为什么2015/2016和1997/1998极端厄尔尼诺现象会有所不同？外文翻译资料

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Geophysical Research Letters

RESEARCH LETTER 10.1002/2016GL071515

Key Points:

bull; The 1997/1998 event is the strongest

EPEl Nintilde;o, while the 2015/2016 event is the strongest mixed EPand CP

El Nintilde;o ever recorded

bull; The two events exhibit subtle

differences in their equatorial SST evolution that reflects fundamental differences in the underlying dynamics

bull; The SSTdifferences led to large

differences in tropical convection, resulting in different impactson North American climate

Supporting Information:

bull; Supporting Information S1

Correspondence to:

H. Paek,

paekh@uci.edu

Citation:

Paek, H., J.-Y. Yu, and C. Qian (2017), Why were the 2015/2016 and 1997/1998 extreme El Nintilde;os different?, Geophys. Res. Lett., 44, 1848–1856, doi:10.1002/2016GL071515.

Received 10 OCT 2016

Accepted 6 FEB2017

Accepted article online 8 FEB2017 Published online 18 FEB2017

copy;2017. American Geophysical Union. All Rights Reserved.

Why were the 2015/2016 and 1997/1998 extreme

El Nintilde;os different?

Houk Paek¹ , Jin-Yi Yu¹ , and Chengcheng Qian2

1Department of Earth System Science, University of California, Irvine, California, USA, ²Department of Marine Technology, College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao, China

Abstract Subtle but important differencesare identified between the 1997/1998 and 2015/2016 extreme El Nintilde;osthat reflect fundamental differencesin their underlying dynamics. The 1997/1998 event isfound

to evolve following the eastern Pacific El Nintilde;o dynamicsthat relieson basin-wide thermocline variations, whereasthe 2015/2016 event involvesadditionally the central Pacific (CP) El Nintilde;o dynamicsthat depends on subtropical forcing. The stronger CPdynamicsduring the 2015/2016 event resulted in itssea surface temperature(SST)anomalieslingering around theInternational DateLineduring thedecaying phase,which is in contrast to theretreat of theanomaliestoward theSouth American Coast during thedecaying phaseof the 1997/1998 event. The different SSTevolution excited different wave trainsresulting in the western U.S. not receiving thesameabove-normal rainfall during the2015/2016 El Nintilde;o asit did during the1997/1998El Nintilde;o. Ensemble model experimentsare conducted to confirm the different climate impactsof the two El Nintilde;os.

1. Introduction

Therecent 2015/2016El Nintilde;o isoneof thestrongest eventsever recorded and hasbeen generally considered

to be similar and comparable to another extreme event—the 1997/1998 El Nintilde;o. The strengthsof these two extreme eventsare comparable with their maximum seasurface temperature (SST) anomaliesboth reaching

about 3.5°C. Their evolution is also seemingly similar, as during both events SST anomalies spread mainly

from theSouth American Coast toward theInternational DateLineduring their developing stagesthat began in late boreal spring (Figures 1a and 1b). However, the two events began to differ from each other in their decaying phases, during which SST anomalies retracted to the South American Coast beginning in January

1998 for the 1997/1998 event but stayed in the equatorial central Pacific from late winter to spring of 2016

for the 2015/2016 event. This difference indicates that the underlying dynamics of these two events may not be the same.

Although each El Nintilde;o–Southern Oscillation (ENSO) event is unique, recent studies have broadly classified

them into two different types: one hasits most prominent equatorial Pacific SSTanomaliesextending west- ward from the South American Coast and the other has its most prominent SSTanomalies confined around the International Date Line or extending toward eastern Pacific [Larkin and Harrison, 2005; Yu and Kao, 2007; Ashok et al., 2007; Kao and Yu, 2009; Kug et al., 2009]. These two types are now, respectively, referred to as theeastern Pacific(EP)ENSOand central Pacific(CP)ENSO[Yu and Kao,2007;Kao and Yu,2009] to emphasize the different locationsof their SSTanomalies.The EPENSOhasbeen suggested to be generated by the tradi- tional ENSOdynamicswith SSTanomaliesin theequatorial eastern Pacificbeing controlled bythethermocline

