南印度洋副热带海温偶极子事件外文翻译资料

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南印度洋副热带海温偶极子事件

Swadhin K.Behera and Toshio Yamagata

Institute for Global Change Research, FRSGC, Tokyo 105-6791, Japan

摘要：南印度洋副热带海温异常表现为年际尺度的南半球夏季季节锁相的偶极子事件。正位相事件的特征是在东部，即澳大利亚附近的冷海温异常，和西南部，即马达加斯加南部的暖海温异常。在非洲中南部的许多地区，这样的事件被发现会产生高于正常水平的降雨。东部海温的降温主要是由于蒸发增强引起的。这与沿在活动期间加强、并轻微向南移动的副热带高压东侧边缘的风加强有关。另一方面，蒸发量减少导致的季节潜热损失相对减少是西南地区变暖的主要原因。这样的进化亚热带偶极子事件与最近在印度洋发现的热带偶极子事件形成了鲜明的对比。

1 介绍

由于人口众多，印度洋周围地区的气候变化对社会经济产生了巨大的影响，并且常常与太平洋的厄尔尼诺-南涛动现象(ENSO)有关。过去的研究表明，热带太平洋东部海面温度(SST)的变化与区域降雨之间存在统计上的负相关关系，例如南半球夏季非洲南部降雨[Ropelewski and Halpert, 1987;Hastenrath等人，1993]。然而，enso相关的变化并不足以解释该地区观测到的降雨的所有年际变化。由于地理位置接近，印度洋可能在区域气候变化中发挥更大的作用。一些研究的确表明了印度洋海温对非洲南部夏季降雨的影响[Ogallo et al.,1993; Jury et al.,1996; Reason and Mulenga,1999; Goddard and Graham,1999]。事实上,非洲中南部降雨异常与海温异常的相关清晰地在副热带印度洋南部呈现出偶极子模态(图1)。Behera等人[2000]指出这样一海温异常的偶极子模态在数据和模式模拟中都存在。众所周知，这个区域被对流层低层的副热带高压控制，副高中心在30°S和35°S之间有季节性移动。因此，大气强迫作用很有可能在副热带偶极子的演化过程中起关键作用。我们使用各种来源的观测数据集来分析了这些有趣的方面。

图1. 1979-98年非洲中南部（22-28°E， 18-12°S）降水与印度洋SST异常的相关系数，小于0.1的值被抑制。采用五个月平均运行时间来平滑时间序列

2 副热带偶极子模态

本研究中，我们使用了全球海冰和海面温度数据集GISST 2.3b 的海温数据[Rayner et al.，1996]、国家环境预测再分析中心数据集导出的海面风应力和热流量数据[Kalnay et al.，1996]以及降水数据[Xie and Arkin，1996]。我们还研究了其他可用的数据集，如综合海洋-大气数据集，产生了基本相似结果。为理解主模态的变化,利用经验正交函数分解(EOF)技术对南部副热带南印度洋流域45°S到赤道之间的海温进行分解。这些海温异常为1958-98年的气候月平均的偏离。主EOF模态占总方差26%左右，表现为全区一致型。主成分时间序列与南方涛动指数(SOI)之间的良好相关性表明，太平洋El Nino期间可能存在印度洋变暖[Venzke et al.，1997; Wallace et al.，1998]。

有趣的副热带偶极子模态(SDP)以东北-西南方向出现在EOF第二模态，解释了12%的总方差(图2)。EOF模式的偶极子模态和图1相关图的偶极子之间的相似性使我们构建了一个时间指数序列。该指数(图3),以下简称副热带偶极子指数(SDI),从西部(55 - 65°E,37-27°S)和东部(90 - 100°E，28-18°S)副热带印度洋海温异常的差异获得。它非常准确地再现了第二个EOF模态的时间序列，相关系数为0.8。Reason[1999]最近在南印度洋展示出温暖/寒冷的海温模态。然而，这里描述的海温模态在位置和方向上有很大的不同。此外，在这两项研究中，多年的正负事件是完全不同的。这主要是因为他的模式接近EOF第3和第4模态，而我们的模式接近EOF第2模态。

