2012年夏赤道东太平洋弱增暖过程分析

谭晶，姜华，黄勇勇，尹朝晖

（国家海洋环境预报中心，北京100081）



2012年夏赤道东太平洋弱增暖过程分析

谭晶，姜华，黄勇勇，尹朝晖

（国家海洋环境预报中心，北京100081）

摘要：利用OISST海表温度资料、GODAS次表层海温资料、TAO实时观测的热带纬向风和海表温度资料分析了2012年夏赤道东太平洋弱增暖过程中赤道太平洋纬向风、赤道太平洋次表层海温及热含量发展的一些特点，并与El Nino事件时期这些要素的发展特点做对比，分析这次增暖过程没有发展成为El Nino事件的原因，为今后的业务预报提供经验。

关键词：海表温度；次表层海温；增暖过程；El Nino；西风爆发；热含量

1　引言

ENSO是地球气候系统中最重要的年际振荡，其表现为海表温度（Sea Surface Temperature，SST）在热带东太平洋冷舌区域大范围变暖的现象。ENSO是热带太平洋上大尺度海-气相互作用的强烈体现，其对全球天气和气候变化具有重要影响，因此受到广泛关注［1，2］。

ENSO的暖位相称为El Nino。El Nino发生发展机理是El Nino研究中很重要的方面，国内外很多学者开展的一系列研究揭示了一些有意义的现象。研究表明：西太平洋暖池（warm pool）位于暖的状态是El Nino事件发生必不可少的条件，只有西太平洋热容量处于异常大的状态时，才有可能发生El Nino事件［3-5］。但是有些年份西太平洋暖池温度足够高，热容量足够大，第二年却不发生El Nino事件，说明西太平洋暖池的偏暖状态是发生El Nino事件的必要条件，还必须要有大气条件的配合，海气必须作为一个系统来考虑。其实，关于El Nino的成因，人们较早就发现它与热带西风异常有关。Wyrtki［6］为此提出西风爆发的概念，认为El Nino是海洋对西风与信风张弛的响应；Rasmusson等［7］发现每次El Nino发生前冬春季西太平洋有西风异常，并激发东传的Kelvin波，导致ElNino发生。Philander认为［8］，大约1—2周左右一定强度的赤道西太平洋西风爆发可引发El Nino，合成分析结果也表明：大范围而稳定的西风异常伴随El Nino从发生至消亡的整个过程［7］。我国科学家在赤道太平洋西风激发El Nino机理方面也做了大量研究。张人禾等［9］在研究赤道东太平洋混合层变厚机制时，强调了首先出现在西太平洋的纬向风应力异常及其东传对El Nino的重要性。张韧［10］应用模糊系统理论这一数学方法检测和证明了1970—1990年期间赤道太平洋西风异常在不同El Nino事件中的触发作用和加强作用。王彰贵等［11］利用1980年以来赤道太平洋西风异常观测资料，并利用POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应。分析表明：赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高，但是El Nino事件能否发生，则与西风异常的位置、强度和东移有关。陈幸荣等［12］利用最近20 a的大气海洋资料，分析了El Nino事件与赤道太平洋西风异常以及赤道太平洋次表层海温之间的关系。杨辉等［13］针对不同持续时间的El Nino事件，进行了大尺度大气环流及其演变的合成分析研究，结果表明对于持续时间较长的El Nino事件，赤道太平洋异常西风维持的时间也较长。薛洪斌等［14］用海洋模式模拟和分析了西风异常对次表层海温异常东传并引发El Nino事件的触发作用。研究表明El Nino与热带太平洋的西风爆发事件（Westerly Wind Burst Event，WWB）紧密相关，当WWB发生时，强烈的西风会拖曳西太平洋暖的海水向东移动，并逐渐向表层抬升，导致赤道东太平洋表层海水增温，最终爆发El Nino。

