丁一匯

中國(guó)氣象局 國(guó)家氣候中心,北京 100081

2014—2016年超強(qiáng)El Ni?o事件的發(fā)生發(fā)展過程與機(jī)理分析

丁一匯

中國(guó)氣象局 國(guó)家氣候中心,北京 100081

2016-10-28收稿，2016-11-04接受

本文主要分析了2014—2016年超強(qiáng)El Ni?o事件的發(fā)生發(fā)展過程與機(jī)理。結(jié)果表明,整個(gè)El Ni?o生命期長(zhǎng)達(dá)2 a左右(2014年4月—2016年5月),其演變過程可劃分為4個(gè)階段:1)早期的西風(fēng)連續(xù)爆發(fā)(2013年12月—2014年4月)。連續(xù)三次西風(fēng)爆發(fā)不但改變了熱帶中東太平洋長(zhǎng)期盛行的偏東信風(fēng),同時(shí)也開始改變了中東太平洋長(zhǎng)達(dá)12 a的平均冷水狀態(tài),使海表溫度開始增暖,在2014年初春超過0.5 ℃,標(biāo)志著一次新的El Ni?o事件可能在赤道中太平洋發(fā)生。2)交替的減弱與增強(qiáng)期(2014年6月—2015年8月)。赤道西太平洋繼續(xù)發(fā)生了6次西風(fēng)爆發(fā),不但維持和增強(qiáng)了赤道中東太平洋的增溫,而且通過了兩次(2014年5—8月與2015年1—3月)海洋增暖的減緩期或障礙期,使初生的El Ni?o事件不但未夭折,而且明顯的增強(qiáng)為一次強(qiáng)El Ni?o事件。Ni?o3.4區(qū)海溫指數(shù)在2015年8月達(dá)到2 ℃。相應(yīng),赤道太平洋次表層中也觀測(cè)到有6次暖Kelvin波東傳,其正的熱含量距平不但維持了赤道中東太平洋的連續(xù)增暖,也使El Ni?o的類型由中部型向東部型過渡。3)發(fā)展的鼎盛期(2015年9月—2016年2月)。西風(fēng)出現(xiàn)2次更強(qiáng)的爆發(fā),相應(yīng)中東赤道太平洋對(duì)流活動(dòng)異常強(qiáng)盛,Ni?o3.4區(qū)快速增溫,在2015年11月達(dá)到3 ℃,增強(qiáng)到其超強(qiáng)階段。4)快速衰減階段(2016年3—5月)。El Ni?o迅速?gòu)腘i?o3.4區(qū)的2 ℃減少到0.5 ℃。以后很快開始向冷海溫過渡。2016年7—8月,Ni?o3.4區(qū)海溫已接近-0.5 ℃。這種快速轉(zhuǎn)換是延遲振子理論的一種體現(xiàn)。

超強(qiáng)El Ni?o

發(fā)生發(fā)展

演變機(jī)理

西風(fēng)爆發(fā)

開爾文波

2014—2016年發(fā)生的超級(jí)El Ni?o引起了國(guó)際和國(guó)內(nèi)各方面的廣泛關(guān)注。其主要原因有三個(gè)方面:1)為什么這次El Ni?o能發(fā)展成近60 a最強(qiáng)的El Ni?o事件?2)它對(duì)全球與中國(guó)的天氣氣候與經(jīng)濟(jì)影響如何?會(huì)不會(huì)造成嚴(yán)重的災(zāi)害和全球性農(nóng)業(yè)減產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)重大損失?3)長(zhǎng)達(dá)15 a的氣候變暖趨緩或停頓是否會(huì)終止?而又轉(zhuǎn)為全球快速的氣候變暖階段?

