文摘

在这项研究中,我们探索的可能机制相反ENSO对环流地区夏季降水的影响(GHA北部)和核能开发局地区秋季降水(赤道GHA)。这两个地区空间分布的基础上确定的年降雨量季节性高分数1979 - 2016年期间。夏季环流地区降雨量与ENSO负相关。因为温暖的外祖母̃o3.4海温纬向波触发一个模式在热带和部队上层西风异常和低级的东风异常在热带非洲。因此,削弱了上层热带东风急流(TEJ)和低层西风环流的地区导致缺乏降雨期间GHA北部环流。秋季降水变化在赤道GHA, IOD是一个关键因素。但是,秋季降水异常更在ENSO和IOD共存年仅比IOD年。换句话说,ENSO对秋天的降雨量显著影响赤道GHA IOD的通过。因为全球变暖海温,完全在印度洋西部形成(IO)在秋天ENSO发展,导致在赤道GHA低级收敛和提高上层东风在热带非洲。这些条件有利于丰富的降雨量赤道GHA在秋天。

1。介绍

经济学的伟大的非洲之角(GHA,包括五个国家,即、埃塞俄比亚、厄立特里亚、吉布提、索马里、肯尼亚;图1)主要依赖旱作农业,它深受季节性降雨大小(例如,1),很容易受到气候变化的影响。在该地区,洪水和干旱等极端天气事件频繁,经常负面影响作物生产(2][3- - - - - -5]。

根据东非的气候预测与应用中心(ICPAC),季节的GHA分为冬季(二月,摩根富林明)、弹簧(高于3,老妈),夏季(6、环流),和秋天(10,核能开发局)。GHA北部降雨量的季节性周期,包括Ethio-Sudanese边境,埃塞俄比亚和厄立特里亚中部和北部,提供了一个主要的雨季:环流。虽然GHA南部降雨量的季节性周期,包括埃塞俄比亚东南部、肯尼亚和索马里,提出了两个主要的雨季:一个是老妈,另一个生命。

许多研究表明在这热带降水的变化推动了不同的因素,如热带辐合带的迁移(ITCZ)从东部萨赫勒肯尼亚的南部地区(6,7印度洋偶极子(),3,4,8,9),厄尔尼诺南方涛动(4,6,10- - - - - -14),和东非低空急流15]。Diro et al。11)调查了全球海温与降雨量之间的相关性在不同地区的埃塞俄比亚。他们表明,环流降雨在埃塞俄比亚与ENSO负相关。只显示埃塞俄比亚东南部的赤道东太平洋海温的弱正相关。基于灵敏度实验驱动只与赤道太平洋海温异常Diro et al。11)和Gleixner et al。12)认为,经济放缓的整个印度季风系统弱上层热带东风急流(TEJ)和较弱的低级东非喷射造成干旱的夏季在埃塞俄比亚El Niño。而其他人(例如,8,16])发现印度洋偶极子(IOD)中起着主导作用,核能开发局的赤道非洲东部的降水变率,和ENSO和秋季降水之间的相关性是微不足道当IOD的影响排除在外。到目前为止,许多研究研究了ENSO的影响或IOD降雨量东非。很少有作家比较不同的动力学过程的影响ENSO的季节性降雨在不同地区GHA。在这项研究中,我们确定了两个降雨区域GHA:环流区域,作为对区域空间分布的基础上高的年降雨量季节性分数发现GHA北部环流降雨量的相关性与Niño3.4 SST对核能开发局的降雨在赤道GHA Niño3.4 SST。我们将探索机制,得出一些结论。

研究的其余部分组织如下:部分2描述了数据和方法。部分3给GHA季节性降雨的主导模式,不同的大气环流之间的发行量和响应对Niñ、o3.4海温和分析不同的动力学过程负责相反的夏季降雨和秋季降水的相关性在东非与Niño3.4 SST。的主要结论和讨论部分4。

