南美洲东南部秋季降水异常与不同类型厄尔尼诺事件的联系外文翻译资料

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南美洲东南部秋季降水异常与不同类型厄尔尼诺事件的联系

文章发表在国际气候杂志，2009年4月刊

作者：Pablo Antico

摘要：对于厄尔尼诺事件的分类是通过1950年至2000年期间热带太平洋海表变暖的时间演化进行的。我们构造了两种类型的事件：一种是暖中心沿热带太平洋向东移动直到次年的四月至六月；另一种是暖中心沿热带太平洋向西移动直至11月-次年1月。

第一种类型与南美洲东南部四月至六月的降水呈现为正距平这一现象有密切联系。这是由气旋涡度平流和湿度辐合的良好耦合所导致的。在高层，这个气旋涡度平流可以由副热带急流的东伸带来解释。而湿度平流的加强是由于低层一股加强的西北气流流向了安第斯山脉的东部。这股气流提供了充足的水汽，在与更高层的气旋涡度平流的相互作用下，形成了支撑四月至六月的强降水发生的有利条件。第二种类型的厄尔尼诺事件下在同一个地区，降水分布情况表现为轻微的负距平或者接近正常。在这种情况下，低层和高层的环流异常偏弱。由于1997年-1998年的厄尔尼诺事件并不能简单的将其归类前文描述的事件类型，所以将它进行单独的分析。在70年代之后，所观察到的两种类型的厄尔尼诺事件的分析周期发生了改变。与其他作者的结论比较认为是由于太平洋年代际振荡（PDO）的低频过程的影响。版权归皇家气象学会2008所有。

关键词：南美洲；降水；厄尔尼诺，热带太平洋

2007年9月13日收录；2008年5月12日修订；2008年5月17日发表

  1. 引言

我们都知道ENSO对南美洲东南部的年际降水变化有着巨大的影响（例如Ropelewski和Halpert，1987；Aceituno，1988；Diaz等，1998；Grimm等，1998；Grimm等，2000；Barros和Silvestri，2002）。特别是，ENSO对普拉塔流域的主河道即巴拉那、巴拉圭和乌拉圭河的流量有相当大的影响（Berri等，2002；Camilloni和Barros，2003；Barros等，2004））。对巴拉那河来说，在20世纪时，其主要流量的六分之五是于厄尔尼诺次年的秋季开始，下文中简称为秋季（ ）。类似地，在巴拉圭河，最大流量的九分之六与厄尔尼诺事件同时发生，并且九分之五是发生于秋季（Barros等，2004）。因此，ENSO对河流流量的影响在厄尔尼诺事件结束的秋季尤为明显。

厄尔尼诺的最开始的概念描述了赤道海表温度正距平由美国的海岸向西移动到太平洋中间。之后，Wang（1995）,Wang和Ropelewsk（1995）指出另一种厄尔尼诺事件是暖异常想东移动到热带太平洋中。

本研究中涉及在厄尔尼诺事件不同发展中的秋季，南美洲东南部降水异常的发生。后者是基于热带太平洋海表温度时间序列的不同来分类的。然后两种类型的厄尔尼诺事件得以定义。异常情况的形成是由于两种类型的事件引起主要环流和降水异常缩导致的。数据和方法的描述在第二部分提出。第三部分主要讨论异常组成的几种不同和各部分的联系。降水在第四部分进行分析。然后1997-1998年这一特殊案例在第五部分进行分析。最后第六部分进行总述并作出结论。

  1. 数据和方法

海表温度数据是从NOAA获得。海表温度扩展重建资料（ERSSTv2）逐月数据的空间分辨率为2°*2°，时段为1950年-2000年（史密斯和雷诺兹，2004）。国家环境预测中心（NECP）提供的逐月再分析的水平分辨率为2.5°*2.5°（Kalnay等，1996）。再分析资料可以从美国科罗拉多州NOAA-CIRES气候诊断中心的网站http://www.cdc.noaa.gov/获取。降水分析资料是由德拉瓦大学提供的全球降水集成预报逐月资料，分辨率为0.5°*0.5°。（Legates和Willmott，1990）。

根据Trenberth(1997)对厄尔尼诺各时期所做的定义，厄尔尼诺3.4指数的时间序列异常是基于1950年-2000年这段时间来计算的。尽管与Trenberth的理论有所区别，但它被定义为引起太平洋海温的年代际变化的基本区域。一个厄尔尼诺事件定义为5个月的滑动平均指数异常大于或等于0.4°持续至少6个月。在1950年-2000年这段时期，发生了15个厄尔尼诺事件（图一）。尽管在基础数据中，事件列表几乎与Trenberth吻合。唯一的例外是1979年-1980年发生的厄尔尼诺事件，这次事件并没有达到定义标准。