根據(jù)美國(guó)國(guó)家航天局(NASA)和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)的最新數(shù)據(jù),2016年上半年地球的氣溫創(chuàng)下了史無前例的極值,比20世紀(jì)的氣溫高近1.1 ℃。同時(shí),極地海冰面積的平均值已跌破歷史最低值(引自2016年7月19日美國(guó)全國(guó)公共廣播電臺(tái)網(wǎng)站)。

根據(jù)最近發(fā)表的一些相關(guān)研究,國(guó)內(nèi)主要關(guān)注前兩個(gè)問題(任宏利等,2016;邵勰和周兵,2016;袁媛等,2016;翟盤茂等,2016),并得到了十分有意義的初步成果,概括起來有下列幾個(gè)方面:1)2014—2016年El Ni?o事件是自1951年以來1982—1983年和1997—1998年El Ni?o事件之后的第三次強(qiáng)El Ni?o事件,但持續(xù)時(shí)間、峰值強(qiáng)度、累計(jì)海溫距平連續(xù)超過2 ℃的時(shí)間等指標(biāo)均強(qiáng)于前兩次El Ni?o事件。2)赤道中西太平洋的多次西風(fēng)爆發(fā)過程驅(qū)動(dòng)了次表層異常海溫東傳,使El Ni?o維持和發(fā)展。3)2014—2016年El Ni?o事件給全球、亞洲和中國(guó)的天氣氣候與環(huán)境帶來了明顯影響,尤其在2015—2016年冬季給華南造成了破歷史記錄的降水。2016年6—7月給長(zhǎng)江中下游造成了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。4)與全球氣溫一致,給2015年中國(guó)地面氣溫帶來了創(chuàng)有觀測(cè)記錄以來的最高紀(jì)錄。5)評(píng)估了國(guó)際和中國(guó)業(yè)務(wù)對(duì)這次El Ni?o預(yù)測(cè)的水平,指出絕大部分預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)其持續(xù)發(fā)展過程,峰值出現(xiàn)時(shí)間強(qiáng)度與類型的轉(zhuǎn)換基本是成功的。目前國(guó)內(nèi)科學(xué)家正進(jìn)一步深入研究這次El Ni?o形成的過程和機(jī)理以及對(duì)全球、亞洲和中國(guó)的影響,尤其是對(duì)2016年夏季長(zhǎng)江和華北極端洪澇的影響。另一方面,也正在評(píng)估國(guó)際和中國(guó)對(duì)這次El Ni?o預(yù)測(cè)的能力。

本文研究的重點(diǎn)是2014—2016年El Ni?o的發(fā)生發(fā)展問題,主要根據(jù)目前的El Ni?o形成理論分析這次El Ni?o形成的關(guān)鍵條件與演變過程,并試圖從大氣強(qiáng)迫條件和海洋的響應(yīng)過程說明為什么這次El Ni?o能夠發(fā)展成為超強(qiáng)El Ni?o事件。

1 資料與方法

本文研究所依據(jù)的資料有3種來源:1)中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心發(fā)布的監(jiān)測(cè)和診斷資料;2)美國(guó)NOAA發(fā)布的2014年1月—2016年5月最優(yōu)插值逐月海溫?cái)?shù)據(jù)(OI-SSTV2,分辨率為1°×1°)與NCEP/NCAR逐月、逐日再分析資料(水平分辨率為2.5°×2.5°);3)日本氣象廳出版的“Monthly Highlights on the Climate System”公報(bào)(http://ds.data.jma.go.jp//tcc/index.html)。

由上可見,ENSO理論的基本問題是能解釋兩種冷暖狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。其中暖態(tài)的El Nio發(fā)生的關(guān)鍵條件是:1)持續(xù)東風(fēng)盛行之后的西風(fēng)爆發(fā);2)西部溫躍層的加深與Kelvin波產(chǎn)生并東傳;3)秘魯沿岸與大氣環(huán)流年變化相關(guān)的離岸風(fēng)(東南氣流)產(chǎn)生的冷水上翻區(qū)的向北向西擴(kuò)展受到明顯抑制。本文以下將根據(jù)上述原則和關(guān)鍵條件分析2014—2016年超強(qiáng)El Nio的發(fā)生發(fā)展過程與相關(guān)機(jī)理。

