夏季风对IOD的影响外文翻译资料

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文献 题目 A dipole mode in the tropical Indian Ocean

文献 来源 期刊

外文文献：

A dipole mode in the tropical Indian Ocean

For the tropical Pacific and Atlantic oceans, internal modes of variability that lead to climatic oscillations have been recognized^1,2, but in the Indian Ocean region a similar ocean-atmosphere interaction causing interannual climate variability has not yet been found³. Here we report an analysis of observational data over the past 40 years, showing a dipole mode in the Indian Ocean: a pattern of internal variability with anomalously low sea surface temperatures off Sumatra and high sea surface temperatures in the western Indian Ocean, with accompanying wind and precipitation anomalies. The spatio-temporal links between sea surface temperatures and winds reveal a strong coupling through the precipitation field and ocean dynamics. This air-sea interaction process is unique and inherent in the Indian Ocean, and is shown to be independent of the El Nino/Southern Oscillation. The discovery of this dipole mode that accounts for about 12% of the sea surface temperature variability in the Indian Ocean-and, in its active years, also causes severe rainfall in eastern Africa and droughts in Indonesia-brightens the prospects for a long-term forecast of rainfall anomalies in the affected countries.

The catastrophic rains of 1961 in tropical eastern Africa and subsequent abrupt discharge of the White Nile are now known^4plusmn;6 to be part of an anomalous climate state over the tropical Indian Ocean. A dipole structure characterized the sea surface temperature (SST) anomaly during this event: warmer than usual SSTs occurred over large parts of the western basin, while SSTs off Sumatra were cooler than usual. Rainfall increased over tropical eastern Africa and the western Indian Ocean, while over the Indonesian archipelago it decreased, resulting in severe drought. Equatorial surface winds, which in a normal summer season blow towards the east, weakened and reversed direction. There was no El Nino in the Pacific, while India experienced the highest summer monsoon rainfall in the past 150 years (ref. 5). By examining long-term data sets of SST and surface winds we found several occurrences of these patterns. These observations motivated this study. However, here we use the GISST2.3b data set⁷ (1958-98), the NCEP surface winds reanalysis⁸ (1958-98) and the Xie-Arkin rainfall analyses⁹ (1979-98) to present our findings, as the essential signatures of this phenomenon are unchanged in the various data sets we have examined.

Basin-scale anomalies of uniform polarity cover the tropical Indian Ocean basin during El Nino/Southern Oscillation (ENSO) events. Using empirical orthogonal function (EOF) analysis we see that this pattern (EOF1) explains about 30% of the total variation of anomalous Indian Ocean SSTs. Next, the dipole mode (EOF2) explains about 12%. Characteristic to the dipole mode is a reversal in sign of SST anomaly across the basin. This reversal is so striking, that the dipole mode may be identified by a simple index time series which describes the difference in SST anomaly between the tropical western Indian Ocean (50°E-70°E, 10°S-10°N) and the tropical south-eastern Indian Ocean (90°E-110°E, 10°S-Equator). The strong correlation (gt;0.7) between this index, referred to as the dipole mode index (DMI), and the time series associated with EOF2 indicates the accuracy of the DMI in representing the dipole mode in SST.

The dipole mode event is independent of the ENSO in the Pacific Ocean. To demonstrate this, we plot SST anomalies representative of the central and eastern equatorial Pacific (from the so-called Nino3 region) against the DMI time series in Fig. 1. Note the significant dipole mode events of 1961, 1967 and 1994 coinciding with no ENSO, a La Nina and a weak El Nino, respectively. There are years in which dipole mode events coincide with strong ENSO events as in 1972 or 1997. We note here that the correlation between the DMI and Nino3 SST anomaly time series is weak (lt;0.35).

Figure 1 Dipole mode and El Nino events since 1958. Plotted in blue, the dipole mode index (DMI) exhibits a pattern of evolution distinctly different from that of the El Nino, which is represented by the Nino3 sea surface temperature (SST) anomalies (black line). On the other hand, equatorial zonal wind anomalies U_eq (plotted in red) coevolves with the DMI. All the three time series have been normalized by their respective standard deviations. We have removed variability with periods of 7 years or longer, based on harmonic analysis, from all the data sets used in this analysis. In addition, we have smoothed the time series using a 5-month running mean.

