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ENSO循环对气候和农业的影响

发布时间:2017-09-24

海洋在地球气候的形成和变化中起着:非常重要的作用,它是驱动大气运动的能量供应者和调节器,大气中86%的水汽来自海洋;海洋的热力和动力学惯性使它对于大气具有独特的“记忆功能”和“低通滤波作用。”因此,海洋热状况的变化和海气相互作用是引起短期气候变化的重要因素之一。

热带海洋是全球接受太阳辐射最多的地区,在全球能量收支中具有特殊地位, 是运转大气热机的重要能量供应地,热带大气中各种尺度的运动都受到海气相互作用的影响,然后又通过大气环流进一步影响中髙纬度的天气和气候变化。热带地区的海洋面积最大,在热量储存方面具有极其重要的作用,海湿及其异常扮演了海洋对大气运动影响的重要角色,必然对大气环流和气候有重要影响。

热带海洋是全球大气运动的主要能源区,研究表明,热带地区海气相互作用以及遥相关最为显著。热带海洋的变化对大气环流和气候变化具有突出的贡献,是影响全球气候形成和异常的一个主要原因。ENSO就是全球,尤其是热带海气相互作用最显著的事件之一。

厄尔尼诺一词源于西班牙语“EL Nino”,最初用来表示有的年份圣诞节前后沿 南美秘鲁和厄瓜多尔附近太平泎侮岸出现的一支暖洋流,后来科学上以此表示赤道东太平洋南美沿岸海面温度异常增暧的现象。海温异常偏低,则称为拉尼娜或反厄尔尼诺现象。

厄尔尼诺现象进大范围海气相互作用的结果。20世纪70年代初Wyktki提出这一现象产生的基本动力是信风持续增强,位能积聚的结果。正常年份低纬度太平洋常年吹信风,海水向西流动,导致赤道太平祥海面髙度呈西高东低,西太平洋斜温层深度约200m,东太平洋仅50m。这种结抅与西暖东冷的平均海温分布相适应,但在东风异常加强的情况下,东风应力把表层暖水向西太平洋输送和堆积,使海平面不断抬升,斜湿层加深。而东太平洋衷层海水离岸漂流,冷水上翻,使气温高于水温,气层稳定,变得干旱少雨,并使海平面降低,斜温层抬升。如东风持续增强,这种西高东低的海平而坡度就不断加大,位能不断积累。一旦信风减弱导致位能释放,原来在西太平洋堆积的海水向东回流,在赤道附近形成向东的暖水 流,与麻道逆流的南支一起沿南美西岸南下。使东太平洋斜温层降低,海平面升高,海面增腹,就出现厄尔尼诺现象。 ^

南方涛动指,南太平洋副热带高压与印度洋赤 道低压这两大活动中心气压变化的负相关关系。即南太平洋副热带高压比常年增高(降低〕时,印度洋赤道低压就比常年降低(增高),两若的气压变:化出现“跷跷板” 现象,称为涛动。为定量表示涛动振幅大小,不少学者采用南太平洋塔希堤岛的海平面气压(代表南太平洋副热带高压)与同期澳大利亚北部达尔文港的海平面气压「(代表印度洋赤逾低压)的差值,经过―定的数学处理后计箅南方涛动指数,将历年赤道东太平洋海面水温SST与南方涛动指数SOI进行对比,发现厄尔尼诺/南方涛动 (合称ENSO)事件的主要特征是赤道东太平洋海面温度出现异常高位相 (增暖)时,南方涛动指数SOI出现异常低位相〖塔希堤岛气压与达尔文气压造估减小;厄尔尼诺和南方涛动两者呈紧密的负相关关系,是低纬度大尺度海气相互作用的突出反映。

20世纪70年代以来,尤其是80年代,有关ENSO对大气环流和气候异常的研究非常多。明显的结论是ENSO对大气环流以及全球许多地方的天气气候异常有重要的影响。如1997—1998年迅速发展的现象对全球和中国的天气、 气候产生了严重的影晌;使中国在1998年遭受到恃大的洪涝灾害,同时东南亚、澳大利亚和巴西东部发生了严重的干旱。2006-2007年冬季全球许多地方出现有气象观测以来的最暖冬,这与新一轮的厄尔尼诺现象相关。^

厄尔尼诺事件不仅对热带大气环流有直接的影响,引起热带大气环流的明显异常,而且通过大气的遥响应,使中高纬度大气环流也出现明显的异常。但中高纬度的气候形成还有其他多种机制,应用厄尔尼访的池周期进行短期气候预测的效果远不如低纬度地区。

ENSO与西太平洋台风活动:平均而言,在厄尔尼诺年西太平洋台风数较常年偏少,而在拉尼娜年较常年偏多。

在厄尔尼诺情景下,Walker环流发生异常.使西太平泎台风源区空气异常下沉运动,对流活动受到抑制,不利于台风的形成。其次,西太平洋台风大多是从辐合带低压或云团发展起來的,由于厄尔尼诺使得西太平洋副高位置偏南,热带辐合带的位置也偏南,也不利于台风发展。笫三,西太平洋台风的形成同西太平洋海面温度(下简称海温)有一定关系,若海温低于28℃,台风很难在该海域形成。而在厄尔尼诺年西太平详出现海温负距平,当然对台风形成不利。 第四,根据台风发展的机制,大气稳定度参数对扰动的不稳定发展有重要影响。台风源区大气稳定度计算表明,厄尔尼诺年稳定度偏大,对台风形成也不利。

ENSO与东北复季低温:东北是中国主要商品粮产地.纬度高,作物生长期较短,夏季低温是重要的气候灾害。历史上严重的东北低温几乎都发生在ENSO爆发年。在厄尔尼诺年的夏季,中国东部地区上.空500hPa高度距平场常有一个负距平中心存在,有比较频繁的低压槽活动,使东北气温较常年偏低。ENSO时期异常增暖的赤迫东太平洋海温与西太平洋海温的大范围负距平是维持欧亚大陆东部中纬度地区负高度距平和低温气候的重要条件。但必须指出,影响中国东北夏季低温的原因很多,ENSO一个重要因素,但非唯一因素。20世纪90年代以来的厄尔尼诺年也有不出现东北低温的。

ENSO与中国汛期降水:众多研究表明,ENSO强信号与中国夏季主要雨带位置、河套和华北东部一带的降水、长江中下游地区的梅雨或江淮流域的降水存在较好对应关系。但实际运用中刘永强等1992年注意到,厄尔尼诺事件对中国天气气候的影响具有区域性。除部分地区外,多数地区的ENSO影响信度并不十分显著。