2 連續(xù)的西風(fēng)爆發(fā)與海洋增溫

從2013年—2014年冬末到2014年春季,已觀測(cè)到至少3次西風(fēng)爆發(fā)過程(圖2)。西風(fēng)爆發(fā)不但改變了熱帶中東太平洋長(zhǎng)期盛行的偏東信風(fēng),同時(shí)也開始改變了中東太平洋長(zhǎng)達(dá)12 a的平均冷水狀態(tài)。實(shí)況監(jiān)測(cè)(圖3a)顯示,2014年赤道太平洋海溫上升首先從太平洋中部(日界線附近)開始,春末赤道太平洋東部海溫也開始明顯增暖,海溫距平中心超過1 ℃。中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心ENSO監(jiān)測(cè)指標(biāo)(Z指數(shù))表明在5月達(dá)到El Nio事件開始的標(biāo)準(zhǔn)(>0.5 ℃)。暖海溫在2014年春季迅速發(fā)展,由圖4可以看到,由于西太平洋西風(fēng)爆發(fā)后使表層海洋熱含量迅速增長(zhǎng),西太平洋次表層暖海水東傳,首先表現(xiàn)赤道為中太平洋明顯增暖。春末赤道東太平洋(1+2海區(qū))也開始明顯增暖,海溫距平超過1 ℃。這時(shí)期國(guó)內(nèi)外多家數(shù)值模式預(yù)測(cè)2015年末發(fā)生El Nio事件的概率達(dá)50%～60%,并認(rèn)為達(dá)到強(qiáng)El Nio事件的可能性較大。國(guó)家氣候中心4月發(fā)布預(yù)測(cè)意見:赤道中東太平洋海溫在2014年5—6月進(jìn)入El Nio狀態(tài)的可能性較大,并由此可能形成一次較強(qiáng)的El Nio事件。實(shí)際上,太平洋海溫距平分布表明,在2014年3—5月在赤道太平洋中東部已形成了弱的El Nio事件,主要中心位于太平洋中部(圖5)。

圖1 2014—2016年El Nio事件的演變過程(單位:℃;紅實(shí)線為Nio3.4區(qū)海溫指數(shù);藍(lán)線為南方濤動(dòng)指數(shù))Fig.1 Evolution process of El Nio events in 2014—2016(units:℃;The red solid line indicates the SST index in the Nio3.4 area;The blue line indicates the Southern Oscillation index)

圖2 2013—2014年太平洋赤道地區(qū)(5°N～5°S)850 hPa平均緯向風(fēng)距平演變(單位:m·s-1;藍(lán)色為東風(fēng)區(qū)距平,紅色區(qū)為西風(fēng)距平)Fig.2 850 hPa mean zonal wind anomaly evolution of Pacific Equatorial regions(5°N—5°S) in 2013—2014(units:m·s-1;The blue area indicates the anomaly in the easterly region,and the red area indicates the anomaly in the westerly region)

圖3 2014年1—12月(a)、2014年8月—2015年6月(b)赤道太平洋地區(qū)(5°N～5°S)海溫距平時(shí)間—緯度剖面(單位:℃;紅(藍(lán))色為暖(冷)海溫距平;數(shù)字1—3表示增暖期)Fig.3 Time-latitude profile of Equatorial Pacific(5°N—5°S) SST anomaly:(a)January—December 2014;(b)August 2014—June 2015.The red(blue) part is the warm(cold) SST anomaly(units:℃).Numbers 1—3 indicate the heating period

2)交替的減弱與發(fā)展和增強(qiáng)期(2014年6月—2015年8月)

在這期間,赤道太平洋連續(xù)發(fā)生了約6次持續(xù)的西風(fēng)爆發(fā),不但繼續(xù)和增強(qiáng)了赤道中東太平洋的增溫,而且通過了兩次(2014年5—8月與2014年10月—2015年3月)增溫的減弱期或障礙期,使初生的El Nio事件不但未夭折,并明顯增強(qiáng)為一次強(qiáng)El Nio事件。Nio3.4區(qū)平均海表溫度距平在2015年8月達(dá)到2 ℃。由于Kelvin波的連續(xù)東傳,El Nio型也由中部型向東部型過渡。圖6為這個(gè)期間西風(fēng)爆發(fā)(圖6a、6b)與赤道太平洋熱容量距平(圖6c、6d)的時(shí)間—緯度剖面。可以清楚地看到多次西風(fēng)連續(xù)爆發(fā)的情況與兩次海洋增暖的減緩期(圖3與圖6c、6d),這兩次減緩期形成的原因并不相同。2015年5—8月的減緩期期間(所謂春季或夏季預(yù)報(bào)障礙),幾乎觀測(cè)不到較強(qiáng)的西風(fēng)爆發(fā)持續(xù)東傳,8月甚至出現(xiàn)明顯的東風(fēng)距平。西太平洋次表層冷水發(fā)展,同時(shí)赤道東太平洋冷水也發(fā)展,但主要位于赤道以南地區(qū),而赤道中太平洋仍為弱的暖水區(qū)。中東太平洋次表層熱容量出現(xiàn)負(fù)距平(圖7a、7b、7c),ENSO監(jiān)測(cè)指標(biāo)也呈現(xiàn)明顯下降的特征,海溫距平在7—9月增溫停滯,基本維持在0.5～0.6 ℃。注意南方濤動(dòng)指數(shù)(SOI)仍為明顯負(fù)值,表明大氣對(duì)海洋增溫的響應(yīng)并沒有變(圖7d)。

