El Ni?o衰亡后连续二次La Ni?a的成因及其影响研究

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自1970年以来,在全球增暖背景下,ENSO表现出很多与以往不同的特征。其中一个特征是:在El Ni?o衰亡后的连续两个北半球冬季,会发生两次La Ni?a,即在第一个冬季发生并形成一个成熟的La Ni?a(1stLa Ni?a),该事件先衰减,后再次发展,在第二个冬季又形成一次成熟的La Ni?a(2ndLa Ni?a)。目前,2ndLa Ni?a的成因及其气候影响尚不完全清楚。本研究基于多套数据,探讨了2ndLa Ni?a的触发机制,分析了其对全球降水、气温(SAT)以及海冰(SIC)的影响,并与1stLa Ni?a进行了对比。此外,还分析了20142016年全球连续最暖的成因,期间发生了强El Ni?o及随后的二次La Ni?a事件。论文的主要结果总结如下:1)自1980年以来,有5次El Nino(1982/1983、1997/1998、2006/2007、2009/2010及2015/2016)衰亡后,发生1stLa Ni?a和2ndLa Ni?a。相较于首先出现的1stLa Ni?a,在2ndLa Ni?a期间,热带中东太平洋负海表温度异常(SSTA)和对应的对流活动异常强度均较小。在2ndLa Ni?a发展年,次表层海温(SOT)异常无明显东移;而在1stLa Ni?a发展年,负SOT异常出现在赤道西太平洋,随后向东移动并逐渐增强。此外,在2ndLa Ni?a期间,赤道东印度洋-赤道西太平洋暖池区无明显SSTA信号,对流活动较弱,而在1stLa Ni?a发展年秋季次年春季,该区域存在正SSTA,对流活动较强。2)在2ndLa Ni?a发展年,赤道中太平洋存在持续东风异常。它可能是2ndLa Ni?a关键触发因子。持续东风异常的形成与热带印度洋、热带大西洋快速增暖,赤道东太平洋Walker环流下沉支被动增强有关。这一机制在2000年之后的个例中表现得特别明显。相比之下,在2000年之前,热带印度洋和热带大西洋增温不明显,赤道太平洋暖水体积偏小是激发2ndLa Ni?a的主导因素。3)2ndLa Ni?a对全球降水存在显著影响,与1stLa Ni?a类似。它不仅调节Walker环流影响热带降水,还可激发Rossby波列影响南、北半球中高纬。对热带海洋降水的影响比1stLa Ni?a弱,对热带陆地降水的影响表现出地域、季节差异性。它有利同期秋季(911月)澳大利亚西部降水、非洲热带东海岸等地区降水偏多,而1stLa Ni?a则有利于澳大利亚东部降水偏多,上述非洲地区降水偏少。此外,2ndLa Ni?a还有利中南半岛到中国中部秋季降水偏多,主要是通过激发西北太平洋异常反气旋(WNP)来实现。相比之下,1stLa Ni?a激发的WNP位置偏东,因而对中南半岛及我国中部无影响。2ndLa Ni?a增强同期东亚冬季风,抑制暖湿空气向北输送,使得欧亚大陆南部降水偏少,与1stLa Ni?a类似。此外,2ndLa Ni?a也可导致美国南部秋季降水偏少、冬季(122月)南美东北部(中东部)降水偏多(偏少)。4)2ndLa Ni?a对全球气温也有显著影响。它激发向北极传播的Rossby波列,增强定常波涡旋热通量及向下的长波(LW)辐射,有利北极升温。在秋季,它导致欧亚大陆中部、北美大陆大部分以及南美部分区域出现SAT正异常,但强度小于1stLa Ni?a。在冬季,与1stLa Ni?a显著不同,2ndLa Ni?a对应欧亚大陆西北部(中东部)强位势高度正(负)异常,东亚冬季风强,低层强反气旋性环流异常出现在西伯利亚西部。反气旋东侧的东北风异常有利于冷空气向南入侵,有利欧亚大陆中部SAT降低。而在1stLa Ni?a期间,欧亚大陆大部受弱正位势高度异常控制,东亚冬季风偏弱,无有明显SAT异常。5)2ndLa Ni?a对海冰也有显著影响。就北极地区(北冰洋)而言,秋季它导致巴伦支海-喀拉海-拉普捷夫海西部(BKL海)和楚科齐海-波弗特海中西部(CB海)海冰显著减少。机制上,它激发Rossby波列,在BK海产生一个反气旋性环流异常(BK反气旋)。该反气旋西侧的南风和北侧西风异常将北大西洋-北海与斯堪德那维亚半岛的暖湿空气向东北输送,既直接加热BKL海上空大气,也增强向下的LW辐射,两种作用都有利BKL海冰减少。它对CB海海冰减少的影响过程也类似。1stLa Ni?a的影响与2ndLa Ni?a基本相似,只是反气旋的位置偏东、偏北,以致于巴伦支海海冰减少相对不明显。对南极(南大洋)而言,它有利同期秋季(911月)罗斯海东部-阿蒙森海西部海冰增多。机制上,它激发一支向南传播的拱形波列(PSA),在阿蒙森海-别林斯高晋海产生一个气旋性环流异常(ABS气旋),加深阿蒙森低压。气旋西侧南风异常将近岸海冰向北输送,有利罗斯海-阿蒙森海海冰北扩增多。该南风异常也将南极冷空气向北输送,降低海表温度,导致海冰增多。与此对应,东侧的北风异常将低纬的暖空气和暖海水向南输送,使海冰减少。与之相比,1stLa Ni?a激发的ABS气旋东侧北风异常的影响更大,使得别林斯高晋海到南极半岛海冰减少更明显,因而与罗斯海中东部-阿蒙森海西部的海冰增多在一起,形成一个东西偶极分布型。6)20142016年全球年平均SAT连续破纪录。利用集合经验模态分解(EEMD)对这三年的SAT进行尺度分析表明,与ENSO有关的年际尺度分量贡献很小,远远小于年代际-多年代际(DM)时间尺度及长期趋势的贡献,后者是导致3年连续最暖的主因。北半球冬半年陆地SAT异常解释了全球年均SAT异常的大部分,其DM方差的一半以上可由AMO、NAO和PDO解释。当PDO、NAO位相在2013年左右由负转正,再叠加长期增暖趋势时,就形成了这3个最暖年。这也说明了这3年的增暖是一种由增暖停滞到快速恢复的年代际转折信号。
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