太平洋－东亚遥相关第二部分：菲律宾海洋异常反气旋在厄尔尼诺发展过程中如何建立外文翻译资料

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太平洋－东亚遥相关第二部分：菲律宾海洋异常反气旋在厄尔尼诺发展过程中如何建立

BIN WANG AND QIN ZHANG

夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学与技术学院气象系，夏威夷 檀香山

摘要：异常的菲律宾海反气旋（PSAC）在El Nino成熟和衰退期间（从冬季到接下来的夏季）传达了El Nino对东亚气候的影响。结果表明，在厄尔尼诺达顶峰之前的一个季节，秋季异常PSAC形成;它的强度随着厄尔尼诺强度的增强而增强，并且在拉尼娜期间其符号发生逆转。PSAC的形成与东亚槽的异常加深和西太平洋热带风暴向北的逆转数量增加相一致。PSAC的建立是突然的，伴随从季节内振荡（ISO）的潮湿到干旱阶段的摆动，并且通常伴随着东亚夏季风的撤退。PSAC成立后，ISO变为不活跃状态。

PSAC的发展归因于遥远的El Nino强迫、热带－温带相互作用和季风－海洋相互作用。发展中的厄尔尼诺引起东北亚地区越赤道上升的Rossby波响应和陆面降温;既加深了秋季的东亚大槽，又引发了强烈的热带和温带地区的气温和热量交换，促进了冷空气爆发和PSAC的启动。通过下降罗斯贝波，厄尔尼诺引起的印度尼西亚沉降在南亚形成低水平的反气旋涡度，并且通过平均季风向西平流出去，引发异常PSAC。ISO与底层海洋相互作用在PSAC的突然建立中起着关键作用。在东北季风开始之前（之后），风速蒸发/夹带反馈倾向于放大（抑制）ISO，这表明大气－海洋相互作用以及背景风的季节前进在改变菲律宾海域ISO强度和维持PSAC方面的作用。

一 简介

6月和7月的中国梅雨和日本梅雨与一个主要的降雨系统－东亚副热带锋相联系。十多年来，科学家们已经认识到，在厄尔尼诺之后的夏季，梅雨降雨量显著增加（例如Huang and Wu 1989; Lau and Yang 1996; Zhang et al.1996; Kawamura 1998; Tao and Zhang 1998）。 1998年夏天发生的破坏性的长江洪水就是这样一个例子，这一年紧接着1997年的El Nino。然而，El Nino事件通常在北半球冬季成熟，到下一个夏天，赤道中东太平洋地区的变暖通常会消失。那么，El Nino如何对东亚夏季风产生“延迟”影响呢？ Wang等人（2000）指出，传达El Nino对东亚的影响循环系统是一个异常低水平的反气旋，位于菲律宾海[菲律宾海反气旋（PSAC）]。该PSAC在厄尔尼诺成熟期间就存在并延续到接下来的夏季，在初夏加强了西太平洋副热带高压，导致长江下游地区降水充沛。鉴于大气运动的混沌性质以及厄尔尼诺引起的远程强迫衰减，是什么机制使PSAC在三个季节维持？ Wang等人（2000）提出了一个理论，该理论将PSAC的持续性归结为大气下降Rossby波与PSAC中心以东潜在的冷SST异常之间的正热力学反馈。这种积极的反馈在背景东北季风或贸易风的存在下运行。在异常PSAC的东边，增加的总风速会冷却海洋表面，引起过度的蒸发和夹带。反过来，这种冷却抑制对流并减少大气中的潜热，从而激发下降的大气Rossby波，加强PSAC在西部的衰退之旅。

Wang等人（2000）的工作主要关注El Nino成熟和衰变阶段的遥相关。问题是（i）在El Nino发展期间何时以及如何建立PSAC，以及（ii）什么样的过程造成PSAC的形成。目前的工作是Wang等人（2000）的延续，旨在解决这些问题。为此，我们的分析着重于El Nino夏季和秋季发展阶段。

在第2节中，我们描述了本研究中使用的数据集和分析方法。EI Nino事件期间PSAC形成演化的一个典型的方案记录在第3节。在第4，5和6节中，我们查验造成PSAC形成可能的因素，包括远程的El Nino的影响强迫，温带－热带相互作用以及与季节内振荡（ISO）有关的局地海气相互作用。我们发现，在EI Nino发展年秋季期间，偏远的EI Nino强迫加强了东亚大槽并且加强了西北太平洋（WNP）的热带风暴活动。东亚和西太平洋地区增强的热带－温带相互作用有利于PSAC的产生和发展。同时，ISO和本地的海－气相互作用在突然建立和维护PSAC方面也发挥着重要作用。最后一节提供了一个总结。