圖4 赤道太平洋的ENSO監(jiān)測(cè)區(qū)劃分(a)及2013—2014年赤道中東太平洋不同海區(qū)平均SSTA的時(shí)間變化(b—e;單位:℃;黃色(藍(lán)色)為正(負(fù))距平)Fig.4 (a)shows the division of ENSO monitoring areas in the Equatorial Pacific area.(b—e)Time-variation of average SSTA in different sea areas of the Equator Middle East Pacific in 2013—2014(units:℃).The red(blue) area indicates the positive(negative) anomaly

圖5 2014年3—5月平均海面溫度距平(等值線間隔0.5 ℃;距平相對(duì)于1981—2006平均值;取自JMA,2014)Fig.5 Average sea surface temperature anomaly(SSTA) in March—May 2014.The contour interval is 0.5 ℃.The anomaly is relative to the average of 1981—2006(sourced from JMA,2014)

圖7 2014年2月—2015年1月(a)、2014年8月—2015年6月(b)赤道中東太平洋次表層上層海洋熱容量距平的時(shí)間變化(黃(綠)色圓圈的數(shù)字代表增暖期(減緩期));2014年8月熱帶太平洋海表溫度偏差(c);以及2014年1月—2015年6月ENSO監(jiān)測(cè)指標(biāo)Z指數(shù)(單位:℃)和南方濤動(dòng)指數(shù)(SOI)的時(shí)間變化曲線(d)Fig.7 Time-variation of the upper ocean heat capacity anomaly in the Equator Middle East Pacific subsurface(a.February 2014—January 2015;b.August 2014—June 2015).The yellow(green) circle number represents the heating period(slowing period).(c)Tropical Pacific sea surface temperature deviation for August 2014.(d)Time-variation of ENSO monitoring index(Z index,units:℃) and Southern Oscillation index(SOI) in January 2014—June 2015

到2014年秋與前冬赤道西太平洋暖水距平再次發(fā)展并東傳,這促使減弱的El Nio又開始加強(qiáng)。赤道太平洋表層海洋熱容量正距平發(fā)展,使ENSO監(jiān)測(cè)指標(biāo)緩慢上升,并于11月達(dá)到El Nio的第一次峰值(Z指數(shù)為0.9 ℃)。這種弱的El Nio特征一直維持到2014年底。到2015年1—3月,恢復(fù)后的El Nio又經(jīng)歷第二次增暖的減弱期,但這次海表溫度迅速下降是發(fā)生在赤道東太平洋地區(qū)。這主要是由于東南太平洋副熱帶高壓東南側(cè)(0°～100°W)的東南風(fēng)季節(jié)性加強(qiáng)的結(jié)果。這種離岸風(fēng)使南美沿海冷水上翻,并向北向西擴(kuò)展,由圖8可以清楚地看到這種冷水向赤道擴(kuò)展的現(xiàn)象,但值得注意的是,這時(shí)海表暖中心仍集中在日界線附近,依然表現(xiàn)出顯著的中部型El Nio特征。因此,這次增暖減弱期主要影響赤道以南東太平洋東半部地區(qū)。由于暖的Kelvin波繼續(xù)由中西赤道太平洋在次表層把暖水向東輸送,抑制了季節(jié)冷水層的向北向西擴(kuò)展,并沒有使El Nio事件消亡。

圖8 熱帶太平洋海表溫度偏差(SSTA)分布 a.2015年1月11日—2月7日;b.2015年4月26—5月23日;c.2015年6月22—28日Fig.8 Tropical Pacific sea surface temperature anomaly(SSTA) distribution a.January 11—February 7 2015;b.April 26—May 23 2015;c.June 22—28 2015