feedback[e.g.,Wyrtki,1975;SuarezandSchopf,1988;Battisti andHirst,1989;Jin,1997],whereasthegeneration

mechanism of CPENSOhasbeen suggested to belesssensitiveto thethermoclinevariationsbut involvesthe zonal advective feedback [Kug et al., 2009; Yu et al., 2010; Capotondi, 2013] and forcing from the subtropical

atmosphere. The subtropical atmospheric fluctuations, particularly those associated with the North Pacific

Oscillation (NPO) [Walker and Bliss, 1932; Rogers, 1981], can first induce positive SST anomalies off Baja Californiaduring boreal winter[e.g.,Vimont et al.,2003;Changet al.,2007;YuandKim,2011],which thenspread

southwestward in the following seasonsthrough subtropical atmosphere-ocean coupling—assuming a pat-

tern similar to theso-called PacificMeridional Mode(PMM)[ChiangandVimont,2004]—and reach thetropical central Pacific to give rise to aCPtype of El Nintilde;o [Yu et al.,2010,2012a,2015;Kim et al.,2012;Lin et al.,2015].

During the most recent two decades, the CPtype of El Nintilde;o not only emerged more frequently [Ashok et al., 2007; Kao and Yu, 2009; Kug et al., 2009] but also intensified [Lee and McPhaden, 2010]. Most of the El Nintilde;o events that have occurred so far in the 21st century were of the CPtype [Lee and McPhaden, 2010; Yu et al.,

PAEKETAL. CONTRASTING1997/1998 AND 2015/2016 EL NINtilde;OS 1848

Geophysical Research Letters 10.1002/2016GL071515

Figure 1. The evolution of equatorial SSTanomaliesaveraged over 5°S–5°N for (a) the 1997/1998 event,(b) the 2015/2016 event,and (c) their difference.Thegreen crossesindicatelocal maxima.(d–f)As in Figures1a–1cbut for thesurfacewesterly wind (Usfc) ano

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为什么2015/2016和1997/1998极端厄尔尼诺现象会有所不同？

Houk Paek , Jn-Y Yu , and Chengcheng Qan

1Department of Earth System Scence, Unversty of Calforna, rvne, Calforna, USA, 2Department of Marne Technology, College of nformaton Scence and Engneerng, Ocean Unversty of Chna, Qngdao, Chna

摘要：

1997/1998年和2015/2016年极端厄尔尼诺现象之间存在微妙但重要的差异，并反映了其动力学的基本差异。1997/1998年厄尔尼诺事件被发现是随着东太平洋厄尔尼诺的动力条件发展的，这种动力学机制依赖于海洋范围的温跃层变化。2015/2016年涉及的中央太平洋厄尔尼诺现象依赖于亚热带强迫。 2015/2016事件期间更强的中央太平洋型变化导致其海洋表面温度异常在国际日期周期中徘徊在衰退阶段，这与1997/1998年事件发生期间南美洲海岸的气候变化相反。不同的海表面温度演变激发了美国西部地区不同的波列，这些波列在2015/2016年厄尔尼诺现象期间没有像1997/1998年的厄尔尼诺那样接收到相同的正常降雨量。进行了集合模型试验，以确定两个厄尔尼诺现象的不同气候影响。

1、引言

最近的2015/2016年度厄尔尼诺是有史以来最强劲的事件之一，并且一般被认为与另一个极端事件 - 1997/1998年厄尔尼诺现象相似且相当。 这两个极端事件的强度与其最大海面温度（海表面温度）异常相当，均达到约3.5℃。 它们的演变似乎也很相似，因为在这两个事件中，海表面温度异常主要从南美海岸向国际日期延伸，发育阶段开始于北方春末（图1a和1b）。 然而，这两个事件在衰退阶段开始有所不同，其中海表面温度异常在1997/1998事件中从1998年1月开始中缩回到南美洲海岸，而在2015/2016事件中从2015冬末到2016年春季是留在赤道中部太平洋。这种差异表明这两个事件的潜在动态可能不一样。

