文摘
基于遥感Systems-retrieved温度数据在1979年1月至2016年2月期间,在北方冬季平流层和对流层温度的反应两个之前定义的类型的厄尔尼诺现象(春季(SP)和夏季(SU)]。结果表明,反应温度下SP发病涉及重大积极的异常,与对称分布在印度洋赤道地区低对流层(850 hPa)和负异常低平流层(50 hPa)。与此同时,在该地区30°N和30°赤道的年代,大部分地区平流层底部特征积极的异常。这表明SP厄尔尼诺事件比苏更有利事件变暖平流层。热带印度洋的大气环流结构有利于热空气向上传输的上层。相比之下,热带太平洋的结构有利于高空的变暖。另一方面,Eliassen-Palm (EP)通量小,热通量在SP-type事件是负的。因此,EP通量和Brewer-Dobson发行量减少,使温度高平流层上层troposphere-lower纬度较低的地区。
1。介绍
厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是最强的报告在热带太平洋海气相互作用现象。被认为是最强的年气候变化的信号,这对全球对流层天气和气候有重要影响(1,2]。最近的研究表明,低海面温度异常(SSTAs)将有助于上层大气环流的变化。SSTAs主要影响平流层和对流层大气中的波传播在ENSO事件。此外,寒冷和温暖的ENSO事件SSTA平流层(各自有自己的特点3]。因此,不同类型的厄尔尼诺事件将以不同的方式影响对流层和平流层的温度。描述和理解在平流层和对流层大气过程,以及他们的联系和互动,是重要的在调查的反应温度厄尔尼诺事件。
在1980年代之前,研究对流层和平流层温度依赖区域情况下,如剩余环流的概念提出了啤酒和多布森,这是垂直的经向环流的对流层和平流层从赤道到两极(4]。现在称为Brewer-Dobson循环,这种现象是用来解释水汽的垂直经向分布和平流层的臭氧。从1980年代起,气象学家开始理解之间的交互上下气氛和开展研究平流层和对流层从区域的角度,定量,和长期的变化。任等。5]研究了青藏高原上的重要性stratosphere-troposphere耦合通过应用等熵势涡度理论。高分辨率的拉格朗日运输模型的帮助下,陈et al。6]讨论了源地区,传播路径,和时间的气团平流层和对流层的运动在亚洲夏季季风区域。当涉及到平流层和对流层之间的交互SSTAs ENSO引起的,田口和哈特曼(7)使用一个大气化学气候模型来分析ENSO事件的机制影响极地平流层,指出平流层突然变暖在厄尔尼诺年的频率是双重的拉尼娜年大于。与此同时,营地和东8)表明,统计,ENSO影响北半球冬季极地平流层的温度;它生成的温度约为3.8 K,相当于赤道平流层纬向风的quasi-biennial振荡。计和里德9)发现,不同阶段的ENSO可引起逆转的对流层顶部的温度梯度,之后,里德et al。10)指出,良好的积极的和消极的相关性存在于热带平流层的温度和赤道太平洋的风场。最后,Yulaeva et al。11)指出的纬向不对称规范是ENSO信号在热带低平流层温度场。
先前的研究已经表明,强ENSO事件加强热带上升流和stratosphere-troposphere交流(STE)。这种变化在上升流和STE中发挥着重要作用的大气成分和结构上troposphere-lower平流层(你的)。特别,ENSO影响热带平流层和你的地区,尽管科学家们还同意在其范围和ENSO的不同类型之间的区别。
一般来说,我们主要研究厄尔尼诺从地理位置的角度,将ENSO划分为东部一个类型和中央类型。然而,根据SSTAs的力量在太平洋东部,厄尔尼诺现象也被分为四个水平(12,13]。事实上,厄尔尼诺事件的分类已经被许多科学家研究[14- - - - - -17]。1995年,王指出,厄尔尼诺事件的发生是极大地受到不同气候背景的SST (18徐,和陈19]证明了厄尔尼诺事件非常Asian-Australian季风密切相关。因此,厄尔尼诺事件分类根据其发病时间在他们的研究提供线索。
