北太平洋涛动与的关系及其年代际变化❋

邓新林， 李　春❋❋

(1.中国海洋大学物理海洋实验室，山东 青岛 266100; 2.青岛海洋科学与技术协同创新中心，山东 青岛 266100;3.海洋-大气相互作用与气候山东省高校重点实验室，山东 青岛 266100)



邓新林1，2，3， 李春1，2，3❋❋

(1.中国海洋大学物理海洋实验室，山东 青岛 266100; 2.青岛海洋科学与技术协同创新中心，山东 青岛 266100;3.海洋-大气相互作用与气候山东省高校重点实验室，山东 青岛 266100)

摘要：基于HadISST海表温度和NCEP/NCAR的海平面气压等再分析资料，研究了北太平洋海平面气压主模态与Elo的关系。结果发现：阿留申低压模态是对Elo事件的同期响应，而北太平洋涛动模态可以诱导热带太平洋产生类似中部型Elo的海温异常，且具有提前4～12个月的预报意义。冬春季的北太平洋涛动处于正位相时，阿留申低压与夏威夷高压同时减弱，北太平洋背景风场减弱。夏威夷高压东南侧西南风异常减弱北太平洋东北信风，使加利福尼亚海区SST暖异常，在“风-蒸发-SST”机制的作用下，异常暖海温向热带太平洋传播，使赤道地区海温升高并产生西风异常，热带太平洋产生类似中部型Elo的异常海温。Elo类型的年代际变化可能受到北太平洋涛动的影响，当北太平洋涛动信号活跃时，中部型Elo事件的发生频率大。

关键词：Elo；北太平洋涛动；“风-蒸发-SST”机制；年代际变化

北太平洋大气环流有两个主模态：阿留申低压(Aleutian Low，AL)模态和NPO模态，分别是对应着海洋的太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation，PDO)模态和北太平洋环流振荡(North Pacific Gyre Oscillation,NPGO)模态。在冬季，NPO可以强迫出一个海温异常足迹，这个被强迫出来的海温异常信号能持续到下一年的春夏季，进而产生类似ENSO模态的海温异常，这种作用机制被称为“留足迹”机制[12-13]。Di Lorenzo等[13]发现，NPGO通过副热带北太平洋的海洋环流使热带太平洋中部海温增暖。

1资料和方法

本文所用的资料已从1948年起去掉了线性趋势以消除全球变暖对气候的影响，并对海表面气压距平(SLPa)场进行了3个月的时间平滑以消除季节内的变化信号。为得到北太平洋大气环流的空间模态，对1948—2014年月平均的SLPa进行了EOF分解，分解结果为第一模态的AL和第二模态的NPO，并定义此时的空间模态为AL/NPO正位相，对应的时间序列为AL/NPO指数。用相关和回归的方法探究了AL/NPO与热带太平洋SST的关系，并且通过滑动相关分析其年代际变化。

为分析北太平洋大气环流的特征，首先对SLPa场进行了EOF分解(见图1)。由图1看出，第一模态表现为海盆尺度的异常中心，该异常中心位于阿留申低压附近，称之为AL。类似AL模态的大气强迫能调整PDO的位相，与ENSO的低频变化相关[14-15]。第一模态对应的时间序列被称为AL指数。第二模态表现为正负异常中心呈南北偶极分布(见图1(b))，人们将其定义为NPO模态[15]。第二模态对应的时间序列被称为NPO指数。NPO可分为正负位相。当NPO为正(负)位相时，南部为异常低压(高压)北部为异常高压(低压)，夏威夷高压与阿留申低压同时减弱(增强)，南北经向气压梯度减弱。NPO型的大气强迫对应NPGO型的海洋环流[15]。

((a)第一模态；(b)第二模态；(c)第一时间序列(红色)与第二时间序列(蓝色);百分率为该模态的解释方差。(a) First EOF mode of SLP; (b) Second EOF mode of SLP; (c) Standardized time series of the first (PC1, read) and second principal component (PC2, blue); The percentage represents explain variance.)

图1北太平洋SLP场的EOF分解结果

Fig.1EOF analysis of North Pacific SLP

(横坐标<0表示AL/NPO指数超前CP/EP指数的相关；灰色实线表示置信度为90%的临界相关值。Negative lags imply that the NPO/AL index leads the CP/EP index； Gray line represents the 90% confidence limit(r=±0.204).)

