秦思思，張啟龍，尹寶樹

（1.國家海洋環(huán)境預(yù)中心 國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報技術(shù)研究重點實驗室，北京 100081；2.中國科學(xué)院海洋研究所 中國科學(xué)院海洋環(huán)流與波動重點實驗室，山東 青島 266071；3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋動力過程與氣候功能實驗室，山東 青島 266237）

西太平洋暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)溫度場的時空變化

秦思思1，張啟龍2，3，尹寶樹2，3

（1.國家海洋環(huán)境預(yù)中心 國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報技術(shù)研究重點實驗室，北京 100081；2.中國科學(xué)院海洋研究所 中國科學(xué)院海洋環(huán)流與波動重點實驗室，山東 青島 266071；3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋動力過程與氣候功能實驗室，山東 青島 266237）

基于1950-2011年間熱帶太平洋月平均溫鹽度資料，以28°C等溫線作為暖池的定義標(biāo)準(zhǔn)，分別計算了暖池區(qū)（20°N-15°S，120°E-140°W）各網(wǎng)格點混合層、障礙層和深層的平均溫度，從而構(gòu)成了暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)的溫度場。據(jù)此，運用EOF分析法研究了暖池混合層、障礙層和深層溫度距平場的時空變化特征，并探討了緯向風(fēng)、緯向流和海面凈熱通量等要素對這3層溫度場主要模態(tài)的影響。結(jié)果表明，第一模態(tài)揭示了暖池中東部3層溫度都具有顯著的年際變化和長期變化趨勢，并在1985年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變，而第二模態(tài)則基本反映了暖池西部3層溫度皆存在著明顯的年際變化和長期變化趨勢，并在1995年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變。暖池混合層（包括障礙層）溫度場前兩個模態(tài)的年際振蕩主要是由緯向風(fēng)和南赤道流（SEC）共同引起的，而暖池深層溫度場前兩個模態(tài)的年際振蕩則是由SEC和赤道潛流（EUC）共同調(diào)制的。

西太平洋暖池；熱鹽結(jié)構(gòu)；時空變化；ENSO

西太平洋暖池（簡稱暖池。下同）是全球大洋中最大的暖水團（SST≥28℃）和淡水池（SSS≤35），也是一個對流強、風(fēng)小、降水豐富的海域。豐富的降水使得暖池海域的鹽躍層淺于溫躍層，因而形成了障礙層，而障礙層的存在使得暖池具有獨特的熱鹽結(jié)構(gòu)。就其溫、鹽度的垂向分布特征而言，如果以28℃等溫線作為暖池的定義標(biāo)準(zhǔn)，那么暖池大致呈現(xiàn)為3層結(jié)構(gòu)，即混合層、障礙層和深層（Qin et al，2015）。其中，混合層（即密度均勻?qū)樱┦呛Ｑ笈c大氣相互作用的邊界層，在海洋與大氣之間的動量、能量和物質(zhì)交換過程中起著至關(guān)重要的作用（Boyer et al，2015）；障礙層系指混合層與同溫層間具有明顯的鹽度梯度的水層（Lukas et al，1991），它能夠阻礙太陽輻射通量的下傳和下層冷水的上翻，并將風(fēng)應(yīng)力的作用限制在較薄的混合層內(nèi)；暖池深層則為暖池障礙層與暖池底部間的水層，它的變化將直接影響到暖池障礙層的厚度及其熱鹽狀況。已有研究表明，障礙層不僅有助于暖池的海表水溫升高，而且還有利于暖池表層暖水的快速緯向運動 （Maes et al，1997；Vialard et al，1998b），而暖池暖水的這種快速緯向運動在ENSO的形成與發(fā)展過程中起著極為重要的作用 （Fu et al，1986；Picaut et al，1996；Maes et al，2002；Maes et al，2001；張啟龍等，2004，2008）。因此，關(guān)于暖池障礙層的變化特征和形成機制已引起了人們的重視與關(guān)注，并對其進行了較深入的研究（Maes et al，2002，2005；Vialard et al，1998a；liu et al，2009；姜良紅等，2012）。最近，秦思思等（2015）分析了暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)的基本特征和季節(jié)變化，并對暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)厚度場和鹽度場的時空變化與機制進行了較為系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)，暖池混合層、障礙層和深層的厚度和溫鹽度都存在著明顯的季節(jié)變化，而且3層的厚度場和鹽度場皆有年際尺度的時空振蕩（秦思思等，2016）。其中，厚度場的年際振蕩主要是由赤道海域的緯向風(fēng)、南赤道流、海面凈熱通量和降水共同引起的，而鹽度場的年際振蕩則是由緯向風(fēng)、南赤道流和降水共同導(dǎo)致的（秦思思等，2016）。但應(yīng)指出的是，有關(guān)暖池溫度場的研究卻相對較少，而且主要集中在表層。張啟龍等（2001）基于1950-1998年間的月平均海表溫度（SST）資料研究了暖池海域SST場的時空變化并指出，暖池海域SST場存在著年（主周期為1 a）、年際（主周期為準(zhǔn)兩年和4.5 a）和年代際變化（主周期為10 a）3個主要模態(tài)，而且暖池SST場的年際變化具有明顯的區(qū)域性，全域大致以160°E為界分為東、西兩部分，其中東、西部的SST在變幅、相位和周期方面皆存在著明顯的差異（張啟龍等，2001；Zhang et al，2001）。