许多研究调查的影响,不同类型的对流层和低平流层的厄尔尼诺现象。例如,规范厄尔尼诺和厄尔尼诺Modoki事件会导致截然不同的影响平流层温度和循环(20.- - - - - -22]。这是因为完全不同的传播模式和耗散中纬度平流层的超长罗斯比波是由SSTAs的梯度模式的两种类型的厄尔尼诺事件。
具体地说,徐和陈19)提出一种新的分类的厄尔尼诺事件分为春季(SP)类型(指4月和5月的月)和夏季(超自然)类型(指的是7个月后),根据第一次Nino3.4指数超过0.5。典型的SP-type厄尔尼诺现象比SU-type事件更坚固耐用。因为时间的不同,强度,和厄尔尼诺现象,这两种类型的原因,也有可能是一个不同的对流层和平流层的温度响应。在目前的研究中我们调查这个断言。
2。数据和方法
2.1。卫星数据
微波探测装置(密歇根州立大学),携带美国极地轨道卫星,和先进的密歇根州立大学(AMSU)提供几乎覆盖全球大气温度的测量从地球表面到平流层越低,在整个一天。自1978年进入操作,这个工具发挥了至关重要的作用在上层大气温度的变化的研究23]。目前,三套长期MSU数据:一个是编译和品质管理的在亨茨维尔阿拉巴马大学;第二个由科学研究公司遥感系统(RSS);第三个由NOAA国家环境卫星数据和信息服务和卫星应用和研究中心24]。
因为RSS数据为我们提供了所需的温度信息在当前的研究中,我们使用月度RSS数据(ftp://ftp.ssmi.com/msu/data/)的决议 在全球范围内的1979年1月至2016年2月。这些数据包括对流层温度低(TLT),中间的温度对流层(TMT),温度低平流层(TLS),总对流层的温度(TTT)和平流层的温度总(TTS),在垂直方向。计算到达目标时间的线性算法涉及TMT和TLS:到达目标时间= 1.1×TMT−0.1×TLS。根据建议的官方网站,我们使用4.0版本的TMT以及TTT数据和其他数据的3.3版本。
2.2。Nino3.4指数
Nino3.4指数从月度数据用于这项研究SSTA可用气候预测中心(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/1950年至2016年)时期。
2.3。再分析数据
ERA-Interim数据用于分析循环模式,从1979年1月至2016年2月热通量。垂直方向的五个代表高度选择:低对流层(700 hPa),中间对流层(500 hPa),对流层上层(200 hPa),低平流层(100 hPa)和平流层(1 hPa)。分析循环模式,冬季(December-January-February)每月的纬向和经向风场,水平分辨率 。对海温的水平分辨率 。最后,对于热通量分析,《每日经向风场和温度,水平分辨率 。
2.4。方法
综合分析是在这项研究中,采用的主要方法的t以及用于判断统计学意义。具体来说,设置( )和( )的均值和方差和分别的时候=,统计 。一个分布与 自由度是服从,它可以用来测试的假设两个样本的总体均值相等。给的可靠性和,当 这个假设是错误的,明显不同(25- - - - - -27]。
3所示。的分类和比较两种类型的厄尔尼诺现象
3.1。分类
根据分类方法(19),第一次Nino3.4指数超过0.5被认为是厄尔尼诺现象发生的时刻。此外,厄尔尼诺事件归类为有发生Nino3.4指数超过0.5时发生了至少六个月。此外,厄尔尼诺事件分为SP类型(即。春天:4月和5月)和SU(即类型。夏天:在7月)。删除异常从1986年到1988年(时间太长),厄尔尼诺现象类型分为详细表1。简而言之,SP事件是1982年,1991年,1997年,2002年和2015年和1994年苏事件,2004年,2006年和2009年。综合分析,今年12月的厄尔尼诺事件开始时和相应的第二年的1月到2月。例如,SP-type厄尔尼诺现象从1982年5月到1983年6月,1982年12月和1983年1月到2月。