2012年夏季在赤道东太平洋发生了一次弱增暖过程，赤道东太平洋Nino3区（90°—150°W，5°S—5°N）海温距平指数在夏季的3个月均超过了0.5℃。国内外的一些预测机构从初夏就预测赤道中东太平洋进入El Nino状态，并可能发展成为一次El Nino事件。但事实是这次过程在历经3个月后夭折，仅是一次增暖过程。本文主要从这次过程之前赤道太平洋的纬向风场，过程中次表层海温距平场的变化和热含量场等有关El Nino发生发展的关键要素场的变化来分析这次过程没有发展成El Nino事件的原因。

2　赤道太平洋异常海温变化特征

2.1赤道太平洋月平均海表温度距平变化

为了弄清2012年夏季热带中东太平洋增暖的整个过程，图1给出了热带中东太平洋海表温度距平5—10月逐月变化情况。可看到2012年5月在90°W以东的Nino1+2区首先开始出现了中心强度超过1℃的正海温距平。到2012年6月正距平明显的向西伸展，超过0.5℃的海温正距平的西边界已经达到150°W附近，形成了比较明显的暖舌形态。2012年7月，超过0.5℃的正距平区的西边界向东退缩，但南北方向上有了比较明显的扩展，同时在赤道南美沿岸开始出现了很小范围的负海温距平。2012年8月，赤道东太平洋正海温距平区南北范围较7月明显减小，向西移动，并且一个最明显的变化是正距平中心的强度比7月份明显减小，高于1℃的正距平区变得非常小。2012年9月，除了赤道以南的南美沿岸有高于0.5℃的正海温距平区外，130°W以东的赤道东太平洋区基本没有高于0.5℃的正海温距平区，高于0.5℃的正海温距平区西移到了150°W附近，并且与其西边的赤道以南的正海温距平区连成一片。2012年10月，120°W以东的赤道太平洋完全为负的海温距平控制。从这次增暖过程赤道东太平洋的海温变化看，类似于东部型El Nino事件的增暖形态，增暖首先从Nino1+2区开始，然后增暖区向西移动并发展。但这次增暖持续的时间不长，没有形成一次El Nino事件。从Nino3区的海表温度距平指数来看，2012年5月为0.15℃、6月为0.66℃，7月为0.92℃、8月为0.73℃、9月为0.43℃、10月为0.01℃，超过0.5℃的Nino3区海温距平指数仅仅持续了3个月，而El Nino事件的标准是Nino3区海温距平指数高于0.5℃持续半年或者以上（国家海洋环境预报中心对于El Nino事件的定义）。

2.2赤道太平洋月平均次表层海温距平变化

赤道中东太平洋表层的海温变化与次表层海温的变化是密切相关的，ENSO暖事件或者冷事件发生前，赤道太平洋次表层海温已经开始发生明显的异常变化，并且这种变化伴随着整个ENSO的循环过程，这就是对赤道太平洋次表层海温的监测在ENSO监测和预测中起到极其重要作用的原因。图2是2012年5—10月5°S—5°N太平洋平均温度距平垂直剖面，它反映了对应于图1的次表层异常海温沿赤道的变化。可以看到：2012年5月份沿赤道太平洋次表层暖水主要堆积在赤道西太平洋暖池区，并且一直延伸到140°W附近，其最大异常暖水出现在次表层的100—200 m间，在赤道东太平洋135°W以东100 m以浅的次表层也有高于1℃的暖水，结合该月的表层海温距平，在100°W以东的表层也开始有暖水出现。2012年6月，赤道西太平洋次表层暖水与上月相比非常稳定的维持在原来的位置和深度，但是赤道东太平洋次表层暖水的强度和体积却有了一定的发展。反映在表层海温，5月赤道东太平洋的暖水向西发展，形成了比较明显的暖舌，也正是这个月Nino3区的海温距平指数超过了0.5℃。2012年7月，赤道西太平洋次表层暖水依然稳定少动，且强度变化也不大，但赤道东太平洋次表层暖水继续发展，体积的增大使得其和赤道西太平洋次表层的暖水连成一片，中心强度也有一定增强，达到3℃以上。反映在表层海温上，这个月也是Nino3区海表温度距平指数最大的一月，为0.93℃。8月份，赤道太平洋东、西边的暖水均有一定幅度减弱，西太平洋暖水表现在体积和强度上，而东太平洋暖水主要表现在强度上。到了9月份，140°—160°W的100—200 m处发展起来的冷水将赤道东、西太平洋次表层的暖水阻隔开，使得两边暖水的强度和体积都大幅减小。从表层海温看，9月Nino3区海温距平指数明显下降，已低于0.5℃。10月，冷水向东移动并向表层抬升，使得赤道东太平洋次表层暖水几近消失，而赤道西太平洋暖水基本维持在原地。对应到表层海温上，该月Nino3区海温距平指数为0.01℃，本次弱增暖过程基本宣告结束。

