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厄尔尼诺-南方涛动、热带季节震荡和大西洋地区热带气旋迅速增强

Philip J. Klotzbach

2012年2月29日2012年5月4日修订;2012年6月7日2012年7月17日出版。

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和热带季节震荡(MJO)都已被证明影响大西洋地区热带气旋(TC)的活动

通过大范围的变化，如垂直风切变、中层水汽、海平面压力和海面温度。大西洋热带气旋活动已被证明，当热带太平洋出现拉尼娜现象时，活动增强，而当厄尔尼诺现象发生时，活动减弱。大西洋热带气旋活动在MJO对流活动阶段在非洲和西印度洋上空(位相1-2)，台风活动在热带太平洋上空(位相6-7)受到抑制。这些关系被证明延伸到大西洋地区快速增强(RI)事件(通常定义为每24小时增强30海里)在拉尼娜年发生的RI事件几乎是厄尔尼诺年的三倍。此外，大约四倍以上的RI发作发生在何时MJO在位相1-2中超过一个标准差，而在位相6-7中超过一个标准差。在1-2位相形成风暴的可能性是2倍在它们的一生中经历至少一次快速加强过程，作为风暴在6-7位相形成。如果把MJO和ENSO结合起来考虑，两者联系将更密切。

1. 介绍

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是影响全球天气和气候的大气/海洋耦合变化的一种大规模模式[Rasmusson and Carpenter, 1982]。ENSO对全球热带气旋(TC)活动具有显著影响[Camargo et al.， 2007]，其对季节性大西洋地区TC活动以及美国飓风登陆的显著影响已在大量研究中被注意到[例如,灰色,1984;Bove等，1998;Klotzbach, 2011]。虽然ENSO对全球全流域活动水平影响的关系已被记录下来，但对ENSO与TCs快速强化(RI)之间关系的研究有限(通常定义为24小时内增加30节[Kaplan and DeMaria, 2003])。Wang和Zhou[2008]记录到，与拉尼娜年(37%)相比，在厄尔尼诺年(53%)，RI更频繁地发生在西北太平洋地区。作者尚不了解有任何明确记录ENSO对大西洋地区RI影响的研究。

Madden-Julian振荡(MJO)是一种大规模的热带变异性模式，在全球范围内以大约30 - 60天的时间尺度传播[Madden and Julian, 1972]。与此同时，它还改变了以往研究表明会影响全球TC活动的大型场，如垂直风切变、海平面气压(SLP)、中层水汽和垂直运动等。[Camargo等，2009]。具体来说，大西洋地区活动的变化已经被记录在案，马洛尼和哈特曼[2000]主要关注墨西哥湾，而Klotzbach[2010]和Ventrice等[2011]主要关注主要区域(MDR)。Klotzbach[2010]表明，当MJO的对流活动阶段位于非洲或西印度洋(Wheeler-Hendon (WH)指数的第1-2位相[Wheeler and Hendon, 2004])时，大西洋TC活动增强。具体来说,当指数大于MJO的一个标准差(SD)的振幅,在系统中形成的两倍MDR和成为飓风在其过程中比对流活跃阶段时的位置是在热带太平洋MJO就可(WH指数的位相6 - 7)。更强的关系被发现的系统成为主要飓风。

考虑到气候条件在MJO和ENSO的特定阶段似乎比其他阶段更有利于大西洋地区风暴的形成，本研究检验了这些影响也扩展到RI事件的可能性。第2节描述了所使用的数据，第3节研究了ENSO对大西洋地区RI的影响。第四部分重新检查MDR中的大规模场是如何被MJO调制的，而第5节检查RI频率如何随MJO相位变化。第6节研究了MDR中的大规模字段如何通过组合的MJO/ENSO索引进行调制，而第7节考虑了RI与组合的MJO/ENSO索引之间关系的强度。第8节总结了资料，并为今后的工作提供了思路。

2. 数据

[5]利用多元ENSO指数(MEI)对ENSO事件进行分类[Wolter and Timlin, 1998]。MEI指数使用一组六个大气/海洋预测(海平面气压、纬向和经向表面风、海表面温度(SST),表面空气温度和总云分数)定义ENSO和通常被认为是一个更强的ENSO不仅仅是使用一个SST指数的指标如Nino3.4。MEI指数采用双月平均(如8月至9月)计算。在大西洋飓风季节，使用8 - 9月和9 - 10月MEI值的平均值。该指数自1974年以来的10个最高值被归为厄尔尼诺，10个最低值被归为拉尼娜，中间的16年被归为中性。本分析使用了自1974年以来的所有年份(不包括1978年)，因为此时MJO指数是实时可用的。表1显示了使用上面讨论的MEI指数定义划分为厄尔尼诺、中性和拉尼娜的年份。每一列中的年份按日期顺序列出，括号中列出8月- 9月- 9月- 10月的平均值。