3.2。比较
图1表明Nino3.4指数从1979年到2016年平均比SU-type SP-type事件的大事件,并可以超过0.9的区别。除了SP-type 2002/03,所有SP-type Nino3.4索引值高于平均值(绿线),而SU-type值低。简而言之,SP-type厄尔尼诺事件比SU-type事件。
更清楚地了解两种类型之间的差异的厄尔尼诺现象,的时间演化SSTAs赤道附近(5°S-5°N)是合成(图2),0代表一年的厄尔尼诺事件发生和+ 1代表。SP的事件(图2(一个)),积极SSTAs最大值为2.2°C出现在110°W,和持续时间从12月持续到次年的1月。积极SSTAs坐落在赤道东太平洋近170°E-60°W。在这一领域,SP事件的起始时间在4月开始。与此同时,积极SSTAs坚持在这一领域大约14到16个月,同时,赤道东太平洋是由负SSTAs−0.4的最大价值。负SSTAs在这个领域持续约12个月。
(一)
(b)
值得注意的是,积极SSTAs也存在在印度洋赤道附近30°-100°E。积极SSTAs最大值为0.6°去年从12月到第二年的2月。
苏事件,积极SSTAs开始出现近170°W今年6月在厄尔尼诺现象发生时(图2 (b)),但弱于那些SP的事件。此外,最大的积极SSTAs位于远东比SP的事件。积极SSTAs坐落在赤道附近太平洋中部和东部150°E-60°W。在这个领域,积极SSTAs持续大约8到10个月,短于SP事件。此外,东西方SST梯度远弱于SP的事件。
4所示。响应的对流层和平流层的温度
在图所示的温度复合材料3对流层和平流层,包括SP厄尔尼诺事件总计15个月5年和苏厄尔尼诺事件在4年共计12个月,显示从低对流层大气平流层的特点是积极的异常。这是基于一个测试区域覆盖整个赤道印度洋和表明SP-type大规模事件可以温暖的大气层比SU-type事件在冬季对流层和平流层。此外,这对赤道异常的分布是对称的。积极的价值异常面积约1.0 K。结果温度复合材料TMT以及TTT的结果类似于TLT温度复合材料,所以图3只显示温度在TLT复合材料。
(一)
(b)
在同温层,印度洋地区的差异不显著但显示了一个负异常,对赤道是对称的。这意味着SP-type事件可以冷却大气超过SU-type事件在冬天,冷却速度是大约0.5 K。然而,对于该地区30°N和30°赤道的年代,大多数低平流层中差异显著,表现为积极的异常。这表明,除了赤道印度洋地区,SP-type厄尔尼诺事件比SU-type更有利事件变暖平流层。
众所周知,印度洋海温相当与东亚夏季季风密切相关。指示是印度洋海温异常变化影响ENSO的强度和持续时间,根据观测。一方面,SP - SU-type、厄尔尼诺事件将影响到印度洋海温的同时,另一方面,从这里给出的综合分析,SP -和SU-type事件可以有不同的影响从低对流层温度低平流层。因此,我们关注赤道印度洋和太平洋地区从低对流层低平流层。此外,我们分析了对流层和平流层温度的反应热力学原因这两种类型的厄尔尼诺事件。
5。机械的分析
5.1。动态的原因
海洋大气的主要来源不仅是运动,而且大气中的水蒸气。海洋变化将大大有助于大气环流和气候变化。西北印度洋周围是非洲和西藏高原,这是东部的海上大陆和西太平洋暖池,和南部到达南极。作为一个重要的部分Asian-Australian季风区域,印度洋地区独特的气候特点和规则的变化。此外,太平洋提供大量的明智和潜热对全球气候(28]。热带太平洋为世界提供了最重要的年际变化,称为ENSO (29日- - - - - -31日]。综合分析报告的部分4,我们可以得出这样的结论:在低平流层温度附近的印度洋和太平洋显著受到厄尔尼诺事件的两种类型。因此,使用面积在0°-80°W,和850 hPa代表100 hPa代表低对流层和低平流层,我们专注在这个部分通过综合分析调查大气环流模式和SST差异(SP - SU)在这一领域,希望我们可以解释的动态过程。