綜上所述可知，雖然對暖池海表溫度場的時空變化已有一些研究，但有關(guān)暖池混合層、障礙層和深層溫度場的時空特征卻鮮有研究，迄今尚未見到相關(guān)報道。因此，開展暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)溫度場的時空變化和機制研究，無論對加深了解暖池的結(jié)構(gòu)特征和變異機制，從而提高暖池的模擬水平，還是對促進ENSO的預(yù)報研究都具有重要的科學(xué)意義和實踐意義。為此，本文利用1950-2011年間的月平均溫度資料，研究了暖池混合層、障礙層和深層溫度場的時空變化特征及其與ENSO的聯(lián)系，并探討了緯向風(fēng)應(yīng)力、海流和海面熱通量對各層溫度場年際變化的影響，以期為全面認(rèn)識暖池的結(jié)構(gòu)特征與變異機理提供重要的參考依據(jù)。

1 資料和分析方法

1.1資料說明

全球海洋月平均溫鹽度資料取自于日本氣象廳1950-2011年間的客觀分析資料集（Ishii et al，2003,2006）。該資料的水平分辨率為1°×1°（經(jīng)度×緯度），垂向上共有24層（0、10、20、30、50、75、100、125、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400和1 500 m）。本文使用了1950-2011年間暖池區(qū)（20°N-15°S，120°E-140°W）的溫鹽度資料。為了得到暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)的溫度場，將該區(qū)0～200 m間的溫鹽度值線性內(nèi)插為垂向間隔為1 m的溫鹽度數(shù)據(jù)。

月平均海面風(fēng)應(yīng)力和緯向流速資料選用了美國馬里蘭大學(xué)提供的2.1.6版本SODA（Simple Ocean Data Assimilation）數(shù)據(jù)。該資料的覆蓋范圍為0°-360°E、60°S-60°N，水平分辨率為0.5°×0.5°（經(jīng)度×緯度），垂向共40層，時間序列為1958年1月-2008年12月 （Carton et al,2008）。由于暖池混合層、障礙層和深層的最大深度分別為30 m、90 m和120 m（Qin et al，2015），因此本文僅選用了5 m、50 m和100 m層的緯向流速數(shù)據(jù)。

月平均凈熱通量數(shù)據(jù)來源于伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）OAFlux（Objectively Analyzed air-sea Flux） Project（Yu et al，2008），該資料的水平分辨率為1°×1°（經(jīng)度×緯度），時間序列為1984-2009年。

ENSO指數(shù)來自于美國國家海洋大氣局（http：//www.esrl.noaa.gov/data/climateindices/list）。其中，Ni?o3和Ni?o4指數(shù)分別是Ni?o3（5°S-5°N，150°W-90°W）和Ni?o4（5°S-5°N，160°E-150°W）區(qū)SST異常平均值，時間序列為1950年1月-2011年12月。由于Ni?o3和Ni?o4指數(shù)可以分別有效地檢測東部型（EP）和中部型（CP）ENSO（El Ni?o-South Oscillation）事件 （曹璐等，2013；袁媛等，2012），因此本文使用這兩個指數(shù)來討論溫度場與不同類型ENSO間的關(guān)系。