图2. EOF第二模态的空间场。单位是任意的，零轮廓被抑制，正值被着色

图3. 1958年1月至1998年4月的SDI(红色)、TDM(绿色)和SOI(蓝色)时间序列。标准化时间序列用连续五个月的均值进行平滑处理

3 偶极子模态的演变

SDP正事件的特征是在南半球夏季期间，东南(西南)印度洋出现冷(暖)海温异常(图4)。虽然个别事件发生的地点和时间略有不同，但这种现象本身在亚热带地区相当强烈。通常在12月至1月发展，2月达到高峰，5月至6月逐渐消亡。然而，在某些情况下，该事件并没有完全消失，而是再次复活，成为连续的第二个事件(例如1980-81年和1981-82年的正事件)。

南印度洋的平均表面风在35°S以北(南)主要是与副热带高压关联的东风(西风)。然而，这些风在1月更靠近澳大利亚东南部。这是因为在南半球夏季，副热带高压的中心向东移动。由于澳大利亚大陆温度较高，地面气压较低，沿副热带高压边缘产生的气压梯度产生东南风。在SDP正事件的成熟期，副热带高压增强并向南轻微移动。此外，夏季在西澳大利亚上空形成的西海岸槽在1月至3月期间向西海岸附近移动。这反映在图5左上面板所示的2月份海平面气压异常中。因此，副热带高压东部边缘的气压梯度合力进一步增强了澳大利亚海岸附近的东南风(图4)。这些压力异常也产生了澳大利亚西南部的异常西南风。位于东部的异常东南风(图4)导致了冷却，原因是蒸发增加(图5左下面板)和上层海洋混合。可以指出,10 W m^-2潜热损失的变化可能会导致当地一个季节在50米的一个典型的混合层深度变化0.5℃SST，即使没有其他过程出现。

副热带高压的变形也会引起2月在40°S的异常东风(图4),导致季节性中纬度西风带的削弱。因此，与之相关的季节潜热损失的减少(图5左下面板)导致西南部分变暖(图4)。此外，季节西风带的减弱可能会减少高纬度较冷水域向赤道的Ekman输送，从而导致变暖。当南半球夏季结束时，澳大利亚大陆降温并在大陆上形成反气旋，季节性大气副热带高压向西北即马达加斯加南部移动。西风带和东风带相关的移动会导致SDP的衰减(图4和图5)。SDP处于负相位时，情况正好相反(未显示)。

图4. 最近发生的6次强烈的正事件，即1968年、1974年、1976年、1981年、1982年和1993年的海温异常和风异常2月、3月和4月的逐月合成图。等值线间距0.5℃。使用双边t检验，海温异常超过90%和风异常超过置信限80%的情况分别用阴影和粗体箭头表示。

图5. 与图4相同，但对于海平面压力异常(上面板)和潜热通量异常(下面板)的合成。海平面气压异常等值线间距0.5hPa。潜热通量异常等值线间距为10w m^-2(负表示海洋损失，反之亦然)。使用双边t检验，超过置信限80%的值将被着色。

4 讨论

在南半球夏季北半球信风侵入到南半球的期间，印度洋西部的热带辐合带(ITCZ)在平均场上大约10°S附近。在12月至2月期间且SDP事件恰逢主雨季时，大陆的ITCZ在坦桑尼亚和莫桑比克中部之间。事实上，SDP事件被发现与非洲南部的异常降水有关。图1相关图中的偶极子模态,我通过将SDI与南印度洋降水异常[Xie and Arkin,1996]相关联将其进一步证实(图6的上面板)。正(负)相关性是在非洲南部大陆的大部分地区(印度洋),其中包括赞比亚、莫桑比克、津巴布韦、博茨瓦纳和南非。大气环流模式实验研究也表明，亚热带印度洋海温异常对非洲夏季降水具有积极影响[Reason and Mulenga, 1999; Goddard and Graham，1999]。