从风场和海温的综合分析,我们可以看到,当一个SP-type厄尔尼诺事件发生时,两个反气旋发行量刺激低对流层(850 hPa)在菲律宾群岛的海洋区域附近,比当一个SU-type厄尔尼诺事件发生时(图4)。两对赤道反气旋发行量几乎对称,导致异常往东南风在热带东印度洋。然而,反气旋环流的的东风在赤道西印度洋开始收敛。这并不难理解,因为SP-type厄尔尼诺事件比SU-type更长时间和更强烈的厄尔尼诺现象。
发现西太平洋暖池的SSTAs寒冷和纬向风场梯度减弱,进而可以削弱沃克环流。最初,偏东信风坐落在东太平洋的西侧(加热区)削弱甚至成为西风,而运输海洋的温水西部的东部异常温暖的水。因此,西边的信风减弱的区域,对海温继续增加和温暖的水域的东部海洋扩张。反过来,东风的削弱和加强的西风将继续下去。造成的风向变化SSTAs诱发异常散度向下分支的沃克环流在赤道西太平洋地区。因此,异常反气旋菲律宾附近出现。上面的模型叫做吉尔响应(大气运动的强迫响应海洋热)。因为温暖的西部和东部的冷,冷海温东刺激两个反气旋环流异常(罗斯比波型),赤道对称,在对流层较低,通过Matsuno-Gill-type循环反应(32]。在风场,这表现为一个赤道气流的增强。
相应地,从200 hPa(图中未显示)到100 hPa(图5),两个对称的气旋中心是显而易见的菲律宾岛屿和海洋附近的两个对称反气旋中心中央印度洋赤道附近是显而易见的。刺激循环在对流层上层热带印度洋是一致的反应气氛对单一对称的热源。在菲律宾群岛附近,较低的层在850 hPa是一个异常反气旋,而上层100 hPa是一个异常气旋环流。这种结构,在较低的层和反气旋风暴在上层,导致大气下行运动。
一般来说,热带印度洋附近似乎有一个结构组成一对对称的气旋从低对流层850 hPa一对对称反气旋上从200年hPa - 100 hPa对流层。这种结构有利于转移的热空气向上下层到上层,但不是低平流层。
除此之外,在热带西太平洋附近,似乎有一双对称反气旋低对流层850 hPa一对对称的气旋从对流层上层200 hPa - 100 hPa,倾向于向下运动。比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,这个地区的风场是冷,抑制低的冷空气层进入上层。因此,在低平流层温度SP-type厄尔尼诺事件要暖起来了。
此外,附近的热带东太平洋,似乎有一双对称低对流层850 hPa气旋和一对对称反气旋的对流层上层从200 hPa - 100 hPa,这有利于向上运动。比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,海温在这个区域是温暖的,这意味着这种结构有利于热空气的转移到上层。因此,在低平流层温度SP-type厄尔尼诺事件要暖起来了。
5.2。热力学原因
在行星波的垂直传播理论,恰尼和Drazin33)指出,西风带的罗斯贝波只能传播。同时,如果纬向西风低于罗斯比临界风速是满意,行星波(分别为1和2)可以转移到平流层,从而影响中层和上层大气环流系统。根据波流相互作用的理论34),大气密度随高度和行星波的振幅增加。行星波时将被转移到一定的高度,因为大的振幅。的合成释放energy-manifesting Eliassen-Palm (EP)通量融合将导致西风带下降和变暖的平流层。行星波足够强大时,极地漩涡崩溃,西风把东风,极地地区的温度急剧增加,和平流层突然变暖3,35]。在这些绝热条件下,加速和减速的原因纬向平均流依赖EP通量的收敛性和发散。因此,EP通量通常是用作诊断行星波的传播的一个重要工具。此外,在大气环流研究zonal-mean循环是最常用的。根据一些研究,Brewer-Dobson循环会影响低平流层温度和水(36,37]。因此,它是有用的讨论Brewer-Dobson环流的变化和波流相互作用引起的大气环流异常的进化在纬向的角度quasi-geostrophic近似的意思。