1.2分析方法

Qin等（2015）在計算暖池同溫層和混合層深度時使用了閾值法，并對不同的溫度閾值 （ΔT= -0.2℃、-0.4℃、-0.5℃和-0.8℃） 進行了對比分析。他們認(rèn)為，利用月平均溫鹽資料計算暖池混合層和障礙層厚度時，選用ΔT=-0.4℃較為合適。于是，本文利用該方法計算了1950-2011年間暖池區(qū)（20°N-15°S,120°E-140°W）各網(wǎng)格點的混合層、障礙層和深層的平均溫度，從而得到了3層的溫度場。

本文采用經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）分解法分析各溫度場的時空變化，利用功率譜分析法估計各溫度場主要模態(tài)的變化周期，并運用相關(guān)分析法探討各溫度場主要模態(tài)的變異機理。

2 暖池混合層、障礙層和深層溫度場的時空特征

為了研究暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)溫度場年際尺度的時空變化，本文首先對暖池混合層、障礙層和深層溫度距平場進行了13個月滑動平均的butter濾波處理，然后分別對這3層溫度距平場進行了EOF分解。結(jié)果表明，3層溫度距平場前兩個模態(tài)的方差貢獻皆較大（兩模態(tài)的方差貢獻在62%～67%之間），是各溫度場的兩個主要模態(tài)。因此，本文著重分析前兩個模態(tài)的時空特征。

2.1混合層溫度場的時空特征

暖池混合層溫度場第一模態(tài)的方差貢獻為39.5%，它揭示了150°E以東海域是暖池混合層溫度場變異的關(guān)鍵區(qū)，其高值中心 （>0.05） 位于 4.5°S、179.5°E附近（圖1a）。該模態(tài)除了有2～4 a的年際變化外，還存在著顯著的線性遞增趨勢，特別在1980年代中期以后這種現(xiàn)象尤為明顯（圖1b），這與暖池的增暖趨勢相一致（Cravatte et al,2009）?；瑒悠骄膖檢驗結(jié)果表明，在1985年的t統(tǒng)計值（7.426）遠(yuǎn)超過了0.001的信度（3.922）檢驗。這意味著該模態(tài)在1985年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變。實際上，暖池強度在1976-1986年前后就表現(xiàn)出了年代際突變特征，即由1976年前的冷暖池轉(zhuǎn)變?yōu)?986年后的熱暖池（邱東曉 等，2007）。而暖池的年代際突變可能與太平洋 10 a濤動（PDO）現(xiàn)象有關(guān)，因為PDO在1947-1976年間處于冷位相，而在1977年至20世紀(jì)90年代中期則為暖位相。當(dāng)PDO以暖位相形式出現(xiàn)時，北美大陸附近海面的水溫將異常升高，而北太平洋的水溫卻異常降低（Mantua et al,2002）。與此同時，太平洋高空氣流由美洲和亞洲兩大陸向太平洋中部移動。當(dāng)PDO以冷位相形式出現(xiàn)時，情況剛好相反。顯然，PDO的暖（冷）位相有利于暖池的增暖（變冷）。因此，在躍變前，暖池中東部的溫度處于偏低期，而在躍變后則變?yōu)槠咂?。由于在躍變前、后，時間系數(shù)滯后Ni?o4指數(shù)1個月時兩者間的關(guān)系最密切，其時的相關(guān)系數(shù)分別為0.88和0.90（超過了99%的顯著性檢驗），因此可以認(rèn)為，暖池混合層溫度的年際變化與中部型ENSO有密切的聯(lián)系。也就是說，在El Ni?o（La Ni?a）事件發(fā)生1個月后，暖池中東部的混合層溫度將顯著升高（降低）。

