譚晶，姜華，黃勇勇，尹朝暉

（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081）

?

2012年夏赤道東太平洋弱增暖過程分析

譚晶，姜華，黃勇勇，尹朝暉

（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081）

摘要：利用OISST海表溫度資料、GODAS次表層海溫資料、TAO實(shí)時(shí)觀測(cè)的熱帶緯向風(fēng)和海表溫度資料分析了2012年夏赤道東太平洋弱增暖過程中赤道太平洋緯向風(fēng)、赤道太平洋次表層海溫及熱含量發(fā)展的一些特點(diǎn)，并與El Nino事件時(shí)期這些要素的發(fā)展特點(diǎn)做對(duì)比，分析這次增暖過程沒有發(fā)展成為El Nino事件的原因，為今后的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：海表溫度；次表層海溫；增暖過程；El Nino；西風(fēng)爆發(fā)；熱含量

1　引言

ENSO是地球氣候系統(tǒng)中最重要的年際振蕩，其表現(xiàn)為海表溫度（Sea Surface Temperature，SST）在熱帶東太平洋冷舌區(qū)域大范圍變暖的現(xiàn)象。ENSO是熱帶太平洋上大尺度海-氣相互作用的強(qiáng)烈體現(xiàn)，其對(duì)全球天氣和氣候變化具有重要影響，因此受到廣泛關(guān)注［1，2］。

ENSO的暖位相稱為El Nino。El Nino發(fā)生發(fā)展機(jī)理是El Nino研究中很重要的方面，國內(nèi)外很多學(xué)者開展的一系列研究揭示了一些有意義的現(xiàn)象。研究表明：西太平洋暖池（warm pool）位于暖的狀態(tài)是El Nino事件發(fā)生必不可少的條件，只有西太平洋熱容量處于異常大的狀態(tài)時(shí)，才有可能發(fā)生El Nino事件［3-5］。但是有些年份西太平洋暖池溫度足夠高，熱容量足夠大，第二年卻不發(fā)生El Nino事件，說明西太平洋暖池的偏暖狀態(tài)是發(fā)生El Nino事件的必要條件，還必須要有大氣條件的配合，海氣必須作為一個(gè)系統(tǒng)來考慮。其實(shí)，關(guān)于El Nino的成因，人們較早就發(fā)現(xiàn)它與熱帶西風(fēng)異常有關(guān)。Wyrtki［6］為此提出西風(fēng)爆發(fā)的概念，認(rèn)為El Nino是海洋對(duì)西風(fēng)與信風(fēng)張弛的響應(yīng)；Rasmusson等［7］發(fā)現(xiàn)每次El Nino發(fā)生前冬春季西太平洋有西風(fēng)異常，并激發(fā)東傳的Kelvin波，導(dǎo)致ElNino發(fā)生。Philander認(rèn)為［8］，大約1—2周左右一定強(qiáng)度的赤道西太平洋西風(fēng)爆發(fā)可引發(fā)El Nino，合成分析結(jié)果也表明：大范圍而穩(wěn)定的西風(fēng)異常伴隨El Nino從發(fā)生至消亡的整個(gè)過程［7］。我國科學(xué)家在赤道太平洋西風(fēng)激發(fā)El Nino機(jī)理方面也做了大量研究。張人禾等［9］在研究赤道東太平洋混合層變厚機(jī)制時(shí)，強(qiáng)調(diào)了首先出現(xiàn)在西太平洋的緯向風(fēng)應(yīng)力異常及其東傳對(duì)El Nino的重要性。張韌［10］應(yīng)用模糊系統(tǒng)理論這一數(shù)學(xué)方法檢測(cè)和證明了1970—1990年期間赤道太平洋西風(fēng)異常在不同El Nino事件中的觸發(fā)作用和加強(qiáng)作用。王彰貴等［11］利用1980年以來赤道太平洋西風(fēng)異常觀測(cè)資料，并利用POM海洋模式模擬了赤道太平洋海溫對(duì)不同類型西風(fēng)異常的響應(yīng)。分析表明：赤道太平洋上的西風(fēng)異常可以引起赤道中東太平洋海溫升高，但是El Nino事件能否發(fā)生，則與西風(fēng)異常的位置、強(qiáng)度和東移有關(guān)。陳幸榮等［12］利用最近20 a的大氣海洋資料，分析了El Nino事件與赤道太平洋西風(fēng)異常以及赤道太平洋次表層海溫之間的關(guān)系。楊輝等［13］針對(duì)不同持續(xù)時(shí)間的El Nino事件，進(jìn)行了大尺度大氣環(huán)流及其演變的合成分析研究，結(jié)果表明對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長的El Nino事件，赤道太平洋異常西風(fēng)維持的時(shí)間也較長。薛洪斌等［14］用海洋模式模擬和分析了西風(fēng)異常對(duì)次表層海溫異常東傳并引發(fā)El Nino事件的觸發(fā)作用。研究表明El Nino與熱帶太平洋的西風(fēng)爆發(fā)事件（Westerly Wind Burst Event，WWB）緊密相關(guān)，當(dāng)WWB發(fā)生時(shí)，強(qiáng)烈的西風(fēng)會(huì)拖曳西太平洋暖的海水向東移動(dòng)，并逐漸向表層抬升，導(dǎo)致赤道東太平洋表層海水增溫，最終爆發(fā)El Nino。

