科研进展

ERL: ENSO对PNA遥相关非对称影响的新机制

  ENSO遥相关的非对称性是一个基本且重要的现象,对于气候动力研究和气候预测有很大意义。上世纪90年代开始,Hoerling et al (1997)就发现北半球冬季厄尔尼诺激发的PNA波列位相相对拉尼娜年偏东。他们将之归结为热带异常对流位置在两个位相间的差异。这一解释被广为接受,在ENSO遥相关的年代际变化,乃至其他遥相关型的位相移动中均有广泛应用。但另一方面,Simmons et al (1983) 提出,纬向流尤其是副热带急流可以锚定热带激发的热带外波列位置(Held (2018)认为这一工作较早地揭示了纬向非均匀流的重要性)。

  上述两种说法存在一定的内在矛盾,如何在这两种说法中取舍,如何量化两者的影响?大气所汪亚博士、胡开明副研究员、黄刚研究员和陶炜晨副研究员对这一问题进行了研究。

  由于厄尔尼诺和拉尼娜事件位相、强度和分布都存在差异。课题组分别设计了合成海温强迫,和理想海温实验进行分析,理想海温实验中,厄尔尼诺和拉尼娜的空间分布和强度完全一致,避免了其他因素的干扰。结果表明,合成海温和理想海温强迫实验都可以复现出ENSO对PNA的非对称影响,这很好地证明了这种非对称性来自于位相差异本身。

图1 (a)厄尔尼诺年北半球冬季200-hPa高度场异常合成;(b)拉尼娜年北半球冬季200-hPa高度场合成;(c)为对(a)和(b)进行归一化后求和。颜色为高度场,矢量为波作用通量。第二列(d-f)与第三列(g-i)与(a-c)类似,但分别为合成海温强迫实验和理想海温强迫实验结果

  从能量转换角度,在副热带急流出口区扰动可以从平均流中获取正压能量。而在厄尔尼诺期间,由于热带对流正异常,中东太平洋地区升温导致副热带地区温度经向梯度加大,这进而导致该地区纬向流增强,从而使得太平洋副热带急流出口区东移。而拉尼娜期间则相反,出口区西移。这种副热带急流出口区的移动会通过影响正压能量转换影响波列的位置。利用线性斜压模式实验可以很好地验证上述机制。将背景场急流向西移动后,可发现波列也随之移动,这与正压能量转换大值区的移动相对应。

图2 (a)LBM模式气候态背景场下,对固定热源(中心150°W)的200hPa高度场响应;(b)背景场西移20度后的模式响应。颜色为高度场响应,等值线为背景场200hPa纬向风。(c)和(d)分别为EXP1与EXP2的正压能量诊断。

  与此同时,LBM模式中,改变热带对流位置(如移动10,20个经度),对热带外波列位置的影响并不大。线性斜压模式实验的结果表明,对于热带外波列的纬向移动,急流变化的影响要大于对流位置变化的影响。“这一工作为学界理解ENSO遥相关乃至其他热带异常激发的波列的基本性质以及变异提供了一种新的思路和见解。这对于理解未来ENSO遥相关的变化,以及对这种变化的归因有较大价值 ”黄刚研究员说到。

  文章信息

  Wang, Y., K. Hu*, G. Huang* and W. Tao (2021). Asymmetric impacts of El Ni?o and La Ni?a on the Pacific-North American teleconnection pattern: the role of subtropical jet stream, Environmental Research Letters. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac31ed

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