圖1 暖池混合層溫度場第一模態(tài) (a)及其時間系數(shù) (b)實線和虛線分別為時間系數(shù)的年際和年代際變化

圖2 暖池混合層溫度場第二模態(tài)（a）及其時間系數(shù)（b）實線和虛線分別為時間系數(shù)的年際和年代際變化

暖池混合層溫度場第二模態(tài)的方差貢獻為27.0%，其空間分布（圖2a）與第一模態(tài)（圖1a）有所不同，全域大致可以位于175°E附近的零等值線為界分為東、西兩部分。其中，當(dāng)時間系數(shù)為正時，西部為負(fù)異常，高值中心（<-0.04）位于赤道的145°E附近，而東部則為正異常，高值中心（>0.02）見于7°S、165°W附近。由于西部的變幅明顯大于東部，因此可以認(rèn)為，暖池西部是混合層溫度場變異的關(guān)鍵區(qū)。該模態(tài)除了有4～6a的年際變化外，還存在著明顯的線性遞減趨勢，特別在1990年代中期以后這種現(xiàn)象尤為明顯（圖2b）。由于在1995年時間系數(shù)的t統(tǒng)計值（-10.064）遠(yuǎn)超過了0.001的信度（3.922）檢驗，因此可以認(rèn)為，該模態(tài)在1995年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變，較第一模態(tài)落后了約10 a，這可能與PDO在20世紀(jì)90年代中期后轉(zhuǎn)為冷位相有關(guān)。在躍變前，暖池東（西）部的溫度處于偏高（低）期，而在躍變后則變?yōu)槠停ǜ撸┢凇r滯相關(guān)分析表明，在躍變后時間系數(shù)與Ni?o3指數(shù)間的關(guān)系（其同期相關(guān)系數(shù)為0.86）較躍變前更密切（其同期相關(guān)系數(shù)為0.51，超過了99%的顯著性檢驗）。這意味著，暖池西部混合層溫度的年際變化主要與東部型ENSO相聯(lián)系，特別在躍變之后兩者間的聯(lián)系更密切。在El Ni?o（La Ni?a）事件發(fā)生時，暖池西部的混合層溫度將顯著降低（升高）。

2.2障礙層溫度場的時空特征

暖池障礙層溫度場第一模態(tài)的方差貢獻為38.6%。與混合層溫度場第一模態(tài)的空間分布類似，障礙層溫度場第一模態(tài)的空間分布也揭示了150°E以東海域是暖池障礙層溫度場變異的關(guān)鍵區(qū)，其核心區(qū)（>0.05）位于5°S、175°E附近（圖略）。而且，該模態(tài)也存在著與混合層溫度場第一模態(tài)相同的年際變化、線性遞增趨勢和氣候躍變時間。時滯相關(guān)分析結(jié)果也顯示，在躍變前、后，時間系數(shù)在滯后Ni?o4指數(shù)1個月時兩者間的關(guān)系最密切，其時的相關(guān)系數(shù)分別為0.87和0.88，都超過了99%的顯著性檢驗。由此可見，暖池中東部障礙層溫度的年際變化也與中部型ENSO相聯(lián)系。在El Ni?o（La Ni?a）事件發(fā)生1個月后，暖池中東部的障礙層溫度將顯著升高（降低）。

暖池障礙層溫度場第二模態(tài)的方差貢獻為27.7%，其空間分布與混合層溫度場第二模態(tài)非常相似（圖略）。而且，該模態(tài)也存在著與混合層溫度場第二模態(tài)相同的年際變化、線性遞減趨勢和氣候躍變時間（圖略）。從時滯相關(guān)分析結(jié)果可知，在躍變前、后時間系數(shù)與Ni?o3指數(shù)間的同期關(guān)系最密切，其時的相關(guān)系數(shù)分別為0.51和0.85，都超過了99%的顯著性檢驗。這表明，暖池西部障礙層溫度的年際變化也與東部型ENSO相聯(lián)系，特別在躍變后兩者間的聯(lián)系更密切。在El Ni?o（La Ni?a）事件發(fā)生時，暖池西部的障礙層溫度將顯著降低（升高）。