虽然每次厄尔尼诺 - 南方涛动事件都是独一无二的，但最近的研究大致将它们划分为两种不同类型：一种具有最突出的从西南海岸向西延伸的赤道太平洋海温异常，另一种具有最突出的在国际日期变更线附近或向太平洋东部延伸的海温异常 （Larkn and Harrson，2005; Yu和Kao，2007; Ashok等，2007; Kao和Yu，2009; Kug等，2009）。这两这两种类型现在分别被称为东太平洋厄尔尼诺 - 南方涛动事件和中央太平洋厄尔尼诺 - 南方涛动事件（Yu and Kao,2007;Kao and Yu,2009），以强调不同位置的海表面温度异常.东太平洋 厄尔尼诺 - 南方涛动事件被认为是由传统的厄尔尼诺 - 南方涛动事件动力学机制产生的，而赤道东太平洋的海表面温度异常由温跃层控制反馈（例如，Wyrtk，1975; SuarezandSchopf，1988; Battst和Hrst，1989; Jn，1997）而中央太平洋型 厄尔尼诺 - 南方涛动事件的生成机制被认为对温跃层变化不太敏感，但牵连 （Kug等，2009; Yu等，2010; Capotond，2013）并强迫来自亚热带大气层的带状平流反馈。亚热带大气波动，特别是与北太平洋相关的波动振荡（Walker and Blss，1932; Rogers，1981），首先可以诱发积极的海表面温度在寒冬期间下加利福尼亚州的异常（例如，Vmont等，2003; Chang等，2007; YuandKm，2011），然后在接下来的季节中通过亚热带大气- 海洋耦合-类似于所谓的太平洋经济模式假设向西南方向传播（ChangandVmont，2004） - 并且到达热带中部太平洋地区产生中央太平洋型类型的厄尔尼诺现象（Yu等，2010,2012a，2015; Km 等 ，2012; Ln等，2015）。

在最近的二十年中，厄尔尼诺现象的中央太平洋型型不仅更频繁地出现（Ashok等，2007; Kao和Yu，2009; Kug 等，2009），而且也加强了（Lee和McPhaden，2010）。 到目前为止，21世纪发生的大多数厄尔尼诺现象都属于中央太平洋型型（Lee and Mcphaden，2010; Yu等，2012b，2015）。然而，最新的2015/2016厄尔尼诺现象似乎是常规的东太平洋类型，它似乎打破了中央太平洋型型厄尔尼诺现象发生频率增加的趋势。这里我们将使用两种厄尔尼诺 - 南方涛动事件的视图来表明趋势没有被打破。2015/2016厄尔尼诺实际上不是纯粹的东太平洋类型，而是东太平洋和中央太平洋型类型的混合，这使得它与1997/1998年的厄尔尼诺现象不同，后者更像是纯东太平洋类型。厄尔尼诺现象类型在这两个事件之间的差异是这两个可比极端事件对北美气候的影响不同的可能原因之一。

图1. 赤道海表面温度异常的平均变化超过5°S-5°N（a）1997/1998事件，（b）2015/2016事件，（c）它们的差异，绿色交叉指示局部最大值。（d -f）如图1a-1c所示为西风（Usfc）的异常。

2、数据和指数

在本研究中，观察/再分析产品使用如下：（1）国家海洋和大气管理局扩展重建海面温度数据集（Smth等, 2008）,（2）国家环境预测中心/国家大气研究中心再分析数据集（Kalnay 等，1996），（3）NOAA的沉淀重建数据集（Chen等，2002），（4）东太平洋全球海洋数据同化系统再分析数据集（Saha等，2006）。所有数据集均从www.esrl.noaa.gov/psd/下载。我们分析了1961 - 2016年期间的月度数据（1981 - 2016年期间可用的数据集除外），并通过去除1981 - 2010年期间的平均季节环流来计算异常。当我们用气候预测中心的降水数据合并分析资料（XeandArkn，1997）、哈得莱中心的海洋、海洋温度数据集（Rayner等，2003）和欧洲中期天气预报中心重复相同的分析时，我们得到了类似的结果（未给出）。

