ENSO衰减异常影响夏季印度洋SST以及南亚夏季风爆发的事实和过程

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厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)通过其引发的“大气桥”及相关海气耦合过程,可对热带印度洋海盆(IOB)尺度的海表温度(SST)及亚洲气候的异常形成滞后影响。本论文以ENSO衰减异常对夏季印度洋SST以及南亚夏季风爆发的影响为研究主题,利用多套大气和海洋再分析资料,通过对ENSO正常衰减事件与延迟衰减事件的区分和对比分析,系统揭示了ENSO事件衰减特征与IOBSST异常的年际和年代际尺度联系,以及相关的影响过程和机制,进一步研究了ENSO事件衰减快慢对南亚夏季风(孟加拉湾夏季风和印度夏季风)爆发的显著影响及过程,并说明了上述影响过程在冷、暖ENSO事件中的非对称特征,发现和揭示了以下新事实:  (1)在年际尺度上,ENSO事件的衰减异常与夏季IOB SST异常密切相关,联系过程与春季有所不同  ENSO事件的衰减特征存在显著的年际变率,夏季IOB SST的年际变率与ENSO事件的衰减快慢紧密相关;延迟衰减的ENSO事件可以使其对IOB的远程效应从春季延伸至夏季,且这种延长效应关于El Ni(n)o事件和La Ni(n)a事件基本对称。以El Ni(n)o事件为例,首先,El Ni(n)o延迟衰减年的纬向Walker环流比正常衰减年明显偏强,可持续到衰减年的夏季,对应在印度-西太平洋区域存在一个强度偏强且在夏季依然显著的海平面高压异常。该异常海平面高压的偏强和维持,一方面通过相应的反气旋式风应力旋度,在南印度洋触发异常偏强且持续时间更长的西传下沉海洋Rossby波,有助于西南印度洋SST正异常的维持;另一方面通过对云量的抑制作用,造成夏季IOB上空云量正异常明显偏弱,使相应的云-辐射反馈效应有利于夏季北印度洋SST的持续增暖。然而由于延迟衰减年夏季足够强的IOB SST异常,使得温度反馈机制(而不是风速大小)对夏季IOB的表面蒸发过程起主导作用,从而使风蒸发反馈机制(WEM)在延迟衰减年夏季不再大范围贡献于IOB的SST异常。  (2)说明了ENSO年代际衰减异常对1970s前后IOB SST年代际夏季增暖的影响的物理过程  在年代际时间尺度上,夏季IOB SST的变率也与ENSO事件的衰减特征紧密相关,1970s后新增的5例延迟衰减的El Ni(n)o事件,是造成1970s前后冷、暖ENSO事件年代际衰减非对称特征的关键,也是造成夏季IOB SST年代际增暖的主要原因。利用基于地-气系统能量平衡的气候反馈响应分析方法(CoupledSurface-Atmosphere Climate Feedback Response Analysis Method,CFRAM)对ENSO影响夏季IOB SST年代际增暖的物理过程归因分析表明,北印度洋以云辐射反馈过程为主,南印度洋以海洋动力过程为主。整体而言,海洋动力过程和所有辐射过程的变化是导致IOB SST夏季增暖的直接原因,而IOB SST实际的夏季增暖最终是较强的辐射过程增暖效应与较弱的非辐射过程冷却效应的净平衡的结果。  (3)阐明延迟衰减的ENSO事件主导了ENSO与孟加拉湾夏季风(BOBSM)爆发的显著联系,并揭示了其影响过程  BOBSM的爆发时间与ENSO事件密切相关,即El Ni(n)o(LaNi(n)a)事件对BOBSM爆发具有推迟(提前)作用,本文的研究说明,延迟衰减的ENSO主导了ENSO与BOBSM的联系,当仅考虑正常衰减的ENSO事件时,其对BOBSM的爆发则没有显著影响。这是由于ENSO事件的延迟衰减,使印度洋与西太平洋之间持续存在SST纬向梯度和相应的纬向风异常,通过调节BOB北部的正压不稳定性,来影响对流层低层季风爆发涡旋的形成;同时,Walker环流的异常维持通过影响高层大气对异常垂直运动非绝热加热的Gill型响应,改变南亚高压的经向位置及对流层高层的辐散异常;最终,延迟衰减的ENSO通过“大气桥”过程影响对流层高低空环流耦合的建立,从而对BOBSM的爆发时间产生调控作用。相比之下,由于ENSO正常衰减年SST异常和相应海气相互作用过程的较早衰退,BOBSM的爆发过程不受显著影响。  (4)延迟衰减的ENSO事件主导了ENSO与印度夏季风(ISM)爆发的显著联系,其中冷、暖ENSO事件的效应具有非对称特征  冷、暖ENSO事件的衰减异常对ISM爆发的影响具有显著的不对称性。ISM的爆发时间在El Ni(n)o延迟衰减年显著推迟,而在El Ni(n)o正常衰减年以及LaNi(n)a衰减年(无论是否延迟衰减)则没有显著异常。这是由于El Ni(n)o延迟衰减年ISM的爆发时间主要受BOBSM爆发偏晚的牵制,而La Ni(n)a延迟衰减年有利于ISM建立的高低层环流异常无法有效配合。具体地,相对于正常衰减年,在El Ni(n)o延迟衰减年,BOBSM爆发的显著推迟对应BOB上空异常的非绝热冷却,异常的高层环流响应在印度季风区上空形成异常的辐合下沉,显著抑制ISM季风对流的建立;同时,阿拉伯海跨赤道SST梯度和经向气压梯度明显偏弱,抑制对流层低层越赤道气流的发展,阿拉伯海北部惯性不稳定偏弱,也不利于低层辐合中心的北移发展;高低层异常环流垂直耦合,最终导致ISM的爆发偏晚。而在La Ni(n)a延迟衰减年,虽然提前爆发的BOBSM可以在印度季风区高层激发出有利于ISM爆发的环流异常,但此时低层跨赤道SST及气压梯度条件尚未满足;而当低层环流条件足够时,高层环流异常已明显减弱恢复;高低层环流异常的无法有效配合导致了ISM爆发时间不易受到La Ni(n)a事件延迟衰减的影响。
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