近60年印太海温分布特征及其对环流场的影响

■徐　冰(中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安710082)

近60年印太海温分布特征及其对环流场的影响

■徐冰
(中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安710082)

本文利用1950-2009年(60年)30°S-30°N,40°E-80°W的逐月海表温度场（SST）资料来分析印太海区海温距平分布、各个海区的时间距平序列及其与相应SOI（南方涛动指数）、IOD指数的相关关系，确定印太海区近60年来的海温分布特征，以及海温变化与厄尔尼诺和拉尼娜事件的联系。海表温度的异常变化是厄尔尼诺和拉尼娜事件的主要指示因子之一，可表征海温的年际变化特征。印太海区的海温距平分布能反映厄尔尼诺和拉尼娜事件出现时期的海温异常，通过正负海温距平可以判断出两个事件发生时各个海区的响应情况，通过分析得到与ENSO事件相关性最好的一个海区，对其进行研究，对于今后预报两大事件的发生将有重要指导意义。海平面温度变化的大体趋势可以通过SST资料加以处理分析得到，通过近60年印太海温分布可以看出厄尔尼诺和拉尼娜事件发生的年份分布，进而可得到其发生的周期，通过利用与SOI或IOD指数具有较好相关性海区的高度场及风场资料进行合成，分析厄尔尼诺或拉尼娜发生时的高度场和风场异常。

海温异常合成异常

1　引言

历史上发生的最严重的几次厄尔尼诺和拉尼娜事件给全球许多区域都造成了巨大灾难，例如，1972-1973年秘鲁渔业资源骤减；1994-1995年美国洪水和暴风；2002-2003年澳大利亚干旱；1988-1989年，1998-2001年发生了强烈的拉尼娜事件，令太平洋东部至中部的海水温度比正常偏低1-2℃。

SSTA的异常变化是厄尔尼诺事件的主要指示因子之一。由于Nino3区位于赤道太平洋中部,该区的厄尔尼诺信号最为突出,所以Nino3区的状况可能是反映对全球气候影响的最佳指标。目前,大多采用Nino 3区SSTA来确定厄尔尼诺和拉尼娜事件的发生、发展和结束时间以及事件强度的定义，而Nino3.4区SSTA的变化也有较好的参考价值。通常规定SSTA≥0.5℃(或≤-0.5℃),且时间长度达到2个季度以上(其中允许中断1个月),即可定义一次厄尔尼诺或拉尼娜事件。

研究表明，夏季暖池SSTA具有整体一致性分布和南北区域的反对称分布两种空间分布型；典型的厄尔尼诺或拉尼娜型态,主要表现在西风漂流区海温距平与赤道东太平洋海温距平符号相反,即两区域海温为显著的负相关；北太平洋海表温度不仅有周期为3-6年的年际变化，还叠加周期为10年、20年的年代际变化。

2　印太海区海温异常时间分布

为了研究印太海区的海温异常分布情况，现选取两个大洋中七个具有代表性的局部海区进行分区域研究，从而选择其中最具有代表性的海区。将七个海区60年海温资料做逐月距平处理，再做季节平均，得到各区季节性海温异常随时间的变化情况。可以得知，夏季和冬季波动较大，海温的异常变化最明显，故选择夏冬两季作为之后讨论的代表时次。

分析得出，Nino1+2区，Nino3区，Nino4区，Nino3.4区这四个Nino海区的海温距平随时间的年际变化不明显，峰谷值基本不随时间变化。西太平洋暖池、东南印度洋、西北印度洋具有明显的周期性，大约每隔14年出现一次极端偏暖或偏冷事件，说明这三个海区具有较好的一致性。

将逐月海温资料做逐年平均处理，得到逐年距平—时间指数序列图。结果与海温异常随时间的变化情况基本一致，西太平洋暖池区正距平平均值呈逐年递增趋势，负距平平均值呈逐年减少趋势，曲线的峰谷均逐年升高，但西太平洋暖池的正负距平都不如其他五个区域显著。西北印度洋的正负距平整体大于东南印度洋，且两区域之间有较多相同海温距平增减的年份。将西北印度洋指数与东南印度洋指数相减，得到IOD指数。