我们还在分析中使用了几个气候指数。为了区分东太平洋和中央太平洋型厄尔尼诺 - 南方涛动事件，我们首先消除了回归到厄尔尼诺4指数的海表面温度异常（海表面温度异常平均超过5°S-5°N，160°E-150°W;即表示中央太平洋型厄尔尼诺 - 南方涛动事件影响的异常）或来自厄尔尼诺1 2的原始海表面温度异常的指数（10°S-0°，80°-90°W;即表示影响东太平洋 厄尔尼诺 - 南方涛动事件的异常）。在赤道太平洋移除了厄尔尼诺4 海表面温度异常的正交经验函数主成分被称为东太平洋指数（东太平洋）而移除了厄尔尼诺1 2 海表面温度异常的被称为中央太平洋型指数（中央太平洋型）。为了量化亚热带大气压强， 北太平洋相关的波动振荡指数为北太平洋（20°-60°N，120°E-80°W）海平面气压异常的EOF分析的第二个主成分。为了量化亚热带太平洋大气 - 海洋耦合的强度， 太平洋经济模式假设指数为东太平洋（20°S-30°N，175°E-95°W）海表面温度与表面纬向和经向风异常之间的交叉协方差的奇异值分解分析的主成分。 在奇异值分解分析之前，我们从原始海表面温度和风异常中减去冷池指数海表面温度异常平均超过6°S-6°N，180°-90°W）的回归，以消除的厄尔尼诺 - 南方涛动事件影响。两个主要的主成分分别称为太平洋经济模式假设海表面温度指数和太平洋经济模式假设风指数。

3、结果

3.1对比1997/1998和2015/2016厄尔尼诺事件

如上所述，1997/1998年厄尔尼诺现象（图1a）的异常首次出现在1997年5月的南美海岸外部，并在后来的发展阶段向西扩散，在1997年11月达到峰值强度，并在1998年退回到北方春季衰变阶段的海岸。这种演变与厄尔尼诺现象的典型东太平洋类型相吻合（Kao and Yu，2009）。在2015/2016年厄尔尼诺现象期间（图1b），正海表面温度的异常现象首先出现在2015年南美洲海岸的春季，然后在2015年11月活动的发展阶段中向西延伸并达到强度的顶峰。冷池指数的峰值在两个事件中均超过了的三个​​标准差。具体而言，冷池指数在1997/1998事件中达到了2.3°C的峰值，在2015/2016事件中达到了2.2°C。因此，这两个事件被认为是两个最强的厄尔尼诺事件记录(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml)被同时称为“非常强大”或“极端”的厄尔尼诺事件。然而，2015/2016事件期间最大的海表面温度异常与1997/1998事件时期相比向西移位（图1c）。在衰变阶段，这种差异特别大。与向西流动的海表面温度异常具有相同表现的是，2015/2016年事件期间的西风异常被限制在西经120°W（图1e）而1997/1998事件则与其相反，它期间的西风异常（图1d）在赤道太平洋大部分地区盛行（大约从150°E到90°W），这与西风异常的东太平洋厄尔尼诺典型模式一致 （Kao and Yu，2009）。西风期间西风异常的峰值2015/2016事件（2.6米1 1）比1997/1998事件（3.5米1 1）小约35％（图1f）。

