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探究2016/2017 La Niña事件偏弱的原因:热带海洋不稳定波非线性整流的重要作用
作者:薛奥运,张文君               发布时间:2021/11/09 14:39:29              浏览量:

ENSO及其热带海洋-大气相互作用对我国乃至全球的天气气候都有着重要的影响,是当今气候动力学前沿课题。研究ENSO的形成机理,及时准确地预报ENSO事件的发生发展和消亡过程,具有巨大的科学意义与社会价值。目前对ENSO的研究已经取得了巨大成果,但对海洋多尺度相互作用及其对ENSO的反馈作用的理解很有限,制约了ENSO可预报水平的进一步提高。研究表明,海洋内部高频过程热带不稳定波可通过非线性整流作用影响着ENSO的不规则性与复杂性。

1997/1998以及2015/2016 El Niño事件被认为是创记录的两次极端El Niño事件,但随后的La Niña事件强度上却表现出极大的差异性。大气科学学院张文君课题组定量化分析了热带海洋不稳定波(Tropical Instability Waves: TIWs)这一海洋高频信号对于ENSO振幅非对称的重要作用。根据复变量TIW指数定义发现2016/2017 弱La Niña 发展阶段TIWs异常活跃(图一所示),进一步根据混合层热收支方程定量诊断了TIWs在2016/2017 La Niña发展阶段对于热带东太平洋地区的非线性加热作用。而1998/1999强La Niña发展阶段TIWs的贡献则相对较小。进一步根据涡动动能方程(EKE方程)分析揭示了赤道北部异常暖海温可通过加强南北海温梯度来增强斜压不稳定,进一步导致了2016/2017 La Niña发展阶段热带不稳定波的剧烈活动,进而通过非线性加热作用抑制了2016/2017 La Niña事件的发展(图二所示)。这一研究成果将显著提高对ENSO动力学机制的认识,为进一步提高ENSO预测水平提供有力的理论依据。

这一研究也为当前开展海洋多尺度相互作用以及ENSO预测研究提供了新的角度,应以高分辨率地球系统耦合模式为工具,做好东太平洋ENSO与热带不稳定波的实时监测,以期改进ENSO事件实时预报和短期气候预测水平。

图一 (a) TIW振幅的时间序列:黑色为1988年; 红色为2016年; 灰色为气候态,绿色阴影为一倍标准差。(b) 5月--6月期间(TIW1, TIW2)空间位相图。红色电线为1998年;蓝色点线为2016年。(c) 1982-2018年TIW振幅(5月-6月)时间序列。

图二 TIW活动抑制2016/2017 La Niña事件发展的动力机制概念图

 

论文信息:

A. Xue, W. Zhang, J. Bouncharel, F.-F. Jin. 2021: Anomalous tropical instability wave activity hindered the development of the 2016/2017 La Nina. Journal of Climate, 34, 5583-5600