用于MJO分类的指数[6]是Wheeler和Hendon[2004]开发的。他们利用多变量EOF技术，试图利用上、下水平风和发出的长波辐射(OLR)分离MJO信号。他们利用这些字段定义了两种实时多变量MJO (RMM)模式。该指数消除了季节周期以及与ENSO相关的一些低频变化。WH指数从1974年至今可用，从1978年4月至12月OLR数据缺失。对于这个

研究对象为1974年至2010年(1978年除外)。WH指数几乎是实时的，可从澳大利亚天气和气候研究中心(CAWCR)网站下载:http://cawcr.gov.au/staff /mwheeler/maproom/RMM/。图1显示了在WH指数定义的MJO的8个阶段中，MJO振幅最强的200天内的200 mb上速度场异常。负速度势(冷色)表示上层辐散区对流增强，而正速度势(暖色)表示对流受到抑制。当西半球和非洲与MJO相关的增强对流达到最大值，而热带太平洋西部的抑制对流达到最大值时，WH指数处于第8和第1阶段。印度洋的增强对流和热带太平洋中部和东部的抑制对流达到最大值与第2和第3阶段的WH指数有关。当增强对流在海洋大陆达到最大值，而抑制对流在热带大西洋达到最大值时，WH指数处于第4和第5阶段。当热带太平洋的强对流最大，非洲和印度洋的强对流最大，WH指数处于第6和第7阶段。

中国气象局网站上的另一个指数[7]是分析与WH指数分析相似的热带对流信号，但保留了ENSO和120天平均值。在本分析中，这个索引被用来近似MJO和ENSO的组合信号，在本文其余部分被称为WH-Combined索引。WH指数和WH- combined指数的所有计算都是针对指数(RMM1 RMM2)大于1的系统进行的(飓风季节大约有60%的天数)。这有助于分离出MJO处于非活动状态的时间段。

[8] TC统计数据来自NHC的最佳跟踪文件，该文件可以在http://www.nhc.noaa.gov/data/hurdat /tracks1851to2010_atl_reanal.txt上找到。当一个系统在24小时内增强25-、30-、35-和40个或更多节时，就定义了快速增强(RI)事件。为了避免热带低气压分类的潜在问题，只有当一个系统的强度至少为35节时才计算RI事件。

国家环境预测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析I [Kistler et al.， 2001]被用于所有大规模的野外计算。由于自1974年以来没有每日的全球海温数据可用，因此用再分析导出的皮肤温度作为海温的代用指标。在整个手稿中，皮肤温度被称为海温。根据Klotzbach[2010]的定义，计算主要开发区域(MDR)上的所有大型油田，MDR定义为7.5-22.5 N, 75-20 W。

3.ENSO对大西洋地区RI的影响

[10] ENSO对大西洋地区TCs的影响与垂直风切变、中层水汽、上层对流层等物理场的变化有关

图1所示。从7月到10月，WH指数的每一阶段的每个MJO阶段的前200天的200 mb速度势异常(m2 s1)。冷色表示高层发散，暖色表示高层收敛。

温度与静稳定性[Gray, 1984;Tang和Neelin, 2004;Klotzbach, 2010]。总的来说，在大西洋地区，厄尔尼诺现象与更少和更弱的TCs有关，特别是在加勒比海和主要开发地区，而拉尼娜通常与这两个地区更频繁和更强烈的TCs有关[Klotzbach, 2010]。根据以往的研究，预计在拉尼娜年，大西洋地区RI频率也可能增加。图2显示了整个大西洋地区不同类别的24小时RI事件数量(24小时内从25到40 节)，而图3显示了相同的信息，但特别针对MDR。当对整个大西洋地区进行研究时，拉尼娜年发生的RI事件大约是厄尔尼诺年的三倍。当只考虑在MDR中形成的系统时，拉尼娜和厄尔尼诺之间的比率差异会显著增加到大约6:1。拉尼娜和厄尔尼诺现象之间的差异意味着整个大西洋地区的每一个RI阈值以及仅为mdr的RI阈值在使用a