海表面温度异常的位置表明2015/2016事件可能包含比1997/1998事件更强的空间模式和中央太平洋型类型厄尔尼诺现象的演变。为了检验这种可能性，我们比较了这两个事件的冷池指数，东太平洋和中央太平洋型（图2a和2b）。这两个事件的冷池指数演变是相似的：在厄尔尼诺年北方的春天冷池指数开始增加到更大的正值，并在冬季达到峰值，并在下一年的春天衰退。根据冷池指数，2015/2016年的活动类似于1997/1998年的活动。然而，东太平洋和中央太平洋型描绘了一幅截然不同的画面。在1997/1998事件期间（图2a），东太平洋从1996年北方冬季的负值转换到1997年春末的正值，在1997年12月达到峰值，并保持高正值到下一个春天，而整个事件中的中央太平洋型值都很小。很明显，在整个1997/1998年的事件中，东太平洋主导着中央太平洋型。因此，该事件应被视为纯粹的厄尔尼诺现象。 2015/2016事件期间东太平洋的演变（图2b）与1997/1998事件的演变类似，不同之处在于2015/2016事件的幅度较小且衰减得更快。然而，中央太平洋型在整个2015/2016事件中显示出巨大的正值，这在1997/1998年的事件中是没有的。在2015/2016活动的高峰期，东太平洋和中央太平洋型值具有可比性（分别为1.7和2.0）。该分析表明2015/2016事件不是纯粹的厄尔尼诺现象，而是东太平洋和中央太平洋型类型厄尔尼诺现象的平等混合。根据东太平洋和中央太平洋型的值，2015/2016年的事件在2015年10月之后由中央太平洋型厄尔尼诺动态主导，这可能是其海表面温度演变在其衰退阶段与1997/1998年事件明显不同的原因。

图2.关于（a）1997/1998事件的和（b）2015/2016活动的三个指数的演变即冷池指数（代表厄尔尼诺 - 南方涛动事件），东太平洋（代表东太平洋厄尔尼诺 - 南方涛动事件），以及中央太平洋型（代表中央太平洋型厄尔尼诺 - 南方涛动事件）

通过检查自1960年以来观察到的18个厄尔尼诺事件的指数（支持信息中的图S1），我们发现2015/2016事件是有史以来最强的厄尔尼诺现象，而1997/1998年的事件是最强的纯东太平洋类型的厄尔尼诺现象。我们的分析还发现2009/2010年的事件是厄尔尼诺现象最强的纯中央太平洋型类型。 为了确保我们对1997/1998和2015/2016厄尔尼诺事件类型的识别不是由于使用了东太平洋和中央太平洋型指数，我们还使用了Takahash等人所定义的指数。 （2011）用于对两种类型的厄尔尼诺进行分类并发现了类似的结果（未给出）。

3.2 1997/1998和2015/2016厄尔尼诺事件的动力学基础

如上所述，东太平洋 厄尔尼诺的动力学特征最好通过沿赤道太平洋传播的温跃层变化来表示。 1997/1998事件（图3a）的特点是温跃层异常是在全流域强烈地扩散，其中正向异常在其发展阶段从热带西部向太平洋东部传播，在其高峰期强化，随后是负异常在其衰退阶段从西太平洋传播。该分析表明，传统的延迟振荡器机制（Suarez和Schopf，1988）在1997/1998事件期间正在发挥作用。2015/2016事件期间的温跃层异常比1997/1998事件期间的温跃层异常（图3b）要弱得多，尽管这两个事件具有可比较的海表面温度异常。在北方夏季，温跃层异常（平均超过120°E-90°W）的最大值在1997/1998事件中为14.3米，而在2015/2016事件中仅为4.6米。在2015/2016年事件期间，东太平洋厄尔尼诺动态显然比1997/1998年事件期间弱。

图3.赤道20°C等温线高度（D20;代表温跃层）在5°S-5°N平均值的演变，代表了（a）1997/1998事件和（ b）2015/2016活动的东太平洋厄尔尼诺动力学特征。 北太平洋相关的波动振荡和太平洋经济模式假设指数 - 代表中央太平洋型 厄尔尼诺动力学特征- （c）1997/1998事件和（d）2015/2016事件

中央太平洋型厄尔尼诺现象的发生与亚热带大气强迫有关，与北太平洋相关的波动振荡的负相关相关（例如，Yu和Km，2011）和亚热带太平洋的耦合与太平洋经济模式假设相关（Vmont等，2003） ; Chang等，2007）。在1997/1998事件期间（图3c），在事件发生

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