PODAAC提供了SSM/I全球海表面风场数据，以及来自由NOAA/PMEL提供的TOGA太平洋项目的TAO浮标的表面风场观测资料，它们被用来评估欧洲中尺度气象中心风场再分析资料（ERA-40）风场数据的质量。

来自SSM/I的表面风场数据的时间范围是1987年7月~2001年12月，格点分辨率是。SSM/I风场观测的特征是高分辨率和高覆盖率，但是它缺少风指向信息。因此，它们的风向由ECMWF分析数据（Atlas 1996）提供。由大约70个浮标观测的每日表面风场覆盖了范围8°S~9°N，137°E~95°W的赤道带（McPhaden 1998），数据使用的时间是1992~2002，因为这一时期的数据覆盖范围很好。来源于NOAA，时期：1979~2002，分辨率为的每日的向外长波辐射（OLR）数据也被用来当做为热带地区的对流活动的代用资料，也使用了1981~2002，分辨率为的每周的格点场最优插值海表温度（OISST）数据（Reynolds 2002）。EC中心的40年再分析资料的200hpa纬向风场和OLR进行了带通滤波，滤取了20~100天，用来研究第七部分讨论的季节内变化。

三、WWB的定义

首先，我们定义了WWB。Harrison 1997使用了相对于月气候场（monthly climatology）异常的表面风场资料去定义WWB。Hartten 1996使用了WWB标准，即：在纬向范围超过10°的区域中1000hpa纬向风速超过5m/s且持续两天。在另一方面，Murakami 1989使用了带通滤波了的850hpa纬向风和将WWB等同于西风的突然加速。尽管在先前的研究中提出了很多的WWB的定义，但是我们使用了Hartten于1996年提出的WWB定义的修正版本（modified version），那就是来自季节气候场（seasonal climatology）的纬向风异常。我们使用这一定义是因为我们旨在探测在所有的赤道经度上的WWB。近赤道的纬向风速的气候态有着很大的经度变化（large longitudinal variations），此外，还包括季节性的变化。因此，我们根据下列三种情况定义WWB事件。

首先，我们使用了从1979~2001年的10m高的纬向风场数据建立了一个长度为91天的滑动平均日气候态（running-mean daily climatology）来获取季节的气候变化（climatological seasonal variation），也就是要比ISV周期更长的周期。随后，异常值可以被定义为偏离于这一日气候态的偏差。这91天的平均是依据主要在赤道热带地区的每半年的变化（biannual variation）。注意到：在61天的滑动平均的敏感性试验中的这些径向的和季节的分布是稳固的。在后文的“风场异常”表示偏离91天滑动平均的差异。WWB事件定义为满足下列三个标准的事件：

1）表明纬向风异常在2.5°S~2.5°N之间的平均值大于或等于5m/s。既然我们含蓄地考虑了海洋开尔文波的激发或是扩增作为WWB的主要影响，我们根据海洋变形半径选取了用于取平均值的径向宽度（2.5°S~2.5°N）；

2）满足上述纬向风标准（即标准1）的区域在纬向上范围超过10个经度，这相当于沿着赤道大约1100km的长度；

3）上述两个条件至少持续2天。

当两个连续日期的最大异常经度之间的距离是7.5°或是更加接近时，最后一个连续性标准可得到满足。这三个标准主要地参考了Hartten 1996，但是“使用异常值来

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[21728]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word