2.3暖池深層溫度場的時空特征

暖池深層溫度場第一模態(tài)的方差貢獻為38.2%。與暖池混合層溫度場第一模態(tài)的空間分布略為不同，暖池深層溫度場的第一模態(tài)呈現(xiàn)為全域同位相變化特征，其高值中心 （>0.06） 位于 4.5°S、166.5°E處（圖3a），較混合層溫度變異中心西移了約13個經(jīng)度。而且，該模態(tài)的時間系數(shù)具有2～ 6 a的年際變化和線性遞增趨勢（圖3b），并在1985年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變。這也與PDO現(xiàn)象有關(guān)。從時滯相關(guān)分析結(jié)果可以看到，在躍變前（后），時間系數(shù)在滯后Ni?o4指數(shù)3（2）個月時兩者間的關(guān)系最密切，其時的相關(guān)系數(shù)為0.60（0.55），超過了99%的顯著性檢驗。這表明，暖池深層溫度的年際變化也與中部型ENSO有較密切的聯(lián)系。在El Ni?o（La Ni?a）事件發(fā)生2～3個月后，暖池深層溫度將明顯升高（降低）。

暖池深層溫度場第二模態(tài)的方差貢獻為24.5%，其空間分布（圖4a）與混合層溫度場第二模態(tài)（圖2a）類似，也揭示了暖池東、西部深層溫度呈反位相的變化特征。其中，西部的高值中心（<-0.06）位于4°N、142°E附近，而東部的高值中心（>0.06）則見于5°S、175°W附近。顯然，這兩個區(qū)域皆應(yīng)是暖池深層溫度變異的關(guān)鍵區(qū)。而且，該模態(tài)存在著2～4 a的年際變化和線性遞減趨勢（圖4b），并在1995年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變，這也與PDO現(xiàn)象有關(guān)。在躍變前，暖池東（西）部的深層溫度基本處于偏高（低）期，而在躍變后則變?yōu)槠停ǜ撸┢?。時滯相關(guān)分析表明，在躍變前（后），時間系數(shù)在滯后Ni?o3（Ni?o4）指數(shù)2（0）個月時兩者間的關(guān)系最密切，其時的相關(guān)系數(shù)為0.57（0.83），超過了99%的顯著性檢驗。這意味著，該模態(tài)在不同時期與不同類型的ENSO相聯(lián)系，特別在躍變后其與中部型ENSO的聯(lián)系更密切，這主要與暖池東部深層溫度在躍變前后與ENSO間的關(guān)系不同有關(guān)。由相關(guān)分析結(jié)果可知，暖池東部深層溫度在躍變前后分別與東部型（R= 0.60）和中部型ENSO（R=0.85）的關(guān)系較密切，而暖池西部在躍變前后皆與東部型ENSO相聯(lián)系。在El Ni?o（La Ni?a）事件期間，暖池東部的深層溫度將顯著升高（降低），而西部的深層溫度則將顯著降低（升高）。

圖3 暖池深層溫度場第一模態(tài)（a）及其時間系數(shù)（b）實線和虛線分別為時間系數(shù)的年際和年代際變化

圖4 深層溫度場第二模態(tài)（a）及其時間系數(shù)（b）實線和虛線分別為時間系數(shù)的年際和年代際變化

為了進一步了解暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)溫度場主要模態(tài)之間的相互關(guān)系，對各層溫度場主要模態(tài)進行了時滯相關(guān)分析。結(jié)果表明，暖池混合層與障礙層溫度場第一模態(tài)時間系數(shù)間的關(guān)系非常密切，其同期相關(guān)系數(shù)高達0.996，而暖池障礙層與深層溫度場第一模態(tài)間的關(guān)系也較密切，其同期相關(guān)系數(shù)為0.84；暖池混合層和障礙層溫度場第二模態(tài)間的關(guān)系也非常密切，其同期相關(guān)系數(shù)高達0.996，而暖池障礙層與深層溫度場第二模態(tài)間的關(guān)系也較密切，其同期相關(guān)系數(shù)為0.83。

3 暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)溫度場第一模態(tài)的年際變異機理

從前面的分析可知，暖池混合層和障礙層溫度場第一模態(tài)皆存在著非常一致的年際振蕩和長期變化趨勢，并在1985年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變。這說明，它們的年際變異機理應(yīng)該是相同的。可是，暖池深層溫度場第一模態(tài)的空間結(jié)構(gòu)卻與混合層溫度場有所不同，這意味著其變異機理可能有別于混合層溫度。因此，本節(jié)分別探討暖池混合層和深層溫度場第一模態(tài)的年際變異機理。