正SDP事件期间,冷海温异常从南印度洋亚热带东部地区到热带西部地区被倾斜地拉长(图4)。从与降水异常的相关性推断，这些冷异常通过抑制大气辐合，来削弱海上ITCZ(图6上面板)。因此,异常东南风甚至蔓延到赤道地区索马里海域如图4的2月图。异常状况导致在高峰阶段增加副热带印度洋东部对流层的水汽辐散(图6的下面板)。增强的对流层低层东南风运输剩余水汽到遥远的非洲中南部大陆地区,导致水汽在该地区辐合(图6的下面板)。这增加了这些地区的对流活动和异常的降雨量。

图6. 上面板:1979-98年降水异常与同期SDI时间序列的相关性。超过99%置信限的值(用双边t检验)被着色。下面板:图4为2月份6个事件的水汽辐散综合图。箭头为对流层异常(地面至300hPa)水汽输送的辐散（）分量，单位为kg m^-1 s^-1。标量(阴影)是速度势单位kg s^-1。

在SDP的负位相，情况正好相反。与异常西北风相关的暖水加强了海上ITCZ，增加了海区降水。此外，寒冷的西部极和对流层低层相反的异常风导致非洲南部和马达加斯加南部地区降水较少。在这里，我们展现了一系列由于相互作用而发生的事件，并提出SDP是一个区域性现象，锁定在南印度洋的季节性稳步发展。最近的一些研究表明，副热带高压的异常以及澳大利亚西部经向风的相关变化和中纬度地区的东风异常可能与南极环极波有关[White and Peterson, 1996; Peterson and White，1998]，这当然需要进一步的调查。

将SDP的演化与其他热带现象(如ENSO和最近发现的印度洋热带偶极子模态(TDM))进行比较也很有趣[Sail et al.，1999]。从图3所示的时间序列可以看出，SDI和TDM的演化过程存在着相当大的差异。但SDP正事件在1973-74年、1975-76年与La Nina同时发生，1992-93年期间与E1 Nino同时发生。有趣的是，在1997-98年期间，当TDM和E1 Nino同时发生时，SDP从正位相变为负位相。另一方面，在1967-68年、1980-81年和1981-82年没有ENSO事件的情况下，SDP为强的正事件。我们还注意到，在1960-61年太平洋没有ENSO期间，在强TDM之前发生了一次SDP事件。这四个事件，加上SDI与SOI的总体弱相关性(- 0.2)，表明南印度洋存在一种独特的机制。虽然诸如ENSO的外部作用力可以通过各种大气和/或海洋过程之间的连锁反应影响一些SDP事件，但提供这些影响的确切本质超出了本文的范围。

非洲南部的季节性降雨对区域生态系统和人口有着重要的影响。因此，对夏季降水年际变化的准确预测对作物和水资源管理具有潜在的价值。最近的研究展示了印度洋海温对南部非洲作物产量的预测能力[CLIVAR Africa, 1999]。我们在这里介绍的SDP应该在这方面提供一个有意义的指南。

参考文献:

1. Behera S K , Salvekar P S , Yamagata T . Simulation of Interannual SST Variability in the Tropical Indian Ocean[J]. Journal of Climate, 2000, 13(19):3487-3499.

[2] CLIVAR Africa，Science Plan，WCRP，1999 and references therein．

[3] Goddard L , Graham N E .The importance of the Indian Ocean for GCM-Based climate forecasts over Eastern and Southern Africa[J]. J．Geophys．Res．(in press)．

[4] Hastenrath S , Nicklis A , Greischar L . Atmospheric‐hydrospheric mechanisms of climate anomalies in the western equatorial Indian Ocean[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 1993, 98.

[5] Jury，M．，C．D．W．Rautenbach，and J．Vanheerden，Drought over South Africa and Indian Ocean SST: statistical and GCM results[J]．Global Ocean-Atmos．Sys．1996，4:47-63．

[6] E. Kalnay , M. Kanamitsu , R. Kistler , W. Collins , D. Deaven , L. Gandin , M. Iredell , S. Saha , G. White , J. Woollen , Y. Zhu , A. Leetmaa , and R. Reynolds, Joseph J D . The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project.[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 1996, 77(3):437-472.

[7] Ogallo L．，J．E．Janowaik，and M．S．Halpert, Teleconnections between seasonal rainfall over East Africa and global sea surface temperature anomalies[J]．J．Mereorol．Soc．Japan，1989，89:807-821．

[8] Peterson R

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