图1 2012年5—10月热带太平洋月平均海表温度距平（图a—f分别为5—10月）

图2 2012年5—10月5°S—5°N太平洋平均温度距平垂直剖面（图a—f分别为5—10月）

3　2012年夏季增暖过程发展受阻原因分析

3.1赤道太平洋纬向风异常的影响

前人的研究得出，El Nino的发生不仅要有海洋条件的配合，即赤道西太平洋暖池区有足够强的暖海水，大气条件的配合也是必不可少的。研究表明：赤道西太平洋的西风爆发并持续东传是El Nino事件爆发的必要条件。图3是用TAO（Tropical Atmosphere Ocean Project）资料得到的2012年赤道太平洋纬向风时间-经度剖面。从图中可以看到，2012年春夏季赤道西太平洋距平西风始终在170°W以西的赤道西太平洋区域，没有发生明显的东传；与此同时，在150°W以东的赤道东太平洋，也有明显的西风异常出现，此西风异常可能是导致赤道东太平洋夏季增暖的主要原因。较长时间持续的西风异常抑制了赤道东太平洋深层冷水的上翻，引起了局地增暖。但是这种局地的西风异常引起的局地增暖在维持时间上不及由于赤道西太平洋西风的爆发东传引起的西太平洋暖池区暖水东移抬升引起的增暖，后者往往能造成El Nino事件，前者由于暖水的维持不足导致持续时间不够长，所以往往只能引起赤道东太平洋局地的较短时间的增暖，而触发不了El Nino事件。

3.2赤道太平洋次表层暖水的影响

由于这次增暖过程中，赤道西太平洋始终没有较强的异常西风爆发及东传，结合次表层暖水来看（见图2），赤道西太平洋次表层暖水一直稳定少动，而El Nino事件中赤道西太平洋次表层暖水常常沿着温跃层向东移动并向表层抬升［12］。从El Nino年合成的赤道太平洋次表层（0—300 m）海温距平时间-经度剖面看（见图4），El Nino事件发生年赤道西太平洋次表层暖水存在明显的东移，引起赤道中东太平洋表层海温增暖，当El Nino事件发生后，西太平洋暖池的次表层往往被温度偏低的冷水所取代。2012年夏季赤道太平洋次表层海温没有这样的变化特征，因此，2012年夏季赤道中东太平洋增暖是由局地的次表层暖水发展引起的。

3.3赤道中东太平洋次表层热含量强度的变化

通过分析2000年后各次El Nino事件发生发展过程中100°—180°W赤道上层（0—300m）热含量随时间的变化可以看到（见图5），El Nino事件时期，赤道中东太平洋次表层均有热含量较强的正异常出现，虽然这几次El Nino事件在历史上只能算是中等或者中等偏弱的事件，但热含量的峰值也会超过1℃；而2012年的增暖事件中，赤道中东太平洋次表层热含量正异常较小，峰值在1℃以下，说明此次过程中，由于赤道中东太平洋增暖是由局地西风异常抑制冷水上翻而引起，所以次表层暖水无论强度和体积都无法与El Nino事件相比。