3.1混合層溫度場第一模態(tài)的年際變異機理

由于暖池區(qū)的垂向運動較弱，而且暖池三維結(jié)構(gòu)的年際變化主要是由熱帶太平洋的緯向風(fēng)異常、赤道Kelvin波和Rossby波引起的緯向流異常與Ekman輸送共同導(dǎo)致的（秦思思等，2015），因此本文重點分析緯向風(fēng)、緯向流和海面凈熱通量對混合層溫度變化的影響。分別對暖池混合層溫度場第一模態(tài)時間系數(shù)在1985年前后與暖池區(qū)的海面緯向風(fēng)應(yīng)力、5 m層緯向流和海面凈熱通量進行了超前和滯后相關(guān)分析。結(jié)果表明，當(dāng)時間系數(shù)滯后緯向風(fēng)1-2個月、緯向流2個月和凈熱通量0個月時，它們間的關(guān)系最密切（圖5）。但應(yīng)指出的是，由于1985年前的海面凈熱通量資料較少，本文僅探討了1986年以后熱通量與時間系數(shù)間的相關(guān)情況。如圖5所示，在躍變后，緯向風(fēng)與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≥0.6）位于暖池中部的赤道區(qū)（7.5°N-5°S，140°E-170°W） （圖5a），緯向流與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≥0.4）主要位于赤道附近的南赤道流（SEC）區(qū)（圖5b），而時間系數(shù)與凈熱通量間的高相關(guān)區(qū)（R≤-0.6）則位于赤道中東部海域（圖5c），這些相關(guān)系數(shù)皆超過了99%的顯著性檢驗。需要說明的是，在躍變后緯向風(fēng)與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)較躍變前西移了約15個經(jīng)度。由于凈熱通量與時間系數(shù)間的關(guān)系是同期的，因此可以認(rèn)為，暖池混合層溫度場第一模態(tài)的年際變化主要是由緯向風(fēng)和SEC共同引起的。具體講來，當(dāng)暖池上空盛行東（西）風(fēng)時，這對應(yīng)于中部型La Ni?a（El Ni?o）事件，SEC隨之增強（減弱甚至轉(zhuǎn)向東流），迫使大量的暖水由東（西）向西（東）流，因而使得暖池東部的暖水減少（增多），于是暖池中東部的混合層溫度隨之降低（升高）。

3.2深層溫度場第一模態(tài)的年際變異機理

圖5 躍變后混合層溫度場第一模態(tài)時間系數(shù)與緯向風(fēng)（a）、緯向流（b）和海面凈熱通量（c）間的相關(guān)場

由于障礙層阻礙了太陽輻射通量的下傳，并將風(fēng)應(yīng)力的作用限制在混合層內(nèi)，因此這里重點探討緯向流對暖池深層溫度場年際變化的影響。分別對暖池深層溫度場第一模態(tài)時間系數(shù)在躍變前后與暖池區(qū)100 m層緯向流進行了超前和滯后相關(guān)分析。結(jié)果表明，在躍變前后時間系數(shù)在滯后緯向流1個月時兩者間的關(guān)系最密切（圖6）。其中，在躍變前緯向流與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≥0.4）主要位于SEC區(qū)（圖6a），而在躍變后高相關(guān)區(qū)分別出現(xiàn)在SEC區(qū)（R≥0.4）和赤道潛流（EUC）區(qū)（R≤-0.4）（圖6b），這些相關(guān)系數(shù)皆超過了99%的顯著性檢驗。因此可以認(rèn)為，暖池深層溫度場第一模態(tài)的年際振蕩主要是由SEC和EUC共同引起的，特別在躍變后EUC的作用明顯增大。具體講來，當(dāng)西向的SEC增強（減弱甚至轉(zhuǎn)向東流）時，東向的EUC增強（減弱甚至消失），這對應(yīng)于中部型 La Ni?a（El Ni?o） 事件 （Johnson et al, 2002），因而從赤道兩側(cè)進入暖池的低溫水增多（減少），而從赤道東流的暖水也增多（減少），于是暖池的暖水減少（增多），因而深層溫度將降低（升高）。