将七个具有代表性海区1950-2009年时间—海温距平指数序列与相应的SOI做相关性分析，Nino海区与SOI有较好的相关性，得到相关系数最大的海区为Nino3.4区（5°S-5°N,120°W-170° W），达-0.72，Nino3和Nino4的相关系数也较大，本文选取Nino3.4区的要素场进行相关研究。

将Nino3.4区海温距平时间序列标准化之后，分别选取10个夏冬季峰谷值异常年份（大于或小于一个标准差）作为研究对象，分析厄尔尼诺和拉尼娜发生时风场、高度场异常。

3　高度场异常的空间分布

由于南方涛动和厄尔尼诺现象几乎同时发生，所以SOI可以用来衡量厄尔尼诺现象。Nino3.4区指数与SOI相关性最好，说明Nino3.4区也能较好的反映厄尔尼诺发生时要素场的异常，分别用这一区500hPa、850hPa高度场和风场，将选出的十组峰谷时次的高度场、风场进行合成，通过t检验，得到相应层次峰谷时次的合成图。

3.1夏季高度场的异常分布

分析十组峰谷时次的500hPa夏季高度场的距平合成图可知，海温异常偏高时，在阿拉伯海、中国南方至东南亚地区、西太平洋地区为明显负变高，在日本以东为较明显正变高。对比60年夏季500hPa高度平均场可以看出，中国南方为弱脊，负变高使弱脊更弱；东南亚以及西太平洋处在西太平洋副热带高压控制区，负变高使得副高减弱；日本以东为槽区，正变高使得槽减弱。海温异常偏低时，阿拉伯海、中国南方以及墨西哥湾地区为正变高，其余大部份地区均为负变高，其中北太平洋中部、日本东南部以及整个南半球非常显著，这与海温异常偏高年份有着明显反相位差别，使得中国南方的弱脊增强，日本以东的槽加深，北太平洋中部的槽加深，墨西哥地区的弱脊增强。

同上分析850hPa可知，海温异常偏高时，在印度半岛西南沿海、中国南方至中南半岛、赤道以北西太平洋以及墨西哥地区为明显的负变高，在日本以东以及东南亚为较明显的正变高。对比60年夏季850hPa高度平均场可以看出，负变高使得西太副高减弱南退，也使得东太平洋副高减弱南退；日本以东为槽区，正变高使得槽减弱，也使得西太副高西伸至东南亚。海温异常偏低时，印度东部、澳大利亚北部、澳大利亚以西至非洲大陆以及南美以西海域为较明显的负变高，正变高只存在于中国南方、赤道以北西太平洋以及墨西哥地区，这与海温异常偏高年份有着明显反相位差别，使得印度东部低压加强，阿拉伯海低压加强，西太副高强度增强且北上，东太平洋副高北上增强。

3.2冬季高度场的异常分布

分析十组峰谷时次的500hPa冬季高度场的距平合成图可知，海温异常偏高时，南半球基本均为正变高，北半球西太平洋和墨西哥以东海域为明显正变高中心，阿拉伯半岛南部和赤道以北太平洋中部至东亚以及墨西哥附近为负变高明显区域。对比60年冬季500hPa高度平均场可以看出，负变高使得北太平洋中部脊减弱，墨西哥东部脊减弱；正变高使墨西哥西岸槽减弱，东亚大槽的南段也有所减弱。海温异常偏低时，南半球基本均为明显负变高，北半球除了在阿拉伯海-印度洋-南亚区域为负变高，其余均为正变高，其中在赤道以北西太平洋以及墨西哥湾地区为明显正中心，这与海温异常偏高年份有着明显反相位差别，会使得北太平洋中部的脊西移并加强，北美东岸的槽减弱，墨西哥湾地区的脊加强，负变高则会使东亚大槽南段稍有加深。