2012年夏季在赤道東太平洋發(fā)生了一次弱增暖過程，赤道東太平洋Nino3區(qū)（90°—150°W，5°S—5°N）海溫距平指數(shù)在夏季的3個(gè)月均超過了0.5℃。國內(nèi)外的一些預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)從初夏就預(yù)測(cè)赤道中東太平洋進(jìn)入El Nino狀態(tài)，并可能發(fā)展成為一次El Nino事件。但事實(shí)是這次過程在歷經(jīng)3個(gè)月后夭折，僅是一次增暖過程。本文主要從這次過程之前赤道太平洋的緯向風(fēng)場(chǎng)，過程中次表層海溫距平場(chǎng)的變化和熱含量場(chǎng)等有關(guān)El Nino發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵要素場(chǎng)的變化來分析這次過程沒有發(fā)展成El Nino事件的原因。

2　赤道太平洋異常海溫變化特征

2.1赤道太平洋月平均海表溫度距平變化

為了弄清2012年夏季熱帶中東太平洋增暖的整個(gè)過程，圖1給出了熱帶中東太平洋海表溫度距平5—10月逐月變化情況?？煽吹?012年5月在90°W以東的Nino1+2區(qū)首先開始出現(xiàn)了中心強(qiáng)度超過1℃的正海溫距平。到2012年6月正距平明顯的向西伸展，超過0.5℃的海溫正距平的西邊界已經(jīng)達(dá)到150°W附近，形成了比較明顯的暖舌形態(tài)。2012年7月，超過0.5℃的正距平區(qū)的西邊界向東退縮，但南北方向上有了比較明顯的擴(kuò)展，同時(shí)在赤道南美沿岸開始出現(xiàn)了很小范圍的負(fù)海溫距平。2012年8月，赤道東太平洋正海溫距平區(qū)南北范圍較7月明顯減小，向西移動(dòng)，并且一個(gè)最明顯的變化是正距平中心的強(qiáng)度比7月份明顯減小，高于1℃的正距平區(qū)變得非常小。2012年9月，除了赤道以南的南美沿岸有高于0.5℃的正海溫距平區(qū)外，130°W以東的赤道東太平洋區(qū)基本沒有高于0.5℃的正海溫距平區(qū)，高于0.5℃的正海溫距平區(qū)西移到了150°W附近，并且與其西邊的赤道以南的正海溫距平區(qū)連成一片。2012年10月，120°W以東的赤道太平洋完全為負(fù)的海溫距平控制。從這次增暖過程赤道東太平洋的海溫變化看，類似于東部型El Nino事件的增暖形態(tài)，增暖首先從Nino1+2區(qū)開始，然后增暖區(qū)向西移動(dòng)并發(fā)展。但這次增暖持續(xù)的時(shí)間不長，沒有形成一次El Nino事件。從Nino3區(qū)的海表溫度距平指數(shù)來看，2012年5月為0.15℃、6月為0.66℃，7月為0.92℃、8月為0.73℃、9月為0.43℃、10月為0.01℃，超過0.5℃的Nino3區(qū)海溫距平指數(shù)僅僅持續(xù)了3個(gè)月，而El Nino事件的標(biāo)準(zhǔn)是Nino3區(qū)海溫距平指數(shù)高于0.5℃持續(xù)半年或者以上（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心對(duì)于El Nino事件的定義）。