2015年春季以后,至少又觀測(cè)到3次強(qiáng)西風(fēng)爆發(fā)(圖6b)。赤道西太平洋暖水層又再次發(fā)展加強(qiáng),并向東傳,El Nio進(jìn)入快速發(fā)展期。尤其是初夏連續(xù)兩次較強(qiáng)的太平洋次表層暖性海洋波動(dòng)?xùn)|傳,有力地促進(jìn)了太平洋海表海溫的再次發(fā)展加強(qiáng)(圖6d)。ENSO監(jiān)測(cè)指標(biāo)也表明,海溫呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì),2015年6月Nio3.4區(qū)達(dá)到了1.5 ℃以上。圖7d清楚地顯示了赤道太平洋上層熱容量與海表溫度距平的兩次減弱與三次增暖過程。

由于西風(fēng)出現(xiàn)兩次更強(qiáng)的持續(xù)性爆發(fā)(圖9),相應(yīng)中東赤道太平洋對(duì)流異常強(qiáng)盛(翟盤茂等,2016)由此激發(fā)的海洋Kelvin波把次表層暖水更有效的向東傳播,同時(shí)中東赤道太平洋對(duì)流活動(dòng)異常強(qiáng)盛導(dǎo)致El Nio條件下耦合的海氣相互作用明顯加強(qiáng),兩者共同導(dǎo)致了El Nio事件進(jìn)一步快速增強(qiáng)到超強(qiáng)階段。表1給出了鼎盛期連續(xù)5周(10月26日—11月29日)不同海區(qū)海表溫度的變化,可以看到,從11月第二周在Nio3.4與Nio3區(qū)皆達(dá)到了3 ℃的增溫,到11月第三周Nio3.4區(qū)達(dá)到3.1 ℃增溫。這是2014—2016年超強(qiáng)El Nio達(dá)到的最高海溫值,并表現(xiàn)為東部型的El Nio(主要增溫在150°W以東)(圖10)。

表1 2015年10月26日—11月29日ENSO監(jiān)測(cè)指數(shù)變化(引自氣候監(jiān)測(cè)公報(bào),2015)

Table 1 ENSO monitoring index changes from October 26 to November 29 2015(Cited from Climate Monitoring Bulletin,2015) ℃

4)快速衰減階段(2016年3—5月)

在這個(gè)時(shí)期,西風(fēng)爆發(fā)雖然存在,但強(qiáng)度明顯減弱并主要限太平洋西部,中東太平洋偏東信風(fēng)開始發(fā)展和盛行(圖11),El Nio在Nio3.4區(qū)的海溫距平迅速?gòu)? ℃減少到0.5 ℃,以后開始向冷海溫過渡(表1),到2016年8月,赤道中東太平洋已出現(xiàn)一條狹窄的冷水帶(圖12),這標(biāo)志著長(zhǎng)達(dá)2 a左右的一次超強(qiáng)El Nio事件的結(jié)束。

3 海洋Kelvin波的形成與向東傳播

引起海洋增暖發(fā)生的一個(gè)關(guān)鍵因子是信風(fēng)東風(fēng)分量的減弱。在El Nio發(fā)生前,加強(qiáng)的東風(fēng)使西部海平面上升,維持了海洋上層由緯向溫度梯度產(chǎn)生的向東的壓力。這時(shí)西部海洋的響應(yīng)主要是溫躍層加深,其上的暖水層積累。這種混合層暖水在西風(fēng)區(qū)以東的所有地區(qū)都增厚,斜溫層厚度也增加。同時(shí)赤道東太平洋(尤其是秘魯沿岸)海水上翻,表層海溫降低。這種形勢(shì)即為所謂充電振蕩理論的充電階段。但是,一旦當(dāng)東風(fēng)減弱或西風(fēng)爆發(fā)時(shí),西高東低的海水壓力不平衡將不能維持,結(jié)果西部海平面下降,溫躍層上抬,而東部沿海發(fā)生相反變化。作為海洋的明顯響應(yīng),將使原在充電期不斷儲(chǔ)存的暖水層的熱含量釋放出來(放電階段),由此產(chǎn)生向東移動(dòng)的Kelvin波使暖水向東移動(dòng)(同時(shí)產(chǎn)生向西的Rossby波),從西太平洋擾動(dòng)區(qū)傳播到東太平洋,大約需要60 d時(shí)間。Kelvin波的能量來自西太平洋在東風(fēng)盛行時(shí)期積累的暖水。只有當(dāng)東風(fēng)減弱或西風(fēng)爆發(fā)才能啟動(dòng)Kelvin波將暖水東傳。當(dāng)Kelvin波到達(dá)南美沿岸,發(fā)生下翻(downwelling),暖水在沿岸地區(qū)積累,南赤道流的強(qiáng)度減弱,這使秘魯海流的冷平流減弱。在Kelvin波與信風(fēng)減弱的共同作用下,赤道上翻減弱,因而赤道表層迅速增暖,表現(xiàn)為1+2區(qū)海溫增溫,這就是經(jīng)典的東部型El Nio事件的發(fā)生。中部型增暖只是在全球氣候變暖后(1980—1990年)被逐步認(rèn)識(shí)的(Ashok et al.,2007;Kao and Yu,2009)。應(yīng)該指出,ENSO期間海表溫度的變化關(guān)鍵是信風(fēng)的減弱,但信風(fēng)減弱的原因很多,西風(fēng)爆發(fā)只是其中表現(xiàn)之一,并且常常是隨機(jī)的。另一方面,信風(fēng)的減弱其本身又是大氣對(duì)異常高海溫響應(yīng)的一部分。因而,與海氣相互作用有關(guān)的這兩種原因增加了預(yù)報(bào)ENSO爆發(fā)的復(fù)雜性,使ENSO預(yù)報(bào)十分困難。