图2AL指数(红色)/NPO指数(蓝色)与冬季CP(a)及EP(b)指数的超前—滞后相关

Fig.2(a)Lead-lag Correlation of the AL (red)/NPO (blue) index with the CP(a) index and the EP(b) index

从北半球冬、春季起，NPO指数与次年冬季的CP指数有独立的超置信度为90%的相关性，故在下文的研究中，取12月至次年5月(D(-1)JFMAM(0))平均的AL/NPO指数作为该年的AL/NPO指数(见图6(a))。

为了验证NPO能影响热带太平洋SST的这一结论，本文用1948—2014年的NPO指数对SST和海平面风场进行回归(见图4，5),结果发现，NPO型的大气环流使北太平洋中纬度产生异常东风，副热带东部产生异常的西南风(见图4(a))，该异常东风与西南风减弱了背景风场。当背景风场减弱后，海表面的水汽蒸发减少，海洋向大气释放的热带随之减少，热量收支平衡被打破，SST升高[5-9]。这种由“风-蒸发-SST”机制产生的异常的暖海温足迹能够持续到次年的春季和夏季[8]，并延伸至热带太平洋中西部(见图5(a))，此时热带太平洋中西部产生异常西风(见图5(b))，该西风异常减弱了赤道东风，赤道上翻流减弱，热带太平洋海水变暖。

厄尔尼诺发展年的夏季，秘鲁西岸有暖海温生成并向热带太平洋传播(见图4(b))。此时热带太平洋的暖海温起源于两个地方，一是来自受NPO影响的北太

(阴影部分表示SST经过了信度为90%的回归检验;箭头表示风场经过了置信度为80%的回归检验。Shaded areas and vector indicate 90% and 80% confidence level for SST and surface wind.)

图4SST(彩色阴影及等值线，单位：℃)及海平面风场(箭头，单位：m/s)对NPO指数的回归

Fig.4Regression maps of SST(shaded and contour, unit: ℃ ) and surface wind (vector, unit: m/s) against to the NPO index

((a)沿(0°,170°W)至(20°N,115°E)线剖面；(b)赤道地区(5°S,5°N)经向平均的纬向-时间剖面。(a)Regression map along the line (0°,170°W)to (20°N,115°E); (b)Regression map in the tropical area(5°S, 5°N) average.)

图5SST(等值线，单位：℃)、海表面风场(矢量箭头，单位：m·s-1)及海面净潜热通量(彩色阴影，单位：W·m-2)对NPO指数的回归

Fig.5Regression maps of SST(contour, unit: ℃), surface wind (vector, unit: m·s-1) and latent heat net flux

(shaded, unit: W·m-2) against to the NPO index

4结语

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责任编辑庞旻

Its Decadal Variability

DENG Xin-Lin1,2,3, LI Chun1,2,3

(1.Physical Oceanography Laboratory, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.Qingdao Collaborative Innovation Center of Marine Science and Technology, Qingdao 266100, China; 3.Key Laboratory of Ocean-Atmosphere Interaction and Climate in Universities of Shandong, Qingdao 266100, China)

Abstract：This study used the HadISST and NCEP/NCAR reanalysis dataset to examine the relationship between the North Pacificsea level pressure andtwo types of Elo. It is found that the Aleutian Low mode is the real-time correspond to Elo; the North Pacific Oscillation mode may give rise to central Pacific Elo, which can forecast the Elo for about 4～12 months ahead. When the North Pacific Oscillation is on the positive (negative) phase, the Hawaii High and Aleutian Low is enhanced (weakened), which relaxing (strengthening) the background circulation. The positive phase of North Pacific Oscillation in winter and spring weakens the trade wind, generating positive SST anomaly in the California sea area by the wind-evaporation-SST mechanism. The positive SST anomaly spread to the central tropical Pacific in spring and summer and forces a pattern of atmosphere circulation anomaly includingwesterly wind anomaly along the central and westerntropical Pacific, which contributes to the occurrence of CP Elo. It is interesting that the root mean square of North Pacific Oscillation has significant decadal variability, corresponding to the decadal variability of two type of Elo. From 1950s to 1970s and after 1990s, the North Pacific Oscillation is active, the occurrence of central PacificElo is more frequent; From 1970s to 1990s, the Aleutian Low is more active, the tropical Pacific is dominated by the easternPacificElo.

Key words:Elo; North Pacific oscillation; wind-evaporation-SST mechanism; interdecadal variation

基金项目：❋ 国家自然科学基金项目(41276002；41130859)；国家重大研究计划发展项目(2012CB955603；2013CB956201)；国家自然科学基金—山东海洋科学研究中心联合基金项目(U1406401)资助

收稿日期：2015-09-21；

修订日期：2015-12-31

作者简介：邓新林(1991-)，女，硕士生。E-mail:deng_xinlin@126.com ❋❋通讯作者：E-mail:lichun7603@ouc.edu.cn

中图法分类号：P732.6

文献标志码：A

文章编号：1672-5174(2016)06-042-10

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20150327

Supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (41276002; 41130859); the National Basic Research Program of China (2012CB955603; 2013CB956201); the NSFC-Shandong Joint Fund for Marine Science Research Centers (U1406401)