为什么有些La Nina事件发生之后总是紧跟着另一个La Nina事件外文翻译资料

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为什么有些La Nina事件发生之后总是紧跟着另一个La Nina事件

摘要：本文研究了为什么有些La Nina事件之后总是跟着另一个La Nina事件而有些则不是这样。我们提出了两个导致一个La Nina事件延续的先决条件。首先该La Nina必须要是一个强大的事件（一个主要La Nina），这确保了在东太平洋边界反射的罗斯贝波信号有一个在赤道以外地区向西传播的洋面温度异常偏低。这种赤道外的海温异常偏冷可能不利于赤道加温充电过程，因此，可能有利于海洋水面以下温度持续异常偏冷，并且阻碍了东太平洋由La Nina事件过渡到El Nino事件。另一个前提是在一个主要La Nina事件相位衰减的过程中是否存在向东传播的下涌Kelvin波。向东传播的下涌Kelvin波可能会导致一种后续La Nina的衰亡趋势。赤道Kelvin波活动与赤道偏西太平洋地区的表面风的波动有紧密联系。分析表明，赤道远西太平洋的表面风和赤道太平洋地区的热量补给/释放都是紧随其后的La Nina事件发生或不发生的标志。

1介绍：

作为热带气候系统的主要季节性和年际性变化模式，厄尔尼诺和南方涛动对全球天气变化和气候异常有着重要的影响。有趣的是，El Nino和La Nina及其全球影响在许多方面并不对称。比如，El Nino和La Nina的热带海温异常在量级和程度，其经向延伸，纬向相位传播，以及相关的大气响应和遥相关模式等都是不对称的。与El Nino和La Nina事件相关的时间演化也不对称。Kessler2002年在自己的报告中说，自La Nina向El Nino的过渡有时会明显中断，从而违背了ENSO作为一个循环的概念。据统计，在成熟期之后，厄尔尼诺现象在明年夏天会趋于迅速衰退，但La Nina事件通常持续到次年，有时在随后的冬季再次出现，连续几年发生两次甚至多次。因此，作为“ENSO循环”的概念，一些紧随着La Nina之后出现的是另一个La Nina而不是El Nino。有人试图解释El Nino与La Nina之间时间演变的不对称性。Ohba和Ueda认为，造成这种不对称结果的原因是大气对海平面温度的非线性响应，这源于气候性SST及其季节周期的分布。冬季末东太平洋西风异常的大气对El Nino的响应迅速减弱，通过产生向东传播的上升流海洋开尔文波，导致温跃层的调整。然而，东太平洋东部东风异常在冷周期持续到随后的春季并且缺乏地面风强迫的快速变化的条件下，La Nina SSTA继续存在。除了El Nino和La Nina的不对称大气响应是其时间演变不对称的原因外，印度洋的影响也被提议作为一个候选机制。在这个假设中，厄尔尼诺期间对流异常的东 移使赤道西太平洋的地面风受到来自印度洋的远距离强迫的影响，从而更快地结束了太平洋暖事件。

在过去十年中，通过所有以前的工作取得的成果，人们在了解ENSO循环机制方面取得了重大进展。然而，在最新的耦合大气环流模型中，对ENSO循环不同方面的实时预测仍然存在极大的挑战。例如，除了少数一些模型以外，大多数ENSO预测模型无法预测2011-2012年后续出现的La Nina事件。缺乏预测后续La Nina事件的技能与观测证据相一致，即在La Nina衰变阶段，赤道太平洋的热量补给不充沛，赤道热含量不再使ENSO循环向前推进。

ENSO循环期间赤道热含量的补给/释放反映了赤道与赤道外海洋之间的海洋热性交换。在厄尔尼诺现象中，赤道热含量的释放会导致从赤道向赤道外的热量传输。这种热量释放不仅导致了暖事件的终止，而且导致了一个比正常的温跃层更浅的温度跃层。通过平均上升流引起的洋面以下的过冷海温异常垂直平流（温跃层反馈）和平均异常西向纬向流引起的海平面温度纬向环流（纬向平流反馈），产生了La Nina事件发生条件。相反的情况发生在La Nina中，将赤道海洋条件恢复到El Nino的发生条件。这种热量的补给和释放过程使耦合海洋大气系统在年际尺度上振荡。有补给释放过程的详细情况，见Jin(1997)、Wang(2001)、Clarke等人。