同上分析850hPa可知，海温异常偏高时，东南亚、赤道西太平洋以及墨西哥以东至南美沿岸为正变高中心，阿拉伯半岛、印度半岛及其以北为负变高，赤道以北太平洋中部也为负变高。对比60年冬季850hPa高度平均场可以看出，负变高使得印度半岛高压减弱，太平洋中部高压减弱，亚欧大陆东岸槽加深且东移；正变高使东南亚地区高压增强，澳大利亚高压增强，东太平洋高压增强。海温异常偏低时，澳大利亚以东海域以及南美洲以东海域为明显的负变高区，赤道以北太平洋从西向东呈现正负正的变高态势，在墨西哥湾地区正变高非常显著，这与海温异常偏高年份有着明显的反相位差别，正变高会使得亚欧大陆东岸槽减弱，北美东岸的槽减弱，墨西哥湾地区的脊加强，负变高则会使北太平洋中部的高压脊减弱，东太平洋高压减弱。

将Nino3.4指数分别与500hPa、850hPa高度场作相关，可知在低层850hPa整个印度洋及东南亚地区、南美洲西海岸呈显著正相关分布；在赤道太平洋中部呈负相关分布。高层500hPa整个南半球呈现正相关，其中在印度洋与大洋洲以东海域最为显著；负相关出现在赤道以北太平洋中西部区域。

4　风场异常的空间分布

以上分析可知，由于海温异常分布可以造成高度场异常变化，下面再进一步分析风场异常。

4.1夏季风场的异常分布

分析峰谷值年500hPa夏季风场的距平合成图可知，海温异常偏高时，在阿拉伯海地区有一气旋式环流，西风明显增强；在整个东南亚地区有一明显反气旋式环流，在我国南海处的西风明显加强；在赤道以北至30°N的西太平洋有一明显气旋式环流；亚澳分界线上为西风加强；南北美洲分界处也为一西风加强区；马达加斯加岛中部为显著东风加强区。对比60年夏季500hPa平均风场图可看出，峰值年份阿拉伯海20°N西风减弱，东南亚反气旋环流明显增强，北半球西太平洋东西风带风力减小，经向风增强，墨西哥湾西风渐弱，秘鲁沿岸西风增强，亚澳分界上东风带减弱，马达加斯加岛中北部西风减弱。海温异常偏低时，索马里至亚丁湾为一反气旋环流；我国东南海域北风明显加强；西太平洋为一反气旋式环流区；赤道以北太平洋中部南风加强；墨西哥北部为反气旋式环流加强，南部气旋式环流加强；秘鲁沿岸东风加强，这与峰值年的合成图存在明显差别，使得索马里地区反气旋加强，南海西风带减弱，秘鲁沿岸西风减弱，亚澳分界上东风明显加强。

同上分析850hPa可知，海温异常偏高时，在索马里东部海域西风明显增强；印度半岛以南赤道海域西风增强；在整个东南亚地区有一明显反气旋式环流；我国南方的东风明显加强；在赤道以北西太平洋有一明显气旋式环流；菲律宾与新几内亚之间海域（赤道暖池）西风增强；墨西哥南部海域西风加强；秘鲁西侧海域西风增强；亚澳分界线上西风加强。对比60年夏季500hPa平均风场图可看出，峰值年份索马里南部海域西风减弱，东南亚反气旋环流明显增强，北半球西太平洋东西风带风力减小，经向风增强；赤道暖池东风减弱，秘鲁沿岸东风减弱。海温异常偏低时，阿拉伯海北部东风增强；马达加斯加岛北风增强；东南亚气旋式环流加强；澳大利亚北部东风增强显著；墨西哥地区为反气旋式环流加强；南美秘鲁西岸西风加强，这与峰值年的合成图存在明显反相位差别，谷值年份索马里南部海域西风减弱，东南亚反气旋环流减弱；赤道暖池东风加强，墨西哥地区反气旋加强，秘鲁沿岸东风加强。