圖6 躍變前（a）、后（b）深層溫度場第一模態(tài)時間系數(shù)與100 m層緯向流間的相關(guān)場

4 暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)溫度場第二模態(tài)的年際變異機理

由于暖池混合層和障礙層溫度場的第二模態(tài)存在著非常一致的年際振蕩，并在1995年前后發(fā)生了一次氣候躍變，因此可以認(rèn)為，它們的年際變異機理應(yīng)是相同的。但是，暖池深層溫度場第二模態(tài)的空間結(jié)構(gòu)卻與混合層溫度場第二模態(tài)略有不同，這意味著它們的變異機理可能也并不完全一致。因此，本文重點探討暖池混合層和深層溫度場第二模態(tài)的變異機理。

4.1混合層溫度場第二模態(tài)的年際變異機理

同樣，分別對該模態(tài)時間系數(shù)在躍變前后與暖池區(qū)緯向風(fēng)、5 m層緯向流和海面凈熱通量進行了超前和滯后相關(guān)分析。結(jié)果表明，在躍變前（后），當(dāng)時間系數(shù)滯后緯向風(fēng)1（1）個月、緯向流1（1）個月和凈熱通量0（0）個月時，它們間的關(guān)系最密切（圖7。因篇幅所限，圖7中未給出躍變前的相關(guān)場）。緯向風(fēng)與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≥ 0.6）皆位于暖池中東部的赤道海域（圖7a），緯向流與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≥0.6）主要位于赤道附近的SEC區(qū)（圖7b），而凈熱通量與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≤-0.6）則位于165°E以東的赤道海域（圖7c）。這些相關(guān)系數(shù)皆超過了99%的顯著性檢驗。值得注意的是，在躍變后緯向風(fēng)與時間系數(shù)間的關(guān)系更密切（R≥0.8），而且高相關(guān)區(qū)向西擴展至暖池的西北部。由于凈熱通量與時間系數(shù)間的關(guān)系是同期的，因此可以認(rèn)為，暖池混合層溫度場第二模態(tài)的年際變化也是由緯向風(fēng)和SEC共同引起的，特別在躍變后緯向風(fēng)的作用明顯增大。具體講來，當(dāng)暖池上空盛行東（西）風(fēng)時，這對應(yīng)于東部型La Ni?a（El Ni?o）事件，SEC隨之增強（減弱甚至轉(zhuǎn)為東向流），于是有更多（少）的暖水由東（西）向西（東）輸送，使得暖池西部的暖水增多（減少），于是混合層溫度隨之升高（降低）。

4.2深層溫度場第二模態(tài)的年際變異機理

圖7 躍變后混合層溫度場第二模態(tài)時間系數(shù)與緯向風(fēng)（a）、緯向流（b）和凈熱通量（c）間的相關(guān)場

由暖池深層溫度場第二模態(tài)時間系數(shù)與100 m層緯向流的時滯相關(guān)分析結(jié)果可知，在躍變前（后）時間系數(shù)在滯后緯向流1（1）個時兩者間的關(guān)系最密切（圖8）。其中，在躍變前，緯向流與時間系數(shù)間的高相關(guān)區(qū)（R≥0.4）主要位于SEC區(qū)（圖8a），而在躍變后，除了正的高相關(guān)區(qū)仍然出現(xiàn)在SEC區(qū)外，在赤道中東部的EUC區(qū)還出現(xiàn)了一負(fù)高相關(guān)區(qū)（R≤-0.6） （圖8b）。這些相關(guān)系數(shù)皆超過了99%的顯著性檢驗。由此可以認(rèn)為，暖池深層溫度場第二模態(tài)的年際振蕩主要是由SEC和EUC共同引起的，特別在躍變后EUC的作用明顯增大。當(dāng)SEC增強（減弱甚至轉(zhuǎn)向東流）時，這對應(yīng)于中部或東部型La Ni?a（El Ni?o）事件，有更多的暖水在暖池西部輻合（輻散），而當(dāng)EUC增強（減弱）時，則有更多（少）的暖水東流，這有助于暖池西部的暖水增多（減少）、東部的暖水減少（增多），于是暖池西部的深層溫度將升高（降低），而東部的深層溫度則降低（升高）。