2。数据和方法

在这项研究中,我们使用气候研究中心(CRU)月降水由从英国气象局气候异常的方法17]。每月的即将离任的长波辐射(OLR)数据来自美国国家海洋和大气管理局(18]。月平均海温资料了哈德利中心的海冰和SST数据集(19]。每月平均风、位势高度和压力密封水平领域获得的国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)再分析数据20.]。所有这些数据集在这项研究分析了1979 - 2016年期间。

印度洋偶极子模式指数(DMI) (21- - - - - -23)和Niño3.4海温指数了http://www.bom.gov.au/climate/iod/。总共7积极IOD年(1982、1983、1994、1997、2006、2012和2015年)和8 - IOD年(1981、1984、1989、1992、1996、1998、2010和2016年)定义当DMI指数超过0.8−0.8标准差,分别。总共7 El Niño年(1982、1987、1991、1997、2002、2009和2015年)和7 La Niñ一年(1984、1988、1998、1999、2007、2010和2011年)定义当外祖母̃o3.4指数超过0.8−0.8标准差,分别。大约一半的IOD事件与ENSO事件。一些积极的IOD年并发与El Niño年;一些消极的IOD年并发La Niñ一年。1979 - 2016年期间,有3 El Niño和积极IOD (pIOD)共存年(1982、1997和2015)和3 La Niñ和消极IOD (nIOD)共存年(1984、1998和2010);仅4 El Niño年(1987、1991、2002、2009)和4 La Niñ仅年(1988、1999、2007、2011);4积极IOD仅年(1983、1994、2006、2012)和5 -碘仅年(1981、1989、1992、1996和2016年)。

不同的季节性降雨区域定义基于季节性分数摩根富林明的年降雨量,老妈,环流,和生命的季节,分别(图2)。两个域(36 - 44.5°E, 2 - 7°N)和(44.5 - -50.5°E, 4 - 11.5°N)一起被定义为老妈地区。老妈地区东南部主要包括埃塞俄比亚和索马里北部。域(32-42°E, 7 - 18°N)被定义为环流区域。环流区域主要包括埃塞俄比亚的大部分地区和南部苏丹。两个域(37 - 40.5°E, 3.5°s - 1.5°N)和(40.5 -46°E, 1.5 - -5.5°N)一起被定义为,核能开发局的地区。作为地区主要涵盖了肯尼亚和索马里南部南部。所选地区的季节性降雨占年降雨量的45%以上。

因为老妈季节性降雨有弱关系对海温异常在热带印度洋和太平洋海洋(数据未显示),我们只检查ENSO对环流地区夏季降水的影响和秋天的降雨量,核能开发局的地区。为了解决这些问题,环流季节性降雨和反应之间的相关性季节性降雨异常海温的在他们的领域与月度检查样本的大小38年。为了确定大气环流模式与SST异常大气环流的复合材料El Niño(单独或El Niño;pIOD;pIOD孤独;El Niño和pIOD共存- La Niñ)年(或拉Niñ孤独;nIOD;nIOD孤独;La NiñnIOD和共存)进行了研究,它提供了一个深刻的理解之间的联系SST和季节性降雨的地区高分数的季节平均年降雨量降雨。结果的统计学意义使用学生的决心t测试。

证明和提取的主要模式空间季节性降雨的同质性,一个经验正交函数(EOF)方法的季节性降雨GHA也适用。EOF方法用于降低高维数据集少成维度,同时保留重要的信息。然而,EOF在这项研究的目的是检查EOF结果之间的一致性的研究领域和高分数的季节性平均年降雨量降雨在过去38年。

3所示。结果与讨论

3.1。GHA季节性降雨的主导模式

降雨的年度周期平均环流区域和核能开发局区域如图3。降雨量环流区域显示了单峰年度周期,而核能开发局地区降雨量显示了双峰年度周期。与环流的降雨量地区,降雨量,核能开发局的地区年降雨量较少的分数,但是,核能开发局的降雨量地区具有较强的年际变化(图4)。