双尾t检验，并假设每年代表一个人的自由度。

[11]评价ENSO的影响国际扶轮的另一种方法是检查风暴愈演愈烈,各种国际扶轮的频率阈值给出特定阶段的ENSO(表2)。虽然差异指出厄尔尼诺和拉尼娜现象系统之间,差异百分比更当只有MDR的系统检查。例如，在拉尼娜年形成的MDR中，32%的系统在其生命周期的某个时刻至少经历一个40 结RI，而在厄尔尼诺年形成的MDR中，只有12%的系统经历这个水平的RI。在本研究检验的所有四个RI强度阈值上，厄尔尼诺和拉尼娜在5%水平上的百分比差异具有统计学意义。因此，仅仅知道ENSO的阶段就可以提供关于系统是否可能发生RI的重要信息。

4. MJO对MDR中大规模领域的影响

[12] Klotzbach[2010]详细计算了MJO对MDR大型规模的影响，本文对分析进行了简要更新，增加了3年(2008 - 2010)的数据。此外，本文还考察了Klotzbach[2010]在7 - 10月期间而不是6 - 11月期间的参数。这是因为在MDR形成的169个命名风暴中，只有4个是在7 - 10月之外形成的。此外，为了去除MJO被认为是弱周期的时期，只检查超过一个SD的MJO天数(根据WH定义，大约占所有天数的60%)。

[13]类似的分析,表1中所作的Klotzbach[2010],异常是下一个计算平均值的MDR July-October、值海温SLP, 200 mb的纬向风(U), 850 - mb U 200 - 850 mb U剪切,700 mb的相对湿度(RH), 300 - momega;和OLR当大于MJO就可一个SD的每个阶段(表3)。MJO就可区别阶段1 2和阶段6 7突出显示,因为这是最强的差异被发现在Klotzbach [2010]。在MDR上平均200 - 850 mb U切变时，这些差异接近于5ms 1，这意味着在1 2阶段形成TC的环境要比在6 7阶段有利得多。当将单个MJO事件计算为一个自由度时，在1%的水平上差异显著

图2。整个大西洋地区的RI值为25结、30结、35结和40 -结，多年来平均每年24小时，分为拉尼娜(蓝色柱)、中性(绿色柱)和厄尔尼诺(红色柱)。ENSO分类方案见正文。

表2。根据1974年至2010年(1978年除外)的数据，ENSO每一阶段所有大西洋地区TCs和在MDR中形成的TCs在24小时内RI事件为25节、30节、35节和40 节的概率百分比

ENSO阶段25 Kt 30 Kt 35 Kt 40 Kt

所有TCs

拉尼娜现象53% 43% 29% 23%中立46% 36% 22%厄尔尼诺现象39% 27% 17% 12%

MDR TCs

图3。如图2所示，但是对于在大西洋MDR中形成的系统。

拉尼娜现象67% 58% 39% 32%中立60% 50% 35%厄尔尼诺现象36% 28% 20% 12%

KLOTZBACH: ENSO、MJO和大西洋地区TC RI D14104 D14104表3。mdr平均异常为200mb U (ms 1)、850 mb U (ms 1)、200 - 850 mb U切变(ms 1)、海温(C)、SLP (mb)、700mb RH(%)、300mb w (mb d 1)和OLR (wm2)

每个阶段的MJO相天200- mb U 850- mb U 200- 850 mb U SST SLP 700 mb RH 300 mb w OLR

1 446 1.29 0.17 1.46 0.06 0.44 0.74 1.22 1.51

2 398 2.73 0.76 3.48 0.10 0.46 1.95 1.98 2.97

3. 216 1.93 0.33 2.30 0.03 0.29 0.67 1.16 1.36

4 256 0.02 0.27 0.29 0.24 0.10 0.13 1.92 2.07

5 456 1.07 0.13 1.20 0.09 0.24 0.15 0.09 1.12

6 311 1.23 0.61 1.84 0.10 0.41 1.35 0.82 1.56

7 199 2.19 0.79 2.98 0.25 0.31 1.52 0.73 0.46

8 224 1.51 0.00 1.51 0.04 0.46 0.52 0.08 1.16

阶段1 2 2.01 0.46 2.47 0.02 0.45 1.35 1.60 2.24

阶段6 7 1.71 0.70 2.41 0.18 0.36 1.43 0.05 0.55

阶段1 2 -阶段6 7 3.72 1.16 4.88 0.20 0.81 2.78 1.65 2.79

从7月1日到10月31日，当

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