圖8 躍變前（a）、后（b）暖池深層溫度場第二模態(tài)時間系數(shù)與緯向流間的相關(guān)場

5 結(jié)論

1）暖池混合層和障礙層溫度場第一模態(tài)皆有2～4 a的年際變化和線性遞增趨勢，并在1985年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變，在躍變前暖池中東部的溫度處于偏低期，而在躍變后則變?yōu)槠咂?，而且該模態(tài)還與中部型ENSO有較密切的聯(lián)系。暖池混合層和障礙層溫度場第二模態(tài)都有4～6 a的年際變化和線性遞減趨勢，并在1995年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變，在躍變前暖池西部的溫度處于偏低期，而在躍變后則變?yōu)槠咂?，但該模態(tài)與東部型ENSO相聯(lián)系。

2）暖池深層溫度場第一模態(tài)揭示了全域具有同位相變異特征，其年際變化、長期變化趨勢和氣候躍變時間皆與混合層溫度場第一模態(tài)相同，也與中部型ENSO相聯(lián)系。暖池深層溫度場第二模態(tài)表明了全域具有緯向的反位相變異特征，它具有2-4 a的年際變化和線性遞減趨勢，并在1995年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變，在躍變前暖池東（西）部的溫度處于偏高（低）期，而在躍變后則變?yōu)槠ǜ撸┢?，但在躍變前（后）該模態(tài)與東（中）部型ENSO相聯(lián)系。

3）暖池混合層（包括障礙層）溫度場第一、二模態(tài)的年際變化皆是由緯向風(fēng)和SEC共同引起的，而暖池深層溫度場第一、二模態(tài)的年際變化則是由SEC和EUC共同導(dǎo)致的，在躍變后EUC的作用明顯增大。

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（本文編輯:袁澤軼）

Spatial and temporal variability in temperature fields of the western Pacific warm pool thermohaline structure

QIN Si-si1,ZHANG Qi-long2,3,YIN Bao-shu2,3

（1.Key Laboratory of Research on Marine Hazards Forecasting,National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081,China; 2.Key Laboratory of Ocean Circulation and Waves,Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China; 3.Laboratory for Ocean and Climate Dynamics,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao 266237,China）

Based on the monthly temperature and salinity data during 1950-2011,the averaged temperature fields in mixed layer(ML),barrier layer(BL)and deep layer(DL)of the western Pacific warm pool(WPWP)area(20°N-15°S, 120°E-140°W） are calculated using 28℃isotherm as the boundary of the WPWP.The spatial and temporal variability of temperature anomaly fields in the ML,BL and DL is analyzed using an empirical orthogonal function(EOF)analysis method,respectively.In addition,the influences of the zonal wind stress,zonal currents and sea surface heat fluxes in the WPWP on the first two modes of these anomaly fields are also examined,respectively.The analysis results show that the first mode suggests that the temperature fields at three layers in the WPWP all have strong interannual variability and long-term trend and undertake a regime shift before and after 1985,while the second mode indicates that the temperature fields at three layers in the westernWPWP all have strong interannual variability and long-term trend and undertake a regime shift before and after 1995.The further analysis also indicates that the interannual variability in the first two modes of ML(including BL)temperature anomaly field is primarily controlled by zonal winds and South Equatorial Current(SEC),while the interannual variability in the first two modes of DL temperature anomaly field is mainly affected by SEC and Equatorial Undercurrent.

western Pacific warm pool;thermohaline structure;spatial and temporal variability;ENSO

P731.27

A

1001-6932（2017）01-0027-10

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.01.004

2015-12-21；

2016-02-04

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（2012CB417402）。

秦思思（1990-），女，博士研究生，主要從事大洋環(huán)流與海氣相互作用研究，電子郵箱：qinsi.happyfamily@163.com。

張啟龍（1954-），男，研究員。電子郵箱：qlzhang@qdio.ac.cn。