根据这种补给释放机理(以及其它提出的ENSO机制，如延迟振荡机理等)，ENSO被认为是El Nino和La Nina条件之间的循环振荡。然而，第二年La Nina事件频繁发生的观测证据与这些理论所揭示的循环行为是矛盾的，其物理机制尚未被充分解释。例如，1999-2000年，2007-2008年和2010-2011年的La Nina，在第二年总是跟随着强度相对较弱的La Nina事件（图二图三），而1988-89 的La Nina则没有(图1)。通过考察和比较其后是否有另一个La Nina 事件紧随其后的不同La Nina事件的差异，可以加深我们对ENSO行为的认识，最终提高我们的预测能力，这也是本文研究的重点。

图1 a 1982年1月至1992年12月，b 1993年1月至2003年12月，c 2004年1月至2013年4月期间2°S-2°N之间随时间和经度变化的月平均海温异常的平均值。单位是°C。

本文利用观测资料，结合La Nina事件的演变，分析了热带太平洋地区海洋异常的演变过程，以及热带西太平洋热带对流和地面风的影响，试图了解其后紧跟着另一个La Nina事件的La Nina事件与单独的只有一个的La Nina事件之间的差异。论文的其余组成部分如下：我们在第2节介绍了工作中所使用的数据，在第3节展示了所得到的结果，随后在第4节中进行了总结和讨论。

2数据：

海洋表面与300米之间的月平均热含量(HC 300)、20℃等温线对应的月平均和五天平均深度、 等月平均表面风应力、海温和海流以及候平均表面风应力和海温来自全球海洋数据同化系统(GODAS)。我们还分析了月平均暖水量(WWV指数)，定义为120°E-80°W、5°S-5°N的平均D20。为了测量海洋Kelvin波的活动，我们采用了一个海洋Kelvin波指数，该指数被定义为GODAS五天平均海温异常在一个扩展经验正交函数(EEOF)的第一模式的标准化投影。EEOF是在135.5°E-94.5°W之间的赤道上300米处用OTA计算的，每14个相邻的五天平均数据来自GODAS。使用EEOF和OTA来定义海洋开尔文波指数的方法与Seo和Xue的D20方法相似。该指数被用于常规监测国家海洋和大气管理局气候预报中心(Cpc)赤道海洋开尔文波的活动。我们还利用基于观测的分析版本2的最优插值(OIv 2)月平均海温和输出长波辐射(OLR)(利伯曼和史密斯，1996年)，两者都在2.5°，92.5°网格处。所有月平均数据为1982年1月至2013年4月的OIv 2 SST数据和1979年1月至2013年4月的GODAS和OLR数据，以及2011年1月3日至12月29日的五个月平均数据。这些气候数据是利用1982年1月至2011年12月的月平均数据和1982-2004年的五月平均数据谐波分析来计算的。

3结果：

3.1 SSTA演化过程与La Nina事件相关

由于OIv 2 SST和GODAS数据的可得性，我们重点研究了1982年1月以后的La Nina事件。首先，我们注意到，与通常在北方冬季有一个单峰的厄尔尼诺不同，La Nina事件在演化过程中通常有多个峰值，并延伸到赤道SSTA所描述的一年以上(图1)。例如，在1983-1986年、1995-1997年、1998-2001年、2007-2009年和2010-2012年的La Nina事件出现多个峰值，但在1982年1月至2013年4月期间几乎所有厄尔尼诺事件都没有出现多个高峰。El Nino和La Nina事件之间海温异常演化的这一不对称特征在以前的文献中已经被注意到。

表1 Nino3.4区的海温异常平均出现在峰值年份以及之后哪一年的12月、1月和2月(DJF)。Nino3.4区的SSTA来源于NOAA的CPC。

图2 a 1988年1月至1990年4月、b 1999年1月至2001年4月、c 2007年1月至2009年4月和d 2010年1月至2012年4月的月平均Nino3.4指数。该指数被定义为以5°S-5°N，170°W-120°W区域的SSTA平均值。

