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TC
一、PDO的定义与气候影响:
PDO一般以东北太平洋地区的海温定义,正相时从赤道中东太平洋沿美国西海岸到阿拉斯加湾区有正海温距平,而北太平洋洋流流经的地区有负海温距平,在负位相年相反。
资料表明PDO具有显著的20年左右的周期(年代纪震荡),而且PDO与同期全球大气温度有很好的同相相关性。
图PDO.1:
PDO相位下SSTA与异常表层风场
图PDO.2:
1900~2001年PDO月均指数
可以看出从1920年以来PDO有三个显著的半相位(1920年之前由于数据资料的缺失可以忽略),其中1924~1946年的暖期相对不显著,46年之后经历了一轮显著的纬向转换期,分界点在1976年前后,而00年前后显著地进入了一个冷相位时期,简单预估要持续到2020~2025年前后。
图PDO.3:
全球气温走势
从全球气温走势图中可以看出,在24~46以及77到96附近全球温度有一个显著的攀升,而在冷期47~76年则基本维持一个恒温的状态,考虑到人类活动带来的升温趋势,可以说PDO与全球平均气温有很好的对应。
二、PDO与ENSO之间的关系:
来看看PDO与赤道太平洋SST的相关性……是不是和ENSO相当类似?
或许定在中东太平洋上的PDO根本就是太平洋SSTA的另一部分年代纪变化罢了。
由于这种惊人的相似性,PDO的位相往往会左右ENSO事件的发生,譬如说下表:
Lanina
强度
Elnino
强度
1947-1976
6
1.47
5
1.48
1977-2000
4
1.50
6
1.80
这是上一个冷暖周期中,Lanina和Elnino发生的次数,都是按照3个月平均ONI指数的绝对值持续5个月大于1定义的(比CPC常用的0.5更严格),其强度为取过程最大强度然后求平均。
图PDO+ENSO.1:
PDO与热带海区SST的相关性分布
图PDO.2:
PDO与Nino3+4SSTA在1950年至今的年平均值时间演变
从表中不难看出冷相位时期Lanina发生较多而暖相位时Elnino事件更多,但在强度方面两者却没有什么显著的相关性,显示PDO可能作为一个背景状态对ENSO事件起影响,但其绝不是ENSO过程的主要影响因子。
而如果再看月均PDO指数的话不难发现在一个冷暖相位周期中,也存在更短周期的波动,且振幅也绝对不小,甚至还有异相位的月份出现,这也说明ENSO与PDO对于太平洋海温的影响是近乎独立却又相联系的——PDO决定年代纪ENSO背景,而ENSO在2~7年尺度上调整PDO的强度——事实上,NCEP/NCAR的再分析数据集表明1948~2010年PDO与MEI的相关性达到0.571,与Nino3+4区SSTA的同期相关性为0.553(同期相关为差时相关分析中的最大值),与热带太平洋SST的EOF第一时间向量的相关性更是达到0.787,后者对SST总方差的贡献接近50%。
图PDO+ENSO.3:
PDO月平均指数的小波功率谱分析(1900年~2007年)
笔者没有找到太平洋SSTA的小波谱分析,但找到了PDO的小波功率谱分析(ENSO简报总第29期,NCC,2007),分析指出显著地20~30年波动外,PDO指数也存在显著的2.5年左右的周期波动,且该波动在PDO冷暖转换期更显著,显示当PDO进入转换阶段时,ENSO环流对于PDO的变化有非常显著的影响。
三、PDO对于西太平洋风季的影响
下三图分别是春(MAM)、夏(JJA)、秋(SON)三个季节的500hPa高度场与PDO相关性,可以看出一致的特征是北太平洋显著偏西的东亚大槽以及日本以南偏南带状分布的副热带高压,强度略有偏强。