图3 2°S—2°N平均赤道太平洋纬向风时间随经度剖面的变化

图4 El Nino年（1982、1986、1991、1997、2002、2006、2009年）合成的赤道太平洋（5°S—5°N）0—300 m

4　结论

2012年夏季在赤道中东太平洋出现了一次增暖过程，通过分析本次增暖过程中赤道太平洋纬向风、次表层海温和热含量等要素异常变化特点，并与El Nino事件年这些要素的发展特点进行比较分析，得出了这次增暖过程没有发展成为El Nino事件的原因。主要结论如下：

（1）本次增暖过程发生前赤道西太平洋没有明显的西风爆发并东传的过程，而El Nino事件的爆发往往需要持续的西风爆发并东传。赤道东太平洋表层海温的增暖是由于赤道东太平洋局地西风引起；

图5厄尔尼诺事件和2012年增暖事件赤道中东太平洋次表层热含量对比

（2）在El Nino年，赤道西太平洋西风爆发并东传，在此影响下，赤道西太平洋次表层暖水沿温跃层东移并抬升，使得赤道东太平洋表层海温增暖，在El Nino事件发生后，赤道西太平洋次表层往往为低于常年海温的较冷海水所控制，而2012年夏季增暖过程中西太平洋次表层暖水一直稳定少动，增暖是由于赤道东太平洋次表层自身暖水发展的结果；（3）El Nino事件年，在赤道中东太平洋次表层会出现较强的热含量正距平，峰值一般在1℃以上，而2012年增暖过程赤道中东太平洋次表层热含量正异常强度偏小，峰值小于1℃，说明赤道东太平洋次表层暖水的强度和体积均无法与El Nino事件年相比。

参考文献：

［1］Wallace J M，Rasmusson E M，Mitchell T P，et al.On the Structure and Evolution of ENSO-Related Climate Variability in the Tropical Pacific:Lessons from TOGA［J］.Journal of Geophysical Research: Oceans（1978-2012），1998，103（C7）:14241-14259.

［2］高辉，王永光.ENSO对中国夏季降水可预测性变化的研究［J］.气象学报，2007，65（1）:131-137.

［3］McCreary Jr J P，Anderson D L T.A Simple Model of El Nino and the Southern Oscillation［J］.Monthly Weather Review，1984，112 （5）:934-946.

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［11］王彰贵，邢如楠，陈幸荣.赤道太平洋西风异常与El Niño的关系［J］.大气科学，2004，28（3）:441-454.

［12］陈幸荣，王彰贵.西风爆发、次表层暖水东移与厄尔尼诺现象［J］.海洋学报，2003，25（1）:19-27.

［13］杨辉，李崇银.厄尔尼诺持续时间与大气环流异常形势［J］.地球物理学报，2005，48（4）:780-788.

［14］薛洪斌，张铭，王业桂.热带太平洋地区风场异常和与El Niño有关的年际变化［J］.气候与环境研究，2006，11（4）:457-469.

中图分类号：P731.11

文献标识码：A

文章编号：1003-0239（2016）02-0001-07

DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2016.02.001

收稿日期：2015-02-09

基金项目：国家自然科学基金（41376020）

作者简介：谭晶（1979-），女，高级工程师，硕士，主要从事厄尔尼诺及中国气候的预测与研究。E-mail:tj@nmefc.gov.cn

Analysis of weak warming process in the equatorial eastern Pacific during the summer of 2012

TAN Jing，JIANG Hua，HUANG Yong-yong，YIN Zhao-hui
（National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081 China）

Abstract：Based on OISST data，GODAS subsurface temperature data，the temperature and wind data from tropical atmosphere ocean project dataset，the reasons why the weak warming process in the equatorial eastern Pacific during the summer of 2012 can not develop El Nino event was discussed by analyzing the equatorial Pacific zonal wind，subsurface equatorial Pacific SST and thermal content in the warming process and comparing with the characteristics of the development of El Nino event.It can be the reference for the forecast in the future.

Key words：sea surface temperature；subsurface temperature；warming process；El Nino；west wind burst；thermal content