二 数据和方法

所使用的主要数据集是从1957年1月到1999年12月的国家大气研究中心（NCEP-NCAR）的全球大气再分析数据（Kalnay et al. 1996）。这些变量包括海平面气压，降水，地表温度和通量，500 hPa位势高度，以及200 hPa，850 hPa和地面的风速。通过消除长期平均和年周期来获得异常场。与ENSO相关的年际变化表现为7候平均距平异常。用五元组平均异常数据从相应的七元组运算平均值的偏离来表示ISO分量，并且描述PSAC的快速建立。

联合台风警报中心（JTWC）西北太平洋热带气旋从1950年到1999年的最佳路径数据用于研究El Nino和La Nina在异常PSAC形成期的影响。

我们的方法是关注六个最强的El Nino事件（1957/58,1965,1972,1982/ 83,1991/92和1997/98）的共同特征，来对比六个主要的La Nina事件 (1970/ 71,1973,1975,1988,1998和1999）。使用单样本和双样本t检验来确定复合组成的统计意义。

NCEP-NCAR再分析资料中的海表温度（SST）使用1982年以前的雷诺重建月平均SST（Reynolds and Smith 1994）和1982年以前的全球海冰和海表温度数据集（GISST）。为了检查突然建立过程的异常PSAC和相关的海－气相互作用过程，我们只使用了1982年以后的数据，由于使用高分辨率卫星观测，日常数据更加可靠。为提高可靠性，利用日降水量，海面和陆面上的表面温度，地表潜热和向下的太阳辐射通量来构造五元组异常。

三 异常菲律宾海反气旋的形成

菲律宾海域的气候具有典型的季风特征。如图1中的长虚线所示，菲律宾海平均海平面气压（SLP）（10-20N，120-150E）以年周期为主。5月初，SLP降至年平均值以下，并一直低于11月中旬。 同样，风和降水也表现出占优势的年周期（Murakami and Matsumoto 1994; Wang 1994; Wu and Wang 2000）。 夏季至冬季的季节性过渡发生在11月，这是亚热带东亚（9月中旬）相应过渡后两个月左右。

PSAC在El Nino发展年份何时建立？图1表明菲律宾海上的SLP在El Nino发展年份的秋季，10月初的平均日期，从低于到高于正常水平（图1中的箭头），紧跟着东亚夏季风的撤退。PSAC的形成意味着WNP季风槽的快速减弱或WNP中季节性过渡平均推进大约一个月（见图1的组合图）。 在El Nino成熟阶段，SLP异常达到2 hPa，这与局地年变化幅度相当。 PSAC的强度在20世纪70年代末以后的事件中更为明显，可能与厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）周期的放大有关（Gu and Philander 1997; Wang 1995）。

PSAC异常的建立是否是一种本地现象？气压异常如何演变？图2显示了沿10至20N纬度带平均的月平均SLP和SST异常。9月（0）左右，其中0代表El Nino发展的年份，显著的正SLP异常（0.5 hPa）几乎同时在整个南亚，从印度开始到约130E。10月，菲律宾附近的SLP异常达到1 hPa（120E）。因此，上升的气压不是局部事件，而是与亚洲季风系统特别是南海季风的大尺度季节变化有关。PSAC的中心显示从10月（0）的120向2月（1）的152E东移，每月的经度约为8经度。这个东向位移伴随着东部的海温负异常和PSAC西部的海温正异常的显著发展。正如Wang等人（2000）所建议的那样，SLP和负海温异常（SSTA）都以一致的方式向东延伸，表明PSAC和SSTA之间存在耦合。Lau等人（2002，以下简称LNW）进行的数值实验表明，与耦合大气环流模式和混合层海洋模式显示出一个类似的一致的向东传播的SST和SLP异常，这是海－气耦合的表现。

图3显示PSAC形成的突然性与ISO事件从低压阶段向高压阶段的转变有关。五元组平均时间序列在4-8个候选时间范围内表现出明显的波动。对于每一个单独事件，7候的平均SLP（代表缓慢的年际变化）从低于到高于正常的转变是快速的，因为它与从低压到高压阶段的ISO循环摆动有关。结果，复合7候运行平均值显示SLP从-2到 2候补值增加约5 hPa。

PSAC的突然建立也与中纬度地区的冷空气爆发密切相关。图3中的垂直条显示了中国东南沿海和邻近边缘海洋（15-30N，110-130E）平均850 hPa经向风场异常的平均值。在过渡期之前的低压阶段，该地区盛行的异常偏北风表示亚洲大陆冷空气侵入菲律宾海域。

图3还表明，在异常PSAC建立之前和期间，ISO是活跃的，但在11月份当背景SLP从低于年平均值上升到高于年平均值时（图1），ISO不活跃。平均ISO分量方差（10-20N，120-150E）的计算表明，在异常PSAC建立之前，从5月到9月，ISO的复合强度有所增强，但从10月份到下一年的六月它在PSAC建立之后减弱（图未显示）。对于诸如1965/66，1972/73,1982/83和1997/98等强烈事件来说，这一点尤其明显。