为了检查是否选中区域的降雨量空间同质,我们应用EOF分析。图5显示前三个EOF的空间格局特征值和主成分(pc)的GHA夏季降雨。第一次和第二次的方差EOF模式是31.7%和18.7%,分别。第一个模式的特征是一致的环流地区降雨量丰富,定位在埃塞俄比亚北部的中心。第二个模式显示北/南西北偶极子模式的负异常埃塞俄比亚和苏丹边境正异常,肯尼亚和乌干达。第三个EOF模式的方差为9.8%,它的特点是偶极子模式在埃塞俄比亚。第一模式显示空间齐次选择环流地区降水变率,这表明area-averaged降水的环流区域可以解释这个地区的降水变率31.7%以上。有趣的是,PC1也指出了一个向上的年代际变化趋势。趋势系数为0.04,这表明有一些丰富的降水趋势在埃塞俄比亚1979年以来除了年际变化。

同样,前三个EOF模式和相关主成分(pc)秋季降水的GHA图所示6。第一个EOF模式是53.1%的方差。第一个模式,同质积极降水异常情况在整个GHA中心在肯尼亚南部,南部索马里和乌干达南部。建议选择的区域是合理的。第二个EOF模式是12.3%的方差。第二个模式显示经向偶极子模式与积极的异常在东埃塞俄比亚和索马里南部的负异常。第三个EOF模式的方差为8.1%,它的特点是在GHA纬向对称模式。在核能开发局季节,1982年,1997年,2002年、2006年和2015年在PC1湿年显示。四是co-occurrent pIOD年,以及作为区域平均降雨量(图4 (b))。核能开发局的PC1降雨也显示了一个上升趋势趋势系数为0.03,这表明有丰富的降水趋势在肯尼亚南部索马里南部,自1979年以来,除了年际变异性。

3.2。风场的影响

图7展示了月度全球海温之间的相关系数分布和夏季降水平均环流的地区。夏季环流地区降雨量明显与热带太平洋SST说6月以来。负连接热带太平洋海温在逐渐加剧,向东延伸到南美洲海岸到9月。换句话说,环流降雨在埃塞俄比亚和苏丹南部与厄尔尼诺现象有关负面̃o-like SST在夏天并发模式。这个结果与之前的研究一致。相比之下,秋天,核能开发局的降雨量地区呈正相关的El Niño-like SST在太平洋(图模式8)。,核能开发局的太平洋地区降雨不仅与SST还积极与赤道海温负相关和西方IO SST在海上大陆并发的季节。秋季平均降雨量的地区相关+ 0.70,核能开发局的季节意味着DMI时间序列和+ 0.45,核能开发局的季节意味着Niño3.4时间序列,这超过了0.05显著性水平。换句话说,海温异常的IOD-like偶极子模式(SSTA)热带IO在变化中起着主导作用的生命季节性降雨在赤道非洲东部。这些显著正相关性之间观察到秋季降雨和IOD事件一般协议与其他研究[16,24- - - - - -27]。Bahaga et al。16]表明Gill-type反应大气的一个温暖的SST在西方IO诱发低层西风异常在赤道非洲,导致水分通量收敛和丰富的降雨量东非。问题是为什么El Niño-like在热带太平洋SSTA在埃塞俄比亚将诱发低于正常降水环流但高于正常季节降水在赤道非洲东部。他们的机制是不同的吗?在3.3节,它将检查。

3.3。不同大气环流环流和对ENSO的之间的反应

解决的不同影响ENSO环流和生命两个GHA地区降雨,我们比较大气环流之间的复合环流和核能开发局降雨ENSO事件的响应,IOD事件,独自ENSO事件,IOD事件,和ENSO和IOD共存的事件。