我們這里給出三次關(guān)鍵時(shí)期Kelvin波傳播(圖13和14),據(jù)此可更清楚地看出Kelvin波在赤道東太平洋東傳受來自秘魯沿岸冷水區(qū)阻擋的情況。尤其是發(fā)生在2015年1—2月的冷水區(qū)面積與厚度遠(yuǎn)比第一次(2014年8月)要廣,要深。但無論如何,來自西太平洋的暖Kelvin波不斷在西風(fēng)爆發(fā)驅(qū)動(dòng)下東傳。這是使這次El Nio不致夭折的主要原因。2015年4月與5月,可以看到強(qiáng)烈的次表層暖海水向東傳播的過程(圖15)。東太平洋與南美沿岸的冷海水已完全消失,這種由2次強(qiáng)西風(fēng)爆發(fā)啟動(dòng)Kelvin波對(duì)暖海水緩慢的東傳使El Nio發(fā)展達(dá)到了盛期,成為近60 a來最強(qiáng)的一次El Nio事件。這次超強(qiáng)El Nio之后,迅速轉(zhuǎn)換為冷位相。過去的觀測(cè)表明,絕大部分La Nia是緊接El Nio事件之后發(fā)生,這符合延遲振子理論。

4 結(jié)語

2)早期的連續(xù)西風(fēng)爆發(fā)不但改變了赤道太平洋長(zhǎng)期持續(xù)的偏東信風(fēng),而且也改變了赤道中東太平洋長(zhǎng)達(dá)12 a之久的冷水狀態(tài),使海洋進(jìn)入El Nio事件的初生階段。

圖9 850 hPa赤道地區(qū)(5°N～5°S)緯向風(fēng)距平時(shí)間—經(jīng)度剖面(紅色(藍(lán)色)代表西風(fēng)(東風(fēng))異常;單位:m/s;取自NOAA,2016)Fig.9 Time-longitude profile of 850 hPa Equator(5°N—5°S) zonal wind anomaly.The red(blue) part indicates the westerly(easterly) anomaly(units:m·s-1)(Cited from NOAA,2016)

圖10 2015年11月第4周(11月23—29日)熱帶太平洋海表溫度距平分布(取自中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心氣候監(jiān)測(cè)快報(bào),2016)Fig.10 Tropical Pacific sea surface temperature anomaly distribution in the fourth week of November 2015(November 23—29)(Cited from the Climate Monitoring Bulletin of National Climate Center,China Meteorological Administration,2016)

圖11 2016年3—8月850 hPa緯向風(fēng)距平時(shí)間—經(jīng)度剖面(單位m/s;紅色(藍(lán)色)代表西風(fēng)(東風(fēng));取自JMA,2016)Fig.11 Time-longitude profile of 850 hPa zonal wind anomaly in March—August 2016(units:m·s-1).The red(blue) part indicates the westerly(easterly)(Cited from JMA,2016)