During dipole mode events, the surface wind field over the tropical Indian Ocean experiences large changes, especially in its zonal (east-to-west) component over the Equator. Maximum changes in the zonal wind occur over the equatorial central and eastern Indian Ocean, where we noted a correlation maximum of gt;|0.6| with the DMI. By plotting the area-averaged equatorial zonal wind anomalies (U_eq) over this region (70°E-90°E, 5°S-5°N), in Fig. 1, we demonstrate that the intensity of the SST dipole mode and the strength of the zonal wind anomaly over the Equator are strongly dependent on each other.

Seasonal phase locking is an important characteristic of the DMI time series. Thus significant anomalies appear around June, i

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外文文献译文

文献 题目 A dipole mode in the tropical Indian Ocean

文献 来源 期刊

文献发表日期 1999年401卷6751期

学生 姓名 赵雪洁

学 号 20131343036

学 院 大气科学学院

专 业 大气科学

指导 教师 祁莉

二Ｏ一 六 年 12 月 4 日

中文译文：

热带印度洋中的偶极子

对于热带太平洋和大西洋，人们已经认识到有内部可变性模态会导致气候振荡，但是在印度洋地区，人们尚未发现一种类似的、会引起年际气候变率的海洋-大气相互作用。在这里，我们报告，通过对过去40年的观测数据进行分析，我们发现了印度洋的一种偶极子，这种内部变异模态表现为：苏门答腊海表温度异常低，西印度洋海表温度高且伴随风和降水异常。海表温度和风之间的时空联系揭示了印度洋中有降水场和海温场的强耦合。这种海-气相互作用过程是独特的，并且为印度洋所固有，且独立于厄尔尼诺/南方涛动。我们发现在印度洋海表温度变化中大约有12％是这种偶极子模态，而且在偶极子活跃的年份，东非有强降水，而印度尼西亚干旱，这使得我们未来可以更好地预报受到偶极子影响的国家的长期降水异常。

1961年，东热带非洲有灾难性降雨，随后白尼罗河流量突然减少，现在已知这一现象是热带印度洋异常气候态的一部分。一种偶极结构表征了在该事件期间海表温度（SST）的异常情况：在西部盆地的大部分地区，海表温度比通常更暖，而苏门答腊的海表温度比通常更冷。在东热带非洲和西印度洋，降水量增加，而在印度尼西亚群岛，降水量减少，造成严重干旱。赤道表面的风，在夏季正常情况是向东吹（赤道西风），然后减弱再转向。在太平洋中是没有厄尔尼诺的，但在过去的150年间，印度经历了夏季降水的最高值（参考文献5）。通过检查长期的海表温度和地面风的数据集，我们发现曾出现几次这种模态。这些观察促进了这项研究。我们得出研究结果时所用的分析资料为GISST2.3b数据集（1958-98）和NCEP海表风分析（1958-98），再分析资料为谢-阿金降水分析（1979-98），在我们研究的各种数据集中，这一现象始终是基本特征。

在厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）事件期间，热带印度洋流域始终为均匀极性的海盆尺度异常所覆盖。使用经验正交函数（EOF）来分析，我们发现模态（EOF1）解释了约30％的印度洋海表温度异常的情况。接下来，偶极子（EOF2）解释了约12％的印度洋海表温度异常的情况。这种偶极子的特征是海盆温度异常地反转。这种反转很明显，以至于偶极子模态可以通过简单的指数时间序列来确定，该指数时间序列描述了热带西印度洋（50°E-70°E，10°S-10°N）和热带东南印度洋（90°E-110°E，10°S-赤道）的海表温度异常的区别。在描述该偶极子模态时，指数（称为印度洋偶极指数（DMI））和与EOF2相关联的时间序列之间大于0.7的强相关性表示了DMI的精度很高。

偶极子模态事件是独立于太平洋中的ENSO的。为了证明这一点，我们在图1中绘制了代表中部和东部赤道太平洋（即所谓的Nino-3区域）的海表温度异常与DMI时间序列。 注意到1961年，1967年和1994年的主要偶极子模态分别与无ENSO，拉尼娜和弱厄尔尼诺相符。像1972年或1997年那样，有些年份偶极子模态与ENSO同时出现。我们注意到，DMI和Nino-3 海表温度异常的时间序列之间的相关性较弱（lt;0.35）。