一般来说纬向带状分布的副热带高压会压制ITCZ在低纬度活动,所以初步判断PDO暖相位时西北太平洋的热带气旋活动趋向于低纬西行为主。
但也可以关注到,三个季节中南海和日界限附近有两个正相关中心,130~140E附近始终存在一个相关性相对低值区,这个趋势指出PDO暖相位时日本以南趋向于有一个槽存在,东西环分别位于华南到南海以及日界限附近,槽的强度/频次在三个季节变化不大。
受到槽的影响,PDO暖相位时远洋低纬度西行的热带气旋容易在135~145E的槽前转向东北,这可能是PDO暖相位时第二个显著的路径异常。
图PDO-WP.1:
PDO与500hPa位势高度的相关性分布
而三幅图所代表的季节变化表明,从春到夏再到球,东亚大槽负相关中心有西进减弱到东进增强的过程,趋势表明PDO对西太平洋地区环流的影响在冬季最强,夏季最弱,与Walker环流的季节变化相似。
下图是赤道印度洋和太平洋925hPa层面经向风相关性的分布。
图PDO-WP.2:
赤道印度洋与中西太平洋925hPaV风与PDO相关性分布
经向风分布指出无论是什么季节,索马里越赤道急流都有偏南风趋势,且夏季在南半球存在超过0.45的相关性中心,但其他4支则不同。
其中孟加拉湾支在春夏季节与PDO有比较显著的负相关,但秋季的相关性较小。
紧邻的南海支以及远一些的菲律宾支和赤道新几内亚支在三个季节都体现为正相关但季节变化显著,春季最弱(几乎是无关)而夏秋都比较好(≥0.3)。
几支越赤道急流的相关性对比来看,太平洋上的三支要显著的好于印度洋上的两支,而5支中赤道新几内亚支与PDO的相关性最显著,夏季存在大片超过0.6的正相关中心(图略)。
经向风这种分布表明,PDO暖相位下太平洋和南海三支对季风槽的贡献要远大于常年平均,而且赤道新几内亚支相当显著的正相关说明PDO暖相位年季风槽会比常年平均显著偏东,而索马里偏强的越赤道急流则可能主要供应南海地区的季风槽。
图PDO-WP.3:
印太区100hPa垂直速度与PDO的相关性分布
图中的红圈处为气候平均南高所处的位置,可以看出无论是哪个季节,PDO都与南高的强度呈反向,也即PDO有抑制南高活动的趋势(南高范围内有与异常下沉气流对应的正相关),但相关性随季节变化不大。
由于南亚高压的强度通常正比于西北太平洋地区和北印度洋地区垂直风切变的强度,所以垂直风切变在PDO暖年有一个平均较小值,这通常有利于热带气旋的发展。
图PDO-WP.4:
sigma.8458(大气底层)与sigma.2101(上对流层)速度势与PDO相关性
速度势分布可以看出PDO事件对Walker环流的影响和ENSO环流是近似的,但相关性具有显著的季节和局地变化。
无论哪个季节,PDO与速度势总是在高层有更显著的相关性,同时从时间的变化上来说夏季高底层的相关性都最差,但对春季和秋季来说,底层环流明显是秋季更好,但高空环流两者近似相当,而且西太平洋异常下沉支在春季的相关性要比秋季好得多(东太平洋异常上升支秋季的相关更显著)。
总得来说PDO冷期热带西太平洋地区对流活跃而偏西,副高偏北偏东,但西太平洋靠近南亚高压的南海和菲东近海地区风切较大,路径上多呈现西北行登陆路径,整体生成点显著偏西。
反之,PDO暖期西太平洋地区远洋气旋活跃,ITCZ随同副高一起偏南带状分布,热带系统总体不活跃但风切变较弱,容易出现少台但强度大的年份。
但需要注意,PDO与西太平洋风季就整体来说没有非常好的相关性,相对于这种年代纪尺度的变化,ENSO、QBO等年纪变化或许更值得关注。
四、ENSO对于西太平洋风季的影响
ENSO年的设定:
ENSO事件发生的年份,分析中全部采用ENSO事件后的风季(既+1年)
La:
50、54、55、64、70、73、75、84、88、98、99、07
El:
57、63、65、68、72、82、86、87、91、93、97、02、04、06、09
PS:
最后才发现我找图的时候把06年当08年看了,可写都写完了,一年的区别也不差太多,大家将就着看吧……再抓图然后PS就太麻烦了,累……
春季:
下图是La年、El年500hPa位势距平分布特征。
图ENSO.MAM.1:
1950~2010年ENSO事件次年春季500hPa高度平均距平场,上Elnino下Lanina
可以看出ENSO两个相位在西太平洋地区有完全不同的影响,但却不是完全的反相(非线性叠加)。
ENSO暖事件次年北亚高纬度整个被槽所覆盖(里海、远东各有两个低值中心),而日本朝鲜一带的位势是偏高的,副高控制区的菲东也有10gpm以上的偏高区,初步判断Elnino次年春季副高趋向肥大偏强,且和朝韩半岛附近的一个小脊合并,纬向带状分布。
而Lanina次年,北亚高纬度没有特别一致的系统,经向活跃度要比Elnino次年强得多,但可以看出70~90E附近的位势偏高(有脊),其西侧有显著的低值区,东北涡也有活跃的趋势。
另一个显著的特征是东太平洋阻塞发展强烈且显著偏西,使得日本以东勘察加以南有脊位建立的特征,但这里尚看不出其对于副高的影响,后者的平均位置被一片低值区控制区。
图ENSO.MAM.2:
1950~2010年ENSO事件次年春季200hPa风场异常:
上Elnino下Lanina
与500hPa高度相比,高纬度槽脊异常在200hPa风场上体现的就要更显著精细了。
ENSO暖年的平均显示北亚高纬度有一个强的纬向气旋环流,我国东北和换日线以东在同纬度各有一个反气旋中心,其中我国东北的要显著强。
而在20~40N的纬度范围上,印度西北部有与170E附近各有气旋性环流,后者可能与东太平洋阻塞有关,而前者应该与50E附近南北偶极子有关(脊前西北气流输送槽内冷团形成异常印缅槽),显示了La年春季南支活动偏强。
La年平均最显著的莫过于15~25N之间一致的异常偏东风带,它代表了南支急流在La年的弱势,与La次年春季经向活动偏强的特征吻合。
另外可以看出La次年在副热带东太平洋地区有一个异常低涡活动,同经度赤道地区则存在显著高空异常辐合区,这组经向偶极子和东北太平洋区异常阻塞的发展相对应,也与PNA波列排列匹配。
OLR与925hPa的分布则很好的概述了ENSO次年春季西太平洋地区热带辐合带的状态:
图ENSO.MAM.3:
1950~2010年ENSO事件次年春季925hPa风异常与OLR距平
可以显著的看出,副高在Elnino年在160E附近有一个巨大的反气旋中心,而OLR距平有显著的高值带显示出偏少的降水量,所以说副高在Elnino次年的控制区偏低纬偏南偏强。
反之,La年偏东(反气旋环流中心的移动),偏弱。
与副高对应的热带辐合带在Elnino年相对不活跃,而在Lanina年春季的菲律宾南部地区到新几内亚一带则相当活跃(同时10~15N菲律宾以西有显著偏强的锋面降水区)
季风角度,如果以夏季风的背景来看的话Elnino年的次年春季在80E附近的赤道印度洋有一个显著的逆时针气旋,他导致的偏强的孟加拉-南海越赤道气流与偏弱的索马里气流但不汇入菲东的热带槽中,而La次年春的北印度洋有显著的夏季风模式异常风场配置,吕宋岛东西有一个显著的低压活动。
MAM小结:
在副高、ITCZ以及季风的这种配置背景下,La年相比Elnino年更容易出现春季热带气旋,或者说初台可能更早,而同时热带辐合带也要比Elnino年偏西偏北得多,两者的共同点是初台以转向为主。
夏季:
图:
ENSO.JJA.1:
ENSO次年夏季西北太平洋与季风区H500与Wind200距平
随着西风带的北收与夏季风环流的建立,ENSO扰动在夏季产生的影响和春季出现了明显的差别。
首先Elnino年高纬度位势严重偏高,但却呈纬向分布,这指出极地的位势一定偏低(不上图了,自己翻MEI与极地H500的相关性,是负相关的),极涡较强较稳,这个形势下亚欧大陆横容易出现经向偶极子,引起下游环流的锁定。
另外途中也可看出Elnino年副高是显著偏南偏强偏带状分布的,异常位势分布西脊向南海北部延伸得相当显著,这对应于Elnino事件次年低纬度西行TC的盛行;但在上游巴湖偶极子頻散的作用下170E附近存在另一对经向偶极子,故Elnino次年年140E以东出现的气旋遇上西风槽的频率更高,更容易转向,普遍转向点趋向于130E~140E之间。
反观Lanina次年,高纬度长波经向显著但偶极子形态不明显,我国鄂海有非常强的正位势异常,所以副高在Lanina事件次年容易偏东偏北偏弱,块状分布的可能较大。
但也需要注意到我国东北部有一个正异常中心,它的存在非常有利于和副高在La次年构成西北-东南向高压坝,这容易使得TC更容易登陆30N以北的海岸,45~00年的La年中30N以北出现显著西北行路径的共16个,相比而言Elnino年只有7个(而且年份更多)。
图ENSO.JJA.2:
ENCO次年925hPa夏季(JJA)风与OLR异常
从925hPa风与OLR的异常对比上可以看出,Elnino年夏季5~20N纬度区OLR为一概的正一场,风场上有显著的反气旋系统存在,故这里是副热带高压控制区,与H500分析中这里带状偏强偏南的副热带高压对应。
同样的对应在日本东南太平洋可以看到一片明显的降水偏多区以及气旋性环流区,这是转向气旋的变性区,很可能与副热带气旋的强降水有关。
La次年西北太平洋地区没有显著的正负OLR异常中心,整体分布上以南部降水偏少而北部偏多为主,同时日本以东-勘察加东南的北太平洋区有可能是温气导致的多降水气旋环流区与H500上分析出的槽相一致。
JJA小结:
Elnino年夏季西太平洋地区热带气旋的生成点可能偏东偏南,ITCZ以信风槽状态为主,路径上则呈现低纬西行和135E转向两大主要路径,高纬度出现西行的可能很低。
相反Lanina年季风槽活动范围广泛,因受高压坝影响而西北行路径出现得相对频繁。
秋季:
图ENSO.SON.1:
ENSO对SO风季的影响
很显然无论ENSO是什么事件,北太平洋在次年秋季都有阻塞,区别仅仅在于强度而已(这可能与季风环流转化期有关),但北亚地区在ENSO冷暖年完全反相,LA次年从咸海到外兴安岭为一大片宽阔的槽区控制,而伊朗-印度西北一带有相对高压体,相反的El次年蒙古为一个正异常高压,上游黑海阻塞与伊朗附近高压区都比La年偏东得多,显示Elnino年高纬度形势相对不稳定,有经向偶极子存在的迹象。
SON小结:
Elnino次年的背景下副高的南北变动和形态变动巨大,位势距平显示虽然副热带依然有带状偏强的分布特征,但比之夏季已经有了显著的变化:
日界限以东不再与北太平洋异常脊显著相关,这指出Elnino年副高还有相对独立于西风脊的趋势,而一个单独的副高在日益强的西风带面前通常显得脆弱,所以初步判断El次年秋季西北太平洋地区热带气旋没有什么普遍的移动规律,异常路径可能偏多。
而La年副高在继续偏弱偏北偏东的趋势下热带太平洋气旋活动继续活跃,但东北正异常转槽前指出高纬西北行异常路径不再显著,但近海转向TC可能增多,在OLR距平上可以显著地看到一条高降水带与其对应(台湾-日本)。
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