从这里开始，我们将用不同的“阶段”来指代事件发生到峰值时El nino 3.4和El nino1 2区的三个月滑动平均的异常指数在这些月份中的差异。把第一个阶段定义为Nino3.4指数的最大正异常发生在Nino1 2之前（DF ）。这种情况下，后者发生在El nino次年的3-6月。而另一阶段则是指Nino3.4的最大负指数发生在Nino1 2之前，Nino1 2发生在4-7月（DF-）。

图1.1950-2000年Nino3.4海表温度偏离基本值的异常指数的5月滑动平均时间序列。以0.4°C为临界值来定义厄尔尼诺事件。暗色（亮色）阴影表示DF (DF-)事件。此图的彩色版可在WWW.interscince.wiley.com/ijoc获得。

表1. 1950-2000年期间的DF 与DF-事件分类，以开始与结束年份表示

因此，正如图1和表1所列出的，在1950年-2000年有四次DF 事件和五次DF-事件。这些例子被用来计算相应的集成预报。

  1. 异常组成分析

图2. 1950-2000年期间Nino3.4（上排）与Nino1 2(下排)中分为DF (左)、DF-（中）和其他（右）的厄尔尼诺事件海表温度指数三个月滑动平均事件序列。水平轴线上的符号0表示厄尔尼诺当年的月份， 号表示厄尔尼诺次年的月份。其意义是与1950-2000年基础时期相关的温度异常。粗实线是同一时期每个海表温度指数和不同类型事件的时间序列，不包括(e)-(f)中1997-1998年事件。

图2中（a）-（d）为Nino3.4和Nino1 2的每一个事件的时间序列和DF 与DF-事件对应的平均值。DF 事件在Nino3.4区的距平异常一般在一月达到峰值（图2a），而DF-事件在12月达到峰值（图2b）。而z在Nino1 2区，DF 事件的距平异常在5月达到峰值（图2c），DF-事件在7月达到峰值（图2d）。为了捕捉所有的个别事件的峰值，建立5月-7月、11月-次年1月、4月-6月的3个月的周期。然后分别称为MJJ（0），NDJ（0）和AMJ（0）。根据在NDJ（0）期间Nino3.4区的异常指数峰值在两种类型的厄尔尼诺事件中，在异常的时间序列中主要的差异发生在Nino1 2区在MJJ（0）与AMJ（ ）时的指数。在DF 事件情况下，对比图2a和图2c可以清晰地看出在NDJ（0）时期异常的峰值从热带太平洋中部（Nino3.4指数）向东迁移，在AMJ（ ）时期，异常峰值向更东部的热带太平洋（Nino1 2指数）移动。相反地，与图2c和图2d相比，可以明显看出DF-事件中异常峰值从南美的东太平洋沿岸向中太平洋移动。

从图1可以看出，有一些厄尔尼诺事件并不能用DF-或者DF 来分类。这些厄尔尼诺事件分别为1953年，1963年-1964年，1977年-1978年，1994年-1995年和1997年-1998年的厄尔尼诺事件。在图2e和f中，可以看出Nino3.4和Nino1 2的异常指数序列和其对应的平均值，这里将1997年-1998年的厄尔尼诺事件排除在外避免异常倾向。除了1953年和1993年，其他所有的厄尔尼诺事件在Nino3.4和Nino1 2的异常指数序列的峰值都发生在9月到次年1月。这个特点可能会使第三种厄尔尼诺事件类型的得到定义，例如太平洋中部和东部几乎同时增暖的事件。然而，大部分这种情况是取决于之前的厄尔尼诺事件的程度。例如，1997年-1998年和1993年的厄尔尼诺事件分别是1976年-1977年与1991年-1992年的暖事件的延续（图1）。同样的情况也发生在1994年-1995年的厄尔尼诺事件与1993年的事件中。而1997年-1998年的厄尔尼诺事件中，尽管它没有一个相联系的前提事件，但它前所未有的海表温度高度异常（图1和图2e），导致了特殊的AMJ（ ）异常模式，包括降水异常，在许多方面与DF 事件类似。关于这一点将在第五部分进一步讨论。特别地，1953年的厄尔尼诺事件并没有考虑进来因为它的强度非常弱并且与其他年份的事件相比完全没有阶段体现。最后，1963年-1964年的事件并没有前提的厄尔尼诺事件，这与1997年-1998年情况相似。它没有显著的特征表明与任何类型的事件相联系，因此这里并不将其考虑在内。

3.1海表温度

在MMJ（0）时期，每种类型厄尔尼诺事件的太平洋海表温度的异常分布可以在图3a和b中看到。同样在图3中，可以看到学者提供的统计意义的t检验。尽管两种类型的事件中，都有热带太平洋异常增暖的现象出现，而仅在DF 事件中，海表温度异常看起来是支持热带中部太平洋正异常的。