圖12 2016年6—8月月平均海表溫度距平分布(等值線間隔:0.5 ℃;距平值是相對(duì)于1981—2016年的平均值;引自國(guó)家氣候中心(NCC),2016)Fig.12 Three-month average sea surface temperature anomaly distribution in June—August 2016.Contour interval:0.5 ℃.The anomaly value is the mean relative to 1981—2016(Cited from NCC,2016)

圖13 2014年8—9月赤道太平洋次表層海溫距平的東傳過程(單位:℃) a.2014年9月28—10月2日;b.2014年8月9—13日;c.2014年8月24—30日;d.2014年9月8—12日;e.2014年9月25日Fig.13 Eastward propagation process of the Equatorial Pacific subsurface SST anomaly in August—September 2014((a)is the average of a five-day period,and (b—e) are the average profiles of three five-day periods;units:℃)

圖14 2015年1—2月月赤道太平洋次表層海溫距平的東傳過程(單位:℃) a.2015年2月12日;b.2014年12月22—26日;c.2014年1月6—10日;d.2015年1月21—25日;e.2015年2月5—9日Fig.14 The same as in Fig.13,but for the situation of January—February 2015

圖15 2015年3—5月赤道太平洋次表層海溫距平的東傳過程(單位:℃) a.2015年5月18—20日;b.2015年3月27—31日;c.2015年4月11—15日;d.2015年4月26—30日;e.2015年5月11—15日Fig.15 The same as in Fig.13,but for the situation of March—May 2015

致謝:作者引用了NOAA和JMA發(fā)布的有關(guān)海洋和大氣資料,在研究中,柳艷菊、袁媛、王遵婭提供了不少幫助,并協(xié)助制作了部分圖表，在此一并致謝。

References)

Ashok K,Behera S K,Rao S A,et al.,2007.El Nio modoki and its possible teleconnections[J].J Geophys Res,112,C11007.doi:1029/2006 JC 003798.

Battisti D S,1988.Dynamic and thermodynamics of warming event in a coupled topical atmosphere-ocean model[J].J Atmos Sci,45:2889-2919.

Battisti D S,Hirst A C,1989.Interannual variability in a tropical atmosphere-ocean model:Influence of basic state,ocean geometry and nonlinearly[J].J Atmos Sci,46(12):1687-1712.

Bjerkness J,1969.Atmospheric teleconnection from the equatorial Pacific[J].Mon Wea Rev,97:163-172.

Cane M A,Zebiak S E,1985.A theory for El Nio and the Southern Oscillation[J].Science,228(4703):1085-1087.

Capotondi A,Wittenberg A T,Newman M,et al.,2015.Understanding ENSO diversity[J].Bull Amer Meteo Soc,96(6):921-938.

Ding Y H,Liu Y J,2016.Anomalous summer impacts of 2015—2016 El Nio to precipitation in the Asian monsoon region[J].WMO-WWRP Newsletter.(in Press).

Horel J D,Wallace J M,1981.Planetary-scale atmospheric phenomena associated with the Southern Oscillation[J].Mon Wea Rev,109:813-829.

Kao H Y,Yu J,2009.Contrasting eastern Pacific and central Pacific types of ENSO[J].J Climate,22:615-632.

任宏利,劉穎,左金清,等,2016.國(guó)家氣候中心新一代ENSO預(yù)測(cè)系統(tǒng)及其對(duì)2014/2016年超強(qiáng)厄爾尼諾事件的預(yù)測(cè)[J].氣象,42(5):521-531.Ren H L,Liu Y,Zuo J Q,et al.,2016.The new generation of ENSO prediction system in Beijing climate centre and its predictions for the 2014/2016 super El Nio event[J].Meteor Mon,42(5):521-531.(in Chinese).

Schopf P S,Suarez M J,1988.Vacillation in a coupled ocean-atmosphere model[J].J Atmos Sci,45:549-566.

邵勰,周兵,2016.2015/2016年超強(qiáng)厄爾尼諾事件氣候監(jiān)測(cè)及診斷分析[J].氣象,42(5):540-547. Shao X,Zhou B,2016.Monitoring and diagnosis of the 2015/2016 super El Nio Event[J].Meteor Mon,42(5):540-547.(in Chinese).

Wyrtki K,1975.The dynamic response of the ocean to atmospheric forcing[J].J Phys Oceanoger,5:572-584.