图9显示了气候学的风和降雨量和降雨异常的复合材料,在200 hPa和850 hPa风异常,相关的低级ENSO事件的分歧(El Niño年- La Niñ)。

非洲北部热带环流是雨季。上层热带东风急流(TEJ)和ITCZ覆盖北部热带非洲和低水平环流的特点是融合区域(数据9(一个),9 (c),9 (e))。同时,在温暖的ENSO年的环流,上层TEJ是削弱了西风异常(图9 (b)),低级的东风异常西风减弱的热带北部非洲(图10 ()),由边际差异异常环流区域特色(图9 (f))。换句话说,它是由于非洲季风环流减弱在温暖的ENSO年诱发低于正常降水在大多数多雨的地区(图9 (d))。这些结果与之前的研究相一致(11,12]。

对于核能开发局气候学,ITCZ向南转移,覆盖热带非洲南部(图11 (c))。两个反气旋跨越赤道非洲的上层(图(11日))。,核能开发局的东部地区位于这两个反气旋和被弱伊斯特利(图覆盖(11日))。低水平的特征是收敛的,核能开发局的往东南和东北地区(图11 (c))。,El Niño年期间的生命,一个强大的反气旋异常覆盖热带非洲东北部和南部的一个小型反气旋异常包括热带非洲和伊斯特里两个反气旋之间加剧在上层,核能开发局的区域(图11 (b))。低水平是由东风异常出现在热带IO。风异常密切相关的变暖海温/西方IO(图10 (b)),导致在赤道非洲和东风异常西风异常热带IO低级然后提高水分通量收敛和丰富的降雨量东非,所显示Bahaga et al。16]。

先前的研究表明,降水变化在赤道非洲东部更接近于IOD事件(16];风异常的复合材料在200 hPa和850 hPa IOD事件也在这里介绍(图12)。在积极IOD几年,两个反气旋异常大步在上层热带非洲和东风异常更增强比厄尔Niño年(图12(一个))。,低水平的特征是东风异常在赤道IO和增强融合在赤道非洲北端和反气旋异常在热带非洲北部和南部的南方热带非洲(数字12 (b),12 (c),10 (c))。

一些IOD事件与ENSO事件。图13介绍了复合材料的降雨异常、风异常在200 hPa和850 hPa ENSO事件,IOD事件,分别和ENSO和IOD事件,共存。如图13,丰富的生命降雨出现在赤道非洲仅在温暖IOD年和El Niño和pIOD共存。但是,秋季降雨的地区更大的El Niño和pIOD共存多年,仅在积极IOD多年,这表明ENSO对秋天的降雨量显著影响赤道非洲东部。另一方面,秋天降雨量的地区没有明显的异常现象仅在ENSO年,这表明IOD至关重要在ENSO实际上在秋天,核能开发局的降雨量地区。循环有相似的特点。低级的东风异常在赤道IO远远在El Niño和pIOD共存事件比其他两个事件。

相反的响应环流降雨和核能开发局降雨与厄尔尼诺现象在东非̃o-like海温也可以观察到领域的OLR(数字14和15)。负(正)OLR异常显示增强(抑制)对流。在El Nin独自̃o年的环流,纬向波模式之一OLR沿着赤道异常发现,积极的OLR异常从热带大西洋热带非洲和延伸到海上大陆;消极的OLR异常涵盖了赤道太平洋(图(14日))。纬向波的模式也可以观察到在ENSO和IOD共存年夏天(图14 (c)),多在热带非洲和弱阳性OLR异常强烈的积极OLR异常在海上大陆,这表明ENSO的IOD事件在一定程度上抵消效应GHA夏季降雨量。仅在积极IOD年,消极的OLR异常在西方IO(图观察14 (b))。

在核能开发局El Niño和pIOD年,OLR的纬向波两种模式沿着赤道(图观察到异常15 (c))。一个负面的OLR异常从热带非洲东部延伸到热带西方IO。消极的OLR异常覆盖的另一个地区是热带太平洋说。两个正OLR异常位于海洋和热带大西洋西部大陆,分别。仅在ENSO年秋季OLR的异常不明显在热带非洲和印度洋(图(15日)可以观察到),但是他们仅在秋天IOD年(图15 (b)),它还表明,IOD至关重要在ENSO实际上在秋天,核能开发局的降雨量地区。