在NDJ（0）时期， DF（ ）事件（图3c）在西太平洋的正异常表现出了最高的统计检验，而DF-事件（图3d）则表现在热带中太平洋。因此，DF-事件中，负异常在新西兰地区通过了高的显著性检验，此外，暖异常中心在35°S150°W。另一方面，在DF 事件中，正异常向热带东太平洋南部向东南方扩张。另一个差异则是在DF 事件中观察到在北太平洋中海表冷却增强。

图3. 厄尔尼诺中DF （左列）与DF-（右列）海表温度异常，a和b为厄尔尼诺年5-7月的3月平均；c与d为厄尔尼诺事件盛期11月到次年1月的3月平均；e与f为厄尔尼诺次年4到6月的三月平均。异常与1950-2000年基础时期相联系。等值线间隔为1°C。虚线表示负异常。红色（蓝色）阴影指通过95%信度检验的正（负）异常；更深的阴影表示通过了99%，99.5%，99.9%的信度检验。

DF 事件和DF-事件海表温度模式的主要区别发生在AMJ（ ）（图3e和3f）。在这期间，DF-事件的异常模式并不能证明有非常好的特征。然而，DF 事件解释了一种与NDJ（0）模式十分类似的异常模式——暖中心向东移动。除此之外，DF 事件中负异常在北太平洋和新西兰地区程度加深，而正异常刚好相反，在南太平洋中部表现为加强。

在DF（ ）事件中，NDJ（0）和AMJ（ ）期间的北太平洋负异常的持续性类似于太平洋年代际涛动（PDO）模式的暖阶段（Mantua等，1997）。表1可以看出大部分DF 事件发生在70年代之后，而DF-事件并没有发生。在这十年中，PDO完全从负（冷）阶段转变为了正（暖）阶段。

图4. 与图3中对应通过0.21sigma等级的流函数异常来代替海表温度。等值线间隔为

2。此图可在www.interscience.wiley.com/ijoc获得。

3.2高层环流

在0.21sigma层中，流函数异常用更高层的对流层环流（图4a-f）来代表，与200hPa层近似相同。在厄尔尼诺事件赤道出现一对异常反气旋中心，罗斯贝-like反应在热带高层环流中存在正海表温度异常。在每种事件中，它们的位置都会被热带地区的海表温度异常的空间分布所影响。然而在DF 事件的开始比如MJJ（0）时期（图4a），太平洋高层环流异常并没有表现出实质性的特征，DF-事件中一对反气旋环流在热带太平洋160°E到150°W跨越赤道（图4b）。然而，该地区海表温度正异常的影响延伸到了东部日界线出（图3b）。因此，160°E处更值得注意的反气旋并不确定是由热带太平洋海表变异常增暖所引起的，而应该是有日界线东部的异常增暖引起的。与图3c，图3d，图4c相比，环流异常与海表温度的关系在NDJ（0）更加明显。在DF 事件中（图4c）中，反气旋的中心在140°W，而在DF-事件中（图4d），由于海表温度正异常向东移动，它的影响纬向向东延伸到热带东太平洋。DF 事件中，东太平洋在AMJ（ ）期间海表温度的持续上升使得反气旋环流扩张到南美海岸处。同样值得注意的还有大西洋上赤道中心的气旋异常。由一对位于太平洋的反气旋和一个在大西洋上的气旋组成的四极模式罗斯贝大气环境可能也会在AMJ（ ）时期响应厄尔尼诺。在副热带地区，有一气旋异常纬向延伸到南美35°S处。其主要的统计意义是在美洲海岸。与太平洋反气旋异常一样，它使大陆上空的副热带急流加强并东扩。在冬季（ANtico，2003）和春季（Ropelewski and Halpert，1987），这些急流的异常模式与南美东南部的偏高的降水相关联的。在AMJ（ ）时期的DF-事件中（图3f），与海表温度异常始终有联系的高层环流异常在热带太平洋并没有表现出显著的特征。

图5.厄尔尼诺次年4-6月DF 事件（a与c）和DF-事件（b与d）.850hPa风场和湿度平流场（左列）与异常（右列）。蓝色（红色）阴影表示正（负）湿度平流。实线表示大于（小于）。标准和异常风的标准向量是10和2.5。此图可在www.interscience.wiley.com/ijoc获得。

3.3 AMJ 时期的低层环流和湿度平流

DF 和DF-事件中，低层环流可由850hPa风场来代表。图5a-d所示为相应的平均和异常组成，包括风速和湿度平流。4-6月的气候环流平均在两种类型的事件中表现都很明显（图5a和b）。在赤道与15°S之间，环流以东风为主。负的湿度平流发生在南美洲东北部沿岸。30°S到极地一带，西风带成为主要环流特征。在副热带地区，安第斯山

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