因为行星波的垂直传播只能发生在中、高纬度地区,此外,中纬度地区的关键领域是行星波向上转移对流层和平流层(38,39),面积在45°-60°N选择分析代表热通量的一部分。这个词可以用来量化热流,EP通量的标准(40),代表南风和北风的纬向偏差纬向偏差的温度。如果 ,这意味着热通量是正的,EP通量增加,Brewer-Dobson循环增强。如果 ,这意味着热通量是负的,EP通量降低,Brewer-Dobson环流变弱。
在这项研究中,使用ERA-Interim数据,包括 每日的经向风场和温度场。此外,200 hPa代表对流层上层,100 hPa的平流层,50 hPa中产平流层。的热通量复合材料SP-type和SU-type厄尔尼诺事件从1978年到2016年在表2,总综合值是一个在200 hPa和50 hPa显著负异常;然而,这不是明显积极的在100 hPa。此外,价值200 hPa和100 hPa 12月1月和2月相比是积极的。基本上,Brewer-Dobson循环并不重要(12月41]。不考虑热通量的12月,热通量成分上对流层和低平流层从200 hPa 50 hPa展览整体负异常(数据没有显示)。
一般来说,比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,如表所示2, ,这意味着热通量是负的,EP通量降低,Brewer-Dobson环流变弱。很容易解释这一点。比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,一个寒冷异常存在于热带太平洋和有一个减少行星波。相应地,重力波的漂移减少热带平流层。根据“下行控制理论”,平流层的Brewer-Dobson循环减少。通过绝热冷却,负异常将热量较低平流层在低纬度和冷却在中纬度地区平流层。
6。总结
通过综合分析低对流层低平流层的温度条件下的SP - SU-type厄尔尼诺事件和热力学和动态机制的调查,我们总结如下:(1)SP-type厄尔尼诺现象是一个更强大和更耐用比SU-type厄尔尼诺现象。期间积极SSTAs SP-type事件持续大约14到16个月,而他们只持续大约8 - 10个月期间SU-type事件。此外,东西方SST梯度比在弱SP-type事件。(2)通过综合分析温度的降低低平流层对流层,不同的特征在较低和较高图层是显而易见的。低对流层,印度洋地区附近的温度异常显示了重要的积极的异常,对赤道是对称的,而低平流层的温度异常显示了一个负异常,对赤道是对称的。然而,在该地区30°N和30°赤道的年代,大多数低平流层有显著正的异常。这表明,除了赤道印度洋地区,SP-type厄尔尼诺事件比SU-type更有利事件变暖平流层。(3)通过综合分析、风场和海温大气环流模式符合Matsuno-Gill-type响应。热带印度洋附近大气环流结构效益较低的层的热空气向上转移到上层,但不是低平流层。(4)热带西太平洋附近的大气环流结构有利于向下运动。比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,对海温接近这个区域是冷,抑制运动的冷空气向上层下层向上。(5)热带东太平洋附近的大气环流结构有利于向上运动。比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,这个区域附近的海面温度是温暖的,是有利于向上传递温暖的空气进入上层。(6)比较SP-type和SU-type厄尔尼诺事件的发生,热通量是负的,EP通量减少,和Brewer-Dobson发行量减少,使温度高上对流层和低平流层低纬度地区。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金的项目(41675039,41675039,91537213)和广东海洋大学研究支持经费海气交互和数据同化。作者欣赏大大Jianjun许博士为他好的建议处理的手稿修改。