基于爆发时间的El Ni(?)o多样性特征及年代际变率

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对El Ni(?)o多样性问题的研究,可以从海表温度异常(SSTA)的空间分布形态及El Ni(?)o的爆发时间两个角度进行,而目前国内外相关研究多是采用空间分类的方法。事实上,El Ni(?)o成熟时期通常锁相在北半球冬季,那么不同爆发时间的El Ni(?)o事件发展过程和动力机制则有可能不同。本文基于El Ni(?)o的爆发时间,将其分为春季型(SP型)和夏季型(SU型)两类事件。以SP和SU型El Ni(?)o为核心,从海洋和大气多个角度分析两类事件的时空演变特征和先兆因子的表现,揭示两种El Ni(?)o物理过程的差异,并进一步探讨两类事件在年代际尺度上的变率。结合CMIP5和CMIP6模式发布的多情景下全球海温的模拟结果,获得21世纪全球变暖背景下两类事件的可能变化。(1)两类El Ni(?)o的时空演变特征及动力机制。SP El Ni(?)o是一个海盆尺度的海气耦合现象,事件中经历了赤道太平洋更早开始的、更强的、持续时间更久的热量累积过程,以及更早出现的西风异常,一定程度上解释了 SP 比SU El Ni(?)o更早爆发的原因。SU事件中异常信号的强度相对弱得多,这与SU前一年较弱的热量累积、及其较晚的爆发时间(意味着较短的Bjerknes正反馈机制作用的时间)有关。SU El Ni(?)o成熟时期,SSTA中心位于赤道太平洋中部,是赤道东太平洋及以南显著的东南风异常通过加强WES反馈作用,抑制该处正SSTA的发展所致。SP和SU El Ni(?)o的动力过程均可用“充/放电理论”解释,但SU事件中充/放电的强度较弱,可能是由于SU事件期间纬向风异常较弱,进一步导致弱的经向Sverdrup输运造成的。温跃层反馈(THF)和纬向平流反馈(ZAF)在两类事件中的相对重要性不一致。SP El Ni(?)o中,与ZAF相比,THF的作用占主导地位。但SU El Ni(?)o中,GODAS数据集显示,THF和ZAF两个反馈过程是同等重要的。(2)再分析资料中两类El Ni(?)o在年代际尺度上的变率。近150年来,SU El Ni(?)o 比 SP El Ni(?)o的发生频率更高。SU El Ni(?)o更多发生在PDO 冷位相,而SP则多发生在PDO暖位相。在PDO暖位相背景下:两类事件的持续时间更长,强度也更强。气候变暖背景下:SP El Ni(?)o的发生频率增加,SU则没有明显的变化,两类El Ni(?)o发生频率的比值增加,但该比值始终小于1;两类事件的持续时间均有所缩短,且SP的缩减幅度更大;SP El Ni(?)o的强度明显增强,但SU的强度略微减弱。气候变暖后,SP El Ni(?)o成熟时期SSTA大值中心经度位置东移,而SU的大值中心存在明显的西移。(3)21世纪全球变暖背景下两类El Ni(?)o的可能变化。CMIP5和CMIP6对两类El Ni(?)o事件8项指标的模拟能力评估结果显示,单个模式间的表现存在很大差异,但整体上CMIP5模式更优于CMIP6模式。能够较好模拟两类事件的19个CMIP模式显示,相对历史情景,RCP-8.5/SSP5-8.5排放情景下,未来SP El Ni(?)o的发生频率增加,SU的发生频率可能减小,但两类事件发生频率的比值是增加的;未来SU El Ni(?)o的持续时间增加,与发展跨越3年的超长SUs事件的发生频率增加有关;未来两类事件的强度均是增强的。对不同排放情景下事件的统计特征进行比较,相对RCP-4.5/SSP2-4.5排放情景,在RCP-8.5/SSP5-8.5高排放情景下,SP ElNi(?)o的发生频率更多,两类事件发生频率的比值更大;两类事件的持续时间更长;SP El Ni(?)o的强度更强。
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