2.2赤道太平洋月平均次表層海溫距平變化

赤道中東太平洋表層的海溫變化與次表層海溫的變化是密切相關(guān)的，ENSO暖事件或者冷事件發(fā)生前，赤道太平洋次表層海溫已經(jīng)開始發(fā)生明顯的異常變化，并且這種變化伴隨著整個(gè)ENSO的循環(huán)過程，這就是對(duì)赤道太平洋次表層海溫的監(jiān)測(cè)在ENSO監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)中起到極其重要作用的原因。圖2是2012年5—10月5°S—5°N太平洋平均溫度距平垂直剖面，它反映了對(duì)應(yīng)于圖1的次表層異常海溫沿赤道的變化?？梢钥吹剑?012年5月份沿赤道太平洋次表層暖水主要堆積在赤道西太平洋暖池區(qū)，并且一直延伸到140°W附近，其最大異常暖水出現(xiàn)在次表層的100—200 m間，在赤道東太平洋135°W以東100 m以淺的次表層也有高于1℃的暖水，結(jié)合該月的表層海溫距平，在100°W以東的表層也開始有暖水出現(xiàn)。2012年6月，赤道西太平洋次表層暖水與上月相比非常穩(wěn)定的維持在原來的位置和深度，但是赤道東太平洋次表層暖水的強(qiáng)度和體積卻有了一定的發(fā)展。反映在表層海溫，5月赤道東太平洋的暖水向西發(fā)展，形成了比較明顯的暖舌，也正是這個(gè)月Nino3區(qū)的海溫距平指數(shù)超過了0.5℃。2012年7月，赤道西太平洋次表層暖水依然穩(wěn)定少動(dòng)，且強(qiáng)度變化也不大，但赤道東太平洋次表層暖水繼續(xù)發(fā)展，體積的增大使得其和赤道西太平洋次表層的暖水連成一片，中心強(qiáng)度也有一定增強(qiáng)，達(dá)到3℃以上。反映在表層海溫上，這個(gè)月也是Nino3區(qū)海表溫度距平指數(shù)最大的一月，為0.93℃。8月份，赤道太平洋東、西邊的暖水均有一定幅度減弱，西太平洋暖水表現(xiàn)在體積和強(qiáng)度上，而東太平洋暖水主要表現(xiàn)在強(qiáng)度上。到了9月份，140°—160°W的100—200 m處發(fā)展起來的冷水將赤道東、西太平洋次表層的暖水阻隔開，使得兩邊暖水的強(qiáng)度和體積都大幅減小。從表層海溫看，9月Nino3區(qū)海溫距平指數(shù)明顯下降，已低于0.5℃。10月，冷水向東移動(dòng)并向表層抬升，使得赤道東太平洋次表層暖水幾近消失，而赤道西太平洋暖水基本維持在原地。對(duì)應(yīng)到表層海溫上，該月Nino3區(qū)海溫距平指數(shù)為0.01℃，本次弱增暖過程基本宣告結(jié)束。

圖1 2012年5—10月熱帶太平洋月平均海表溫度距平（圖a—f分別為5—10月）

圖2 2012年5—10月5°S—5°N太平洋平均溫度距平垂直剖面（圖a—f分別為5—10月）

3　2012年夏季增暖過程發(fā)展受阻原因分析

3.1赤道太平洋緯向風(fēng)異常的影響

前人的研究得出，El Nino的發(fā)生不僅要有海洋條件的配合，即赤道西太平洋暖池區(qū)有足夠強(qiáng)的暖海水，大氣條件的配合也是必不可少的。研究表明：赤道西太平洋的西風(fēng)爆發(fā)并持續(xù)東傳是El Nino事件爆發(fā)的必要條件。圖3是用TAO（Tropical Atmosphere Ocean Project）資料得到的2012年赤道太平洋緯向風(fēng)時(shí)間-經(jīng)度剖面。從圖中可以看到，2012年春夏季赤道西太平洋距平西風(fēng)始終在170°W以西的赤道西太平洋區(qū)域，沒有發(fā)生明顯的東傳；與此同時(shí)，在150°W以東的赤道東太平洋，也有明顯的西風(fēng)異常出現(xiàn)，此西風(fēng)異?？赡苁菍?dǎo)致赤道東太平洋夏季增暖的主要原因。較長時(shí)間持續(xù)的西風(fēng)異常抑制了赤道東太平洋深層冷水的上翻，引起了局地增暖。但是這種局地的西風(fēng)異常引起的局地增暖在維持時(shí)間上不及由于赤道西太平洋西風(fēng)的爆發(fā)東傳引起的西太平洋暖池區(qū)暖水東移抬升引起的增暖，后者往往能造成El Nino事件，前者由于暖水的維持不足導(dǎo)致持續(xù)時(shí)間不夠長，所以往往只能引起赤道東太平洋局地的較短時(shí)間的增暖，而觸發(fā)不了El Nino事件。