4.2冬季风场的异常分布

分析峰谷值年500hPa冬季风场的距平合成图可知，海温异常偏高时，索马里附近西风增强，阿拉伯海北部大陆直至台湾以东太平洋一带有显著西风增强；印度洋中部东风显著加强；菲律宾以南海域东风增强；太平洋中部西风显著增强，赤道以北太平洋中部南风增强，其东西两侧分别为反气旋式环流加强和气旋式环流加强区；墨西哥地区为气旋加强区；秘鲁西岸西风加强。对比60年来冬季500hPa平均风场图可看出，峰值年份印度洋赤道西风带加强，亚欧大陆副热带西风增强，印度洋中部东风加强，菲律宾以南海域西风减弱，赤道以北太平洋经向风加强，墨西哥湾西风减弱，秘鲁西岸东风减弱。海温异常偏低时，赤道印度洋东风显著加强；印度半岛及周围东风加强；菲律宾南部及周围海域北风加强，菲律宾以北东风加强；澳大利亚东北海域西风显著加强；赤道太平洋为一显著东风加强带；墨西哥湾为反气旋环流异常中心；秘鲁以西海域东风加强。这与峰值年份风场的差异显著，可以看出，当海温异常偏低时，赤道印度洋一带西风减弱，亚欧大陆中纬度西风渐弱，菲律宾群岛经向风（北风）加强，菲律宾以北西风减弱，澳大利亚东北海域东风减弱，西北海域东风加强；赤道太平洋西风带强度减弱，秘鲁以西海域东风增强。

同上分析850hPa可知，海温异常偏高时，在索马里至马来西亚西侧的赤道附近西风明显增强；阿拉伯海北侧西风增强；南海海域南风增强；在赤道以北太平洋西部有一明显反气旋式环流，赤道暖池东风加强；墨西哥南部海域西风加强；秘鲁西侧海域东风增强；澳大利亚以东海域西风加强，以西海域东风加强。对比60年夏季850hPa平均风场图可看出，峰值年份南半球热带印度洋东风减弱，北半球中纬度亚欧大陆西风增强，南海经向风（南风）加大，菲律宾以东太平洋西风减弱，赤道暖池东风增强，澳大利亚东西海岸风场均减弱，秘鲁沿岸东风增强。海温异常偏低时，印度洋中部西风增强；南海北风增强；赤道西太平洋为一气旋式环流异常区；澳大利亚北部东风增强显著；墨西哥湾反气旋式环流加强；南美秘鲁西岸西风加强，这与峰值年的合成图存在明显反相位差别，谷值年份印度洋中部西风加强，南海经向风（北风）加强，赤道西太平洋气旋式环流加强，澳大利亚北部东风增强，南北美分界上西风渐弱，秘鲁沿岸东风减弱。

5　SSTA分布

厄尔尼诺和拉尼娜事件发生时最明显变化体现在海温的异常冷暖，由海温距平场合成图可知，海温异常主要体现在赤道中东太平洋(即Nino海区)，由之前分析可知，Nino3.4区变化最显著，印度洋中部也有异常中心。

6　结论

通过对Nino3.4区的近60年海温异常分布情况分析，得到十组峰谷值年份，对其要素场进行合成，可以大致分析出厄尔尼诺和拉尼娜发生时的要素场异常情况。

（1）夏季厄尔尼诺发生时，东太平洋海表温度异常偏暖显著，印度洋中部海域和西北印度洋也有增暖态势。对应夏季500hPa、850hPa高度场和风场形势见3.1、4.1分析结论。

（2）夏季拉尼娜发生时，中东太平洋均温异常偏冷，赤道地区最为显著，印度洋东南海域也有偏冷态势。对应夏季500hPa、850hPa高度场和风场形势与厄尔尼诺发生时有接近反相位的差异。

（3）冬季厄尔尼诺发生时，东太平洋海表温度异常偏暖较夏季更为显著，印度洋中部与南海有增暖态势。对应夏季500hPa、850hPa高度场和风场形势见3.2、4.2分析结论。

（4）冬季拉尼娜发生时，赤道太平洋表现出显著偏冷态势，在澳大利亚西北沿岸海域则表现出海温异常偏暖，印度洋中部有偏冷态势。对应夏季500hPa、850hPa高度场和风场形势与厄尔尼诺现象发生时有接近反相位的差异。

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TV143+.2[文献码]B

1000-405X（2016）-1-363-3

徐冰（1989～），女，助理工程师，研究方向为大气科学、航空气象预报。