在图4中，我们给出了PSAC形成的复合情景，以显示所有强烈的El Nino事件共有的特征。在第22候（ISO的低压阶段），主要气旋异常集中在（15N，130E）。气旋和正涡度区的降水增强，表明ISO的峰值对流相。大约2候后，上述气旋和相关的降雨异常急剧减少，气旋中心减弱移到（13N，150E）。通过第12候（高压阶段），反气旋异常取代了原始气旋异常，并且降雨受到抑制（ISO的干燥阶段），完成从低压到高压阶段的摆动。

在接下来的三节中，我们将讨论（i）东中部热带太平洋暖期所产生的强迫如何影响了PSAC建立的过程，（ii）为什么它的建立出现在秋季，伴随东亚和WNP提前的季节性转换（或者当中东太平洋地区的偏远强迫已经达到了相当大的幅度时为什么不出现在夏季），以及（iii）ISO扮演什么角色，以及在PSAC成立之前和期间，ISO幅度较大，而PSAC在11月份之后趋于潮湿。 解决这些问题将为PSAC形成的重要物理机制提供线索。

四 遥远的ENSO强迫在热带地区的作用

图5显示了异常PSAC强度与ENSO强迫强度的关系。正常情况下，菲律宾海SLP也是正常的。PSAC的强度随着El Nino振幅的增强而增强（参见图5中具有强El Nino混合的复合El Nino）。相反，在强拉尼娜年的时候，菲律宾海上出现了气旋异常。这个令人信服的证据表明，PSAC的发生和强度取决于El Nino强迫的强度。

图6给出了异常PSAC建立前后的复合月平均850 hPa风、降水和海温异常。8月份，异常气旋控制了菲律宾海域。9月，气旋减弱，而华东沿岸出现明显的异常偏北气流，并到达菲律宾北部，表明东亚夏季风的撤退强于往常。10月，南海北部和菲律宾出现异常反气旋。到11月，一个完整的异常反气旋控制着热带和亚热带西北太平洋。

在八月（或El Nino发展年的夏季），菲律宾海是以气旋而不是反气旋式风异常为主。这是因为厄尔尼诺引起的赤道中西太平洋西风异常产生强正切涡度，增强了菲律宾海上的降水和气旋异常（图6a）。气旋异常地增强了WNP季风槽并增加了总风速，并且部分有助于当地海面冷却。8月和9月的海温负异常增强证实了这一点，其中气候性的WNP季风中出现了西风（图6a,b）。增强的降水和云量可以减少太阳辐射，那也增加了WNP的冷却。菲律宾附近低于正常的SST预示着十月份菲律宾高位异常形成。

从8月到10月，菲律宾附近的气旋到反气旋的反常涡度逆转可能部分是由南亚季风西风带异常反气旋性涡度的东平流引起的。9月，印度和孟加拉湾出现反气旋性涡度异常（图6b）。这是由于海洋大陆上的异常热沉（Walker环流异常的下沉分支）激发下降罗斯贝波，这增强了他们到西部的低层反气旋涡度（Gill 1980）。南亚季风西风不断向南海和菲律宾输送反气旋异常，有利于10月份异常反气旋的形成。

伴随着菲律宾异常反气旋的形成，菲律宾附近的降雨受到抑制，赤道东太平洋在婆罗洲，苏门答腊和赤道印度洋显著加强（图6c）。同时，西北太平洋的赤道西风距平和降水异常东移约20个经度（图6c）。这可能部分有助于菲律宾异常反气旋缓慢东移和10月至次年2月冷SST异常（图2）。

五 热带－温带相互作用

由于PSAC的建立发生得很快（通常在3-5候，图3），可以想象，大气过程在触发这种突然发展方面起着至关重要的作用。如图4a所示，在ISO的低压阶段，反气旋在中国大陆占主导地位，中国东部沿海的偏北气流侵入南中国海和菲律宾北部。很明显，从ISO的低压或湿位相（图4a）到高压或干相（图4c），气旋和反气旋性涡度中心都是系统地向东南移动，但是气旋异常减弱而反气旋异常加强。在过渡阶段（图4b），一条异常的反气旋脊从黄海延伸到菲律宾北部。该反气旋脊起源于中国中部（图4a），随后向东迁移至菲律宾（图4c）。我们检查了每个单独事件的演变，这一过渡阶段通常伴随着9-10月东亚夏季风的撤退。源自中纬度反气旋的冷空气冷却海面，为PSAC的突然发展提供了触发机制。平均超过15-30N，110-130E（图3中的负垂直线）的偏北风异常提供了证据来支持这一主张。

为什么在El Nino发展年初的秋天，冷空气活动增强了？图7a显示了9月和10月的平均500 hPa位势高度以及El Nino和La Nina事件之间的相应高度差（El Nino 减 La Nina）。从气候上看，东亚大槽在亚洲大陆的东海岸于九月开始重建。图7a中显示的高度异常表明，在强厄尔尼诺期间，东亚大槽倾向于比正常更深。与此异常加深一致，200 hPa西风急流向赤道方向

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