3.2赤道太平洋次表層暖水的影響

由于這次增暖過程中，赤道西太平洋始終沒有較強(qiáng)的異常西風(fēng)爆發(fā)及東傳，結(jié)合次表層暖水來看（見圖2），赤道西太平洋次表層暖水一直穩(wěn)定少動(dòng)，而El Nino事件中赤道西太平洋次表層暖水常常沿著溫躍層向東移動(dòng)并向表層抬升［12］。從El Nino年合成的赤道太平洋次表層（0—300 m）海溫距平時(shí)間-經(jīng)度剖面看（見圖4），El Nino事件發(fā)生年赤道西太平洋次表層暖水存在明顯的東移，引起赤道中東太平洋表層海溫增暖，當(dāng)El Nino事件發(fā)生后，西太平洋暖池的次表層往往被溫度偏低的冷水所取代。2012年夏季赤道太平洋次表層海溫沒有這樣的變化特征，因此，2012年夏季赤道中東太平洋增暖是由局地的次表層暖水發(fā)展引起的。

3.3赤道中東太平洋次表層熱含量強(qiáng)度的變化

通過分析2000年后各次El Nino事件發(fā)生發(fā)展過程中100°—180°W赤道上層（0—300m）熱含量隨時(shí)間的變化可以看到（見圖5），El Nino事件時(shí)期，赤道中東太平洋次表層均有熱含量較強(qiáng)的正異常出現(xiàn)，雖然這幾次El Nino事件在歷史上只能算是中等或者中等偏弱的事件，但熱含量的峰值也會(huì)超過1℃；而2012年的增暖事件中，赤道中東太平洋次表層熱含量正異常較小，峰值在1℃以下，說明此次過程中，由于赤道中東太平洋增暖是由局地西風(fēng)異常抑制冷水上翻而引起，所以次表層暖水無論強(qiáng)度和體積都無法與El Nino事件相比。

圖3 2°S—2°N平均赤道太平洋緯向風(fēng)時(shí)間隨經(jīng)度剖面的變化

圖4 El Nino年（1982、1986、1991、1997、2002、2006、2009年）合成的赤道太平洋（5°S—5°N）0—300 m

4　結(jié)論

2012年夏季在赤道中東太平洋出現(xiàn)了一次增暖過程，通過分析本次增暖過程中赤道太平洋緯向風(fēng)、次表層海溫和熱含量等要素異常變化特點(diǎn)，并與El Nino事件年這些要素的發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，得出了這次增暖過程沒有發(fā)展成為El Nino事件的原因。主要結(jié)論如下：

（1）本次增暖過程發(fā)生前赤道西太平洋沒有明顯的西風(fēng)爆發(fā)并東傳的過程，而El Nino事件的爆發(fā)往往需要持續(xù)的西風(fēng)爆發(fā)并東傳。赤道東太平洋表層海溫的增暖是由于赤道東太平洋局地西風(fēng)引起；

圖5厄爾尼諾事件和2012年增暖事件赤道中東太平洋次表層熱含量對(duì)比

（2）在El Nino年，赤道西太平洋西風(fēng)爆發(fā)并東傳，在此影響下，赤道西太平洋次表層暖水沿溫躍層?xùn)|移并抬升，使得赤道東太平洋表層海溫增暖，在El Nino事件發(fā)生后，赤道西太平洋次表層往往為低于常年海溫的較冷海水所控制，而2012年夏季增暖過程中西太平洋次表層暖水一直穩(wěn)定少動(dòng)，增暖是由于赤道東太平洋次表層自身暖水發(fā)展的結(jié)果；（3）El Nino事件年，在赤道中東太平洋次表層會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的熱含量正距平，峰值一般在1℃以上，而2012年增暖過程赤道中東太平洋次表層熱含量正異常強(qiáng)度偏小，峰值小于1℃，說明赤道東太平洋次表層暖水的強(qiáng)度和體積均無法與El Nino事件年相比。