Wyrtki K,1985.Water displacement in the Pacific and genesis of El Nio cycles[J].J Geophys Res,90:7129-7132.

袁媛,高輝,賈小龍,等,2016.2014/2016年超強(qiáng)厄爾尼諾事件的影響[J].氣象,42(5):532-539. Yuan Y,Gao H,Jia X L,et al.,2016.Influences of the 2014—2016 super El Nio event on climate[J].Meteor Mon,42(5):532-539.(in Chinese).

翟盤茂,余榮,郭艷君,等,2016.2015/2016年強(qiáng)厄爾尼諾過程及其對(duì)全球和中國(guó)氣候的主要影響[J].氣象學(xué)報(bào),74(3):309-321. Zhai P M,Yu R,Guo Y J,et al.,2016.The strong El Nio in 2015/2016 and its dominant impacts on global and China’s climate[J].Acta Meteorologica Sinica,74(3):309-321.(in Chinese).

Analysis of the process and mechanisms of genesis and development for 2014—2016 mega El Nio event

DING Yihui

NationalClimateCenter,ChinaMeteorologicalAdministration,Beijing100081,China

The present paper has mainly analysed the process and mechanisms of genesis and development of the 2014—2016 mega El Nio event.It is shown that the entire lifecycle of the event is about 2 years(from April 2014 to May 2016),with four stages identified for its evolutive process:(1)Early and continuous westerly wind bursts(December 2013 to April 2014).The continuous three westerly wind burstsnot only changed the state of the easterly trade wind prevailing tropical central and easterly in the Pacific for long period of time,but also changed the cold water state in this region for the most recent 12 years,thus leading to SST rise and warming.Until early spring 2014,the SSTA exceeded 0.5 ℃,marking the possible occurrence of a new El Nio event.(2)Alternative weakening period(June 2014 to August 2015).Six westerly wind bursts continued to occur,thus maintaining and enhancing the warming of the equatorial central and eastern Pacific,while at the same time overcoming two periods of SST warming decrease or barrier,so that the initial development of El Nio was not aborted,and even changed into the stage of strong El Nio.Correspondingly,in the sub layer of the equatorial central and eastern Pacific,six warm Kelvin waves were observed to propagate eastward.The heat contents of these oceanic waves not only maintained the continuous warming in the equatorial central and eastern Pacific,but also caused El Nio to change from CP to EP type.(3)Peak period of development (September 2015 to February 2016).Two stronger westerly wind bursts were observed,which corresponded to very vigorous convective activity on the equatorial central and eastern Pacific.Rapid warming occurred in the Nio3.4 region,with 3 ℃observed in November 2015,classified as the mega-El Nio event.(4)Accelerating weakening stage(March to May 2016).The intensity of the El Nio rapidly weakened from 2 to 0.5 ℃ in the Nio3.4 region,then accelerated the transition to the cold water phase.In July to August 2016,the SSTA in the Nio3.4 region already approached -0.5 ℃.This rapid phase shift is a manifestation of the theory of delayed oscillation.

From the above results,it is concluded that the development and shift of warm and cold phases is observationally consistent with the mechanism derived from the paradigm of the current theory of recharge oscillation and/or delayed oscillation theory.This clearly demonstrates that the results of the El Nio theory effectively underpin the development of related operational prediction.

(責(zé)任編輯：張福穎)

丁一匯,2016.2014—2016年超強(qiáng)El Nio事件的發(fā)生發(fā)展過程與機(jī)理分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),39(6):722-734. Ding Y H,2016.Analysis of the process and mechanisms of genesis and development for 2014—2016 mega El Nio event[J].Trans Atmos Sci,39(6):722-734.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161028003.(in Chinese).

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161028003

通過本文分析,可以得到,這次El Ni?o發(fā)生發(fā)展與冷暖位相轉(zhuǎn)換的觀測(cè)事實(shí)與目前的理論結(jié)果(如充電振蕩與延遲振子理論)是一致的。正因?yàn)槿绱?基于這些理論的El Ni?o預(yù)報(bào)也是相當(dāng)成功的。這清楚地表明El Ni?o理論研究的成果對(duì)于相關(guān)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)發(fā)展具有明顯的科學(xué)支撐力。

*聯(lián)系人，E-mail:dingyh@cma.gov.cn