图1：自1958年以来的偶极子和厄尔尼诺事件。以蓝色绘制的印度洋偶极指数（DMI）表现出与用黑色线绘制的厄尔尼诺现象（由Nino-3海域海表温度（SST）异常所表示）现象明显不同的演变模态。 另一方面，赤道纬向风异常Ueq（用红色绘制）与DMI相关。 这三个时间序列均已通过它们各自的标准偏差作了归一化。 我们根据谐波分析，已删除了该分析中使用的所有数据集中的变异周期为7年或更长时间的数据。 此外，我们使用了5个月的平均值平滑了时间序列。

在偶极子发生期间，热带印度洋的海面风场有很大变化，特别是其相对于赤道的纬向（东-西）分量。纬向风变化最大的地方位于中赤道印度洋和东印度洋，在这里我们发现风场与DMI的最大相关性gt; | 0.6 |。通过图一绘制的该区域（70°E-90°E，5°S-5°N）的平均赤道纬向风异常（Ueq），我们可证明偶极子的强度和赤道纬向风异常两者间是相互强依赖的。

季节性位相锁定是DMI时间序列的一个重要特征。因此，显著异常出现在6月左右，在随后的几个月增强，在10月达到最大。由于阶段系统的季节性，使用合成分析来证明偶极子的演变是有意义的。我们分析了发生于1961年，1967年，1972年，1982年，1994年和1997年的最近的六个极端事件，以呈现图2中典型偶极子的生命周期。5-6月，龙目岛海峡海域附近首先出现SST异常下降，同时，东南热带印度洋区域的东南风出现异常。随后几个月，冷的异常沿着印度尼西亚海岸线向赤道拓展，而同时西部热带印度洋开始异常升温。沿赤道的纬向风异常和苏门答腊附近的沿岸风异常与偶极子一起增强。这些特征的显著峰值发生在10月，随后迅速消失。图3所显示的时间序列的合成更清楚地表示出了DMI和Ueq的这种突然变化。时间序列中的一个典型特征是纬向风异常和偶极子强度之间有紧密的耦合关系。若发生相反极性的事件后有发生偶极子事件的趋势，则Ueq存在准两年振荡。注意，Ueq的准两年振荡已经是众所周知的。图3还表明，当苏门答腊海岸上的暖水堆积，且赤道印度洋中部和东部出现西风异常，表明次年将出现偶极子事件。

图2：IOD年的SST距平和海表风异常资料合成。 a-d，是从5月-6月（a）到11月-12月（d）的海表温度和海表风场异常的合成，且分析的异常通过了显著性双侧Ｔ检验。显著水平超过90％的海表温度和海表风异常分别由阴影和粗体箭头指示。

图3：偶极子强度与赤道纬向风异常的强耦合。显示了典型偶极子发生的前一年到后一年的偶极子（DMI，黑条）的强度和赤道纬向风异常（Ueq，灰色条）的强度的共同演变。 置信水平超过90％的显著异常（通过显著性双侧T检验）的柱状条用点标记。

目前只有1979年以后的海盆范围内的降水数据。降水数据（或数据集，如出口长波辐射）的分析表明，在正IOD年，热带海洋辐合带（OTCZ）的降水量会减少， 西热带印度洋的降水量会增加（图4）。 这种降水模态与合成地图中的与风场相关的辐合/辐散的转变动态一致。 因此，这里展现的是在降水时海表温度场和风场之间有强耦合的经验性证据。 基于对印度洋气候系统的了解，以及我们自己对各种建模设备的研究，我们提出了将这些领域相互联系的模型。

图4：在正IOD年，热带海洋辐合带西北部的降雨。 该图将印度洋偶极指数和降雨量相关联来证明存在改变。 白色曲线内的区域表示非零相关地区的置信水平超过90％（使用双侧t检验）。