低(高)的位置海平面气压(SLP)匹配的增强(抑制)对流在热带地区(数字14和15)。独自在环流El Niño年(图(14日)),高于正常SLP从热带大西洋延伸到海上大陆和低于正常SLP延伸跨越太平洋热带说。将会呈现出一种热带地带性波模式之一。虽然在核能开发局El Niño和积极IOD年(图15 (c)),东非是上覆得到的边际负异常,说太平洋上覆得到的负异常。从热带大西洋延伸到高于正常SLP热带非洲西部以及海上的大陆。将会呈现出一种热带地带性波两种模式。

尽管海温异常模式的复合材料在环流和核能开发局El Niño年(图相似10),响应环流降雨和核能开发局降雨与厄尔尼诺现象在东非̃o-like SST是相反的。因为全球变暖海温对西方IO是完全生长在一些El Niño年秋天,诱发低级融合东风异常在热带非洲热带IO和西风异常,并提高了对流在赤道非洲东部(图10 (b))。

4所示。总结和讨论

在这项研究中,我们比较环流年际降雨变化和核能开发局GHA和探索不同的可能原因通过使用1979 - 2016年期间的数据集。基于空间分布的年降雨量季节性高分数,我们识别两个降水区域在GHA:环流的区域,作为对区域。GHA北部环流区域和降水量的单峰年度循环。,核能开发局的地区是南部的GHA,双峰年度周期的降雨。结果表明,Niño3.4海温明显影响环流的变化降雨和东非的生命的降雨量。环流地区夏季降水与El Nin负相关̃o-like SST模式,而秋季降水呈正相关的El Niño-like SST的模式。我们进一步检查和比较它们之间的机制。环流降雨变化,非洲季风环流减弱削弱上层TEJ和削弱了低层西南地区环流,导致低于正常降水在大多数多雨地区包括环流区域。IOD至关重要实际上在秋天降雨量东非。这些结果与以前的研究一致。 Though the autumn rainfall anomalies are not evident in ENSO alone years, rainfall anomalies are more pronounced when IOD events are concurrent with ENSO events. The intensified upper-level TEJ and enhanced low-level moisture flux convergence by easterly anomalies over tropical IO and westerly anomalies over tropical Africa triggered by the positive SST anomalies over western IO are favorable for abundant rainfall over East Africa. The warming SST fully grown in western IO during El Niño autumn is the reason for the opposite response of summer rainfall and autumn rainfall in East Africa to El Nino-like SST in Pacific. In one word, IOD is pivotal in having ENSO in effect in autumn rainfall over the East Africa, and ENSO has significant impact on autumn rainfall over East Africa by means of IOD (Figure16)。

IOD事件与ENSO事件密切相关。正如李等人提出的。28),El Niño可能诱发积极IOD沃克环流的变化。抑制对流在海上大陆可能诱发异常东风在赤道IO,喜欢温暖的SSTA在西方IO的消极的风应力旋度,从而令人沮丧的温跃层。另一个进程,支持一个温暖SSTA在西方IO是印度夏季风的弱化28]。普拉萨德和McClean29日)支持认为西方IO的气候变暖主要是应对当地风异常。温暖的SST在西方IO支持西部深对流云系IO,主要负责在秋季降水在赤道非洲东部。

但不是每个IOD事件由ENSO是陪着。Zhang et al。30.)之间的关系证明,东太平洋厄尔尼诺现象和IOD取决于El Niño的强度,而对于中央太平洋厄尔尼诺现象,其水平位置IOD的令人兴奋的一个更重要。风扇等。31日)建议IOD发展与早发性ENSO强劲,而迟发性的ENSO部队一个模糊的IOD模式与边际IO西部海温异常。秋天的可变性降雨量赤道海温在东非更接近于温暖的热带西方IO。但是,在厄尔尼诺和积极的同现IOD事件,作为对降雨明显比,仅在积极IOD事件。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作一直是国家重点支持的研究和发展项目的中国(2016 yfa0600402)。作者还要感谢中华人民共和国商务部的奖学金项目。