从图1和表1中，我们还注意到，虽然对于某些La Nina来说有时Nintilde;o3.4SST在第二年会超过正常值，但对于大多数La Nina来说，它仍然低于正常值但振幅降低。1982年1月以后，在Nino3.4区出现了4个月平均海温异常平均大于1.0°C的强La Nina事件(图2，表1)：1988-1989、1999-2000、2007-2008和2010-2011年，并且除1988-1989年外，其余三个强La Nina事件均为多年事件。为了区分多年事件中的峰值，我们将第一年的La Nina称为主峰，后续的La Nina称作后峰。当Nino3.4区的月平均海温平均振幅小于1.0°C时，还会有其他一些La Nina事件，这些事件也与诸如1984-1986年和1995-1997年这样的反SSTA的延长期有关(图1，表1)。对于这些事件，Nino3.4区在第二峰时的海温异常没有达到-0.5°C，而且它们还没有被归类为一个符合CPC定义的多年的La Nina事件。因此，分析表明，一个La Nina事件本身的强大是该La Nina成为一个多年La Nina事件的必要的(但不是充分的)先决条件。与决定一个拉尼娜事件之后是否跟有另一个拉尼娜事件相关的物理过程上的差异将在随后被讨论。

图3 a 1988-1990年、b 1999-2001年、c 2007-2009年和d 010-2012年期间太平洋1°S到1°N(顶部和底部面板)和4°-6°N(中间面板)的每月平均HC 300异常值。一个11个月的高通滤波器被用于抑制年际和较长时间尺度的变化。

3.2热含量异常的传播和补给/释放过程

La Nina本身的强度与其随后的La Nina的出现之间存在联系，这可能是因为强烈的La Nina很可能在海洋东边界反射并以Rossby波的形式向西传播，从而确保与之相关的赤道外海洋热异常强。较强的西向传播异常有较好机会维持其性质，并出现可能对赤道热含量的补给产生不利影响的赤道外冷海温异常，从而导致次年冷海温异常的持续存在。

这一推测被四个主要的La Nina事件的HC 300异常演化所证实(图3)。可以看到，所有主要的La Nina事件都伴随着赤道沿线显著的负HC 300异常，这里讨论了这一事件(图3的顶部面板)。此外，它们沿赤道向东的传播或扩展在所有四个事件中都十分明显。沿赤道向东传播的负HC 300异常在北半球冬季(图3的顶部)到达主要的La Nina事件的峰值(图2)所在的大洋东边界，这也是补给过程的峰值(图4中的阴影)。随后，沿4°-6°N（图3的中面板）和4°-6°S(未显示)的Rossby波，将海洋东边界的负HC 300异常反映为Rossby波，并在La Nina第一次高峰后的春季和夏季向西传播到中太平洋。

图4与图2相同，但显示的是月平均WWV指数(曲线)及其趋势(阴影)。左边的y轴代表WWV，右边的代表WWV的趋势。指数的单位是m，趋势是m/月

这里，根据赤道外HC 300异常传播，选择两个纬度带(4°-6°N和4°-6°S)。同时，赤道太平洋的补给停止，在春季末至初秋期间被释放所取代，显示出WWV异常的负向趋势(图4中的阴影)。因此，沿赤道向西传播负HC 300异常(图3中面板)可能会中断与主要La Nina峰相关的补给过程。

补给过程通过与赤道中太平洋东风异常相关的输送的经向辐合建立赤道暖水系统，从而向El Nino过渡。然而，对于强La Nina事件，峰值结束后的春季补给过程会终止，这可能是由于反射和向西传播的沿赤道外的HC 300负异常导致了次表层海洋的海水温度相对于赤道上较冷。这种补给过程的减弱可能会阻止在主要的La Nina事件顺利过渡到厄尔尼诺事件。相反，对于厄尔尼诺事件，赤道放电过程将热量从赤道输送到赤道外(金，1997年)。赤道向极地的热输送反映了赤道对赤道外海洋的影响，与La Nina的情况恰好相反。这种差异可能意味着赤道偏西。这一差异可能意味着，由于海洋东部边界反射而引起的赤道外向西的传播信号对后续的La Nina事件的发生起着重要的作用，但对后续厄尔尼诺事件的发生没有这种作用

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