在正常年份，东南信风汇聚到与降水量多的（gt;10 mm/d）OTCZ相关的南赤道地区。但在正IOD年，苏门答腊的海表温度开始降低， OTCZ的对流减弱，并且随后的海平面压强的改变（未表示出）使得东南信风向下游拓展。这种大规模风场的改变增强了东南信风在下游的水汽输送和辐合，从而使热带海洋辐合区西移。这些异常扩展的信风还切断了苏门答腊沿海的正常供热。在通常年份的夏季风季节，赤道西风通过赤道、沿岸沉降流开尔文波使暖水积聚。这个过程表现最强烈的情况，每年在季风转换期间发生两次，被称为Yoshida-Wyrtki Jet。苏门答腊沿岸风通过增强蒸发，上升流和海洋热平流使SST下降。在发生偶极模态事件的年份里，东南信风向下游延伸，阻断侵入的赤道流，使印度尼西亚被降温过程所控制。由于温跃层变浅，上升流的降温作用将得以增强并更为显著。温跃层变浅表现为观测到的海平面降低。通过海洋动力学有利于建立上述海表风场和温度场之间的耦合模型。西方的变暖是受发生于东半部分事情的影响。转向的信风，通过增加在西印度洋的辐合，使得风速下降、蒸发减弱，有助于海表温度升高。海洋混合作用减弱，因为增加的降水量通过降低盐度而提高了海表水的稳定性。由于东风输送减少，信风转向，温跃层异常加深，海表温度暖异常增加了降水异常，从而增加了其东部的风异常，从而引入了正反馈机制。上述关于偶极子机理的讨论中暗示了温跃层存在跷跷板现象，这基于海平面和年平均海面下温度异常的跷跷板现象。

在这里我们描述了一系列的事件，一旦开始，保持东南热带印度洋降温，西热带印度洋升温，东部的东南信风的强度比正常在北半球夏季和秋季强。在这个阶段，印度洋的海洋-大气系统接近于太平洋和大西洋的海洋-大气系统，且如果北方的不稳定没有在秋季之后迅速消失，大概会达到类似的状态。我们的初步理解表明，气候态的变化是由季节性季风逆转引起的，这些变化导致了IOD事件的消亡。影响不稳定性的主要因素是苏门答腊岛的海表温度比正常偏冷。因为通过赤道海洋动力学实现的输送西部的质量和热量在该区域的热平衡中起重要作用，所以其波动影响海表温度。然而，在北方的秋天之后，直到下一个春天，沿赤道和沿海的弱风削弱了海洋动力学在调节海表温度中的重要性。因此，由赤道动力学引起的质量和热量输送的波动在海表温度波动中起较小的作用。另一方面，增加的太阳辐射（由于太阳作季节性运动）和减少的蒸发（由于风速降低）影响了在该季节该地区海表温度的变化。在这种情况下，在东南热带印度洋，由于作用于薄混合层的云量减少或不存在，高于正常的日照可能通过去除海表温度冷异常而使系统恢复正常。

由于IOD强烈依赖于由季风循环建立的系统的状态，预期季风的可变性将显著影响该模态。我们注意到IOD和季风变异性具有某些共同的特征，如准两年振荡。此外，强季风众所周知的特征是沿赤道东向异常以及在OTCZ中的对流减少。然而，DMI与亚洲季风风暴降水的统计相关性并不显著（图4）。因此，DMI与印度季风变率的关系仍不清楚。然而，很明显的是，偶极子对印度洋周围其他地区的气候变率有重要的影响。表现为印度洋上带状（沃克）环流的减弱或海洋辐合区的移动导致了东非的洪水和印度尼西亚的干旱（图4）。除了在整个海域引起这种局部非常明显的气候变化之外，在IOD事件期间，大气质量和非绝热加热的区域重新分布可能导致这样的事件通过大气遥相关影响印度洋周围的国家，例如北移的太平洋副热带高压偏离菲律宾，造成了1994年远东亚国家夏天异常炎热（参考27,28）。一些大气环流模态试验证明了印度洋海表温度变化对东非降水变率有重要的影响。将需要做进一步的大气和海洋模型的实验，并扩大范围，以了解迄今为止尚未探索的气候变率模态的全部影响。IOD为海-气耦合模型的测试提供了基础。

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