參考文獻(xiàn)：

［1］Wallace J M，Rasmusson E M，Mitchell T P，et al.On the Structure and Evolution of ENSO-Related Climate Variability in the Tropical Pacific:Lessons from TOGA［J］.Journal of Geophysical Research: Oceans（1978-2012），1998，103（C7）:14241-14259.

［2］高輝，王永光.ENSO對(duì)中國夏季降水可預(yù)測(cè)性變化的研究［J］.氣象學(xué)報(bào)，2007，65（1）:131-137.

［3］McCreary Jr J P，Anderson D L T.A Simple Model of El Nino and the Southern Oscillation［J］.Monthly Weather Review，1984，112 （5）:934-946.

［4］Anderson D L T，McCreary J P.Slowly Propagating Disturbances inaCoupledOcean-AtmosphereModel［J］.Journalofthe Atmospheric Sciences，1985，42（6）:615-630.

［5］Schopf P S，Suarez M J.Vacillations in A Coupled Ocean-Atmosphere Model［J］.Journal of the Atmospheric Sciences，1988，45（3）:549-566.

［6］Wyrtki K.El Ni?o-The Dynamic Response of the Equatorial Pacific Oceanto Atmospheric Forcing［J］.Journal of Physical Oceanography，1975，5（4）:572-584.

［7］Rasmusson E M，Carpenter T H.Variations in Tropical Sea Surface Temperature and Surface wind Fields Associated with the Southern Oscillation/El Ni?o［J］.Monthly Weather Review，1982，110（5）: 354-384.

［8］Philander S G H.El Ni?o Southern Oscillation Phenomena［J］. Nature，1983，302（5906）:295-301.

［9］張人禾，黃榮輝.El Ni?o事件發(fā)生和消亡中熱帶太平洋緯向風(fēng)應(yīng)力的動(dòng)力作用:Ⅰ.資料診斷和理論分析［J］.大氣科學(xué)，1998，22 （4）:587-599.

［10］張韌.El Ni?o/La Nina過程影響因子的模糊診斷分析［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2001，20（2）:8-14.

［11］王彰貴，邢如楠，陳幸榮.赤道太平洋西風(fēng)異常與El Ni?o的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，2004，28（3）:441-454.

［12］陳幸榮，王彰貴.西風(fēng)爆發(fā)、次表層暖水東移與厄爾尼諾現(xiàn)象［J］.海洋學(xué)報(bào)，2003，25（1）:19-27.

［13］楊輝，李崇銀.厄爾尼諾持續(xù)時(shí)間與大氣環(huán)流異常形勢(shì)［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2005，48（4）:780-788.

［14］薛洪斌，張銘，王業(yè)桂.熱帶太平洋地區(qū)風(fēng)場(chǎng)異常和與El Ni?o有關(guān)的年際變化［J］.氣候與環(huán)境研究，2006，11（4）:457-469.

中圖分類號(hào)：P731.11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0239（2016）02-0001-07

DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2016.02.001

收稿日期：2015-02-09

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（41376020）

作者簡介：譚晶（1979-），女，高級(jí)工程師，碩士，主要從事厄爾尼諾及中國氣候的預(yù)測(cè)與研究。E-mail:tj@nmefc.gov.cn

Analysis of weak warming process in the equatorial eastern Pacific during the summer of 2012

TAN Jing，JIANG Hua，HUANG Yong-yong，YIN Zhao-hui
（National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081 China）

Abstract：Based on OISST data，GODAS subsurface temperature data，the temperature and wind data from tropical atmosphere ocean project dataset，the reasons why the weak warming process in the equatorial eastern Pacific during the summer of 2012 can not develop El Nino event was discussed by analyzing the equatorial Pacific zonal wind，subsurface equatorial Pacific SST and thermal content in the warming process and comparing with the characteristics of the development of El Nino event.It can be the reference for the forecast in the future.

Key words：sea surface temperature；subsurface temperature；warming process；El Nino；west wind burst；thermal content