英语原文共 14 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

2009年非常规厄尔尼诺对2009年西南地区严重秋旱的可能影响

张文军

南京信息工程大学大气科学学院气象灾害教育部重点实验室，中国南京

费飞金和赵京霞

Department of Meteorology, School of Ocean and Earth Science and Technology, University of Hawailsquo;i at Manoa, Honolulu, Hawaii

李奇

南京信息工程大学大气科学学院气象灾害教育部重点实验室，中国南京

洪丽仁

Department of Meteorology, School of Ocean and Earth Science and Technology, University of Hawailsquo;i at Manoa, Honolulu, Hawaii

（手稿于2012年12月2日收到，最终版本为2013年4月9日）

摘要： 2009年秋季，中国西南部遭受了严重干旱，对生产力和受影响人口的生活产生了巨大影响。 一个非常规的厄尔尼诺，所谓的暖池（WP）厄尔尼诺，应该是这种强烈的秋季干旱的主要因素。与常规厄尔尼诺形成鲜明对比的是，在2009年的厄尔尼诺年，最大海表温度（SST）异常仅限于赤道中太平洋。此外，这个暖池（WP）厄尔尼诺的特点是在过去60年的暖池（WP）厄尔尼诺事件中相对较远的西部位置和最强的强度。观测和模拟研究均表明，中国西南地区的降水减少受暖池（WP）厄尔尼诺位置和强度综合影响的显着影响。也就是说，随着暖池（WP）厄尔尼诺相关的暖SST异常位置向西偏强，中国西南地区的干旱趋于更加严重。因此，2009年中国西南强烈的秋季干旱可能主要归因于同时存在的独特的暖池（WP）厄尔尼诺，其在西北太平洋产生强烈的异常旋风，并导致中国西南地区降雨量严重减少。印度洋暖化对中国西南地区秋季降水的影响也进行了研究，但似乎对这次干旱的贡献不大。

1 引言

中国西南部的秋季降雨量对年降雨总量（20％以上）贡献较大（Wu和Hu，2003），并且对作物成熟和收获时间有重要影响。秋季干旱造成的破坏可能是灾难性的。2009年中国西南地区出现强烈的秋季干旱（图1b），严重影响了云南，广西和贵州省80％以上的植被生态系统（22–30^。N, 100–110^。E）（Wang et al。2010; Barriopedro et al。2012）。超过6000万居民遭受了饮用水短缺,超过100万公顷的庄稼死亡。为了更好地了解导致这场灾难性干旱的机制对于未来的干旱管理和规划将是有益的。在2009年的灾难性秋季，赤道太平洋中部出现了海表温度（SST）强烈升温，根据厄尔尼诺-3.4（5^。S-5^。N,120-170^。W）由气候引起的海温异常（SSTA）。预测中心（CPC）为探索ENSO对东亚气候的可能影响作出了许多努力（例如Zhang et al.1996; Chang et al.2000a，b; B.Wang et al.2000,2008; Wu and Hu 2003; Niu and Li 2008; L.Wang等人2008; Wu等人2009; Li等人2010，2011a，b; Wu等人2012）。这些努力往往集中在传统的（或经典的）厄尔尼诺事件上，而温暖的海温中心主要位于赤道东太平洋上空（Rasmusson和Carpenter，1982; Wallace等，1998）。 然而，2009年秋季SSTA的升温与传统的厄尔尼诺事件形成鲜明对比，向西移向暖池边缘（Lee和McPhaden，2010）。 早期研究达成的共识将这种热带太平洋现象定义为一种新型的厄尔尼诺现象（Larkin and Harrison 2005a; Ashok et al.2007; Yu and Kao 2007; Kao and Yu 2009; Kug et al.2009; Yeh et 2009）。Larkin和Harrison（2005a）利用国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的新厄尔尼诺定义确定了许多这类新型厄尔尼诺事件，并将它们的日期作为厄尔尼诺线，因为最大SSTA位于日期线附近。 新型厄尔尼诺也可以根据第二个经验正交函数（EOF）模式来定义，并称为厄尔尼诺Modoki（Ashok et al。2007）。Kao和Yu（2009）将新型厄尔尼诺称为中太平洋厄尔尼诺。Kug等人（2009）根据SSTA的空间格局将新型厄尔尼诺事件与传统的厄尔尼诺事件分开。并将它们命名为暖池（WP）厄尔尼诺。 许多研究表明，与传统的厄尔尼诺现象相比，新型厄尔尼诺对大气环流具有不同的影响（Larkin and Harrison 2005a，b; Wang and Hendon 2007; Weng et al.2007,2009; Cai和Cowan 2009; Kim等人2009; Taschetto和England 2009; Chen和Tam 2010; Feng等人2010; Mo 2010; Feng和Li 2011; Lee等人2010; Zhang等人2011; Wang和Wang 2013 ; Xie等，2012）。尽管在这些研究中使用了各种各样的名称和定义，但重点放在两种类型的厄尔尼诺之间的区别。在本文中，新型厄尔尼诺被称为暖池（WP）厄尔尼诺，遵循Kug et al（2009）和任和金（2011）。暖池（WP）厄尔尼诺与传统的厄尔尼诺有很大不同，并导致中国南方秋季干旱（Zhang et al。2011）。在西太平洋西北太平洋上空（WNP）出现异常旋风，东亚地区形成东北风异常，导致中国南方秋季降水偏少。 然而，仍然存在这样一个问题，即为什么2009年秋季中国西南部的秋季干旱与其他暖池（WP）厄尔尼诺事件相比强烈。这个暖池（WP）厄尔尼诺是否涉及一些不寻常的特征，或者其他可能的异常是否起到了另外的作用，目前尚不清楚。在本研究中，通过与其他暖池（WP）厄尔尼诺事件和模拟实验进行比对，研究了中国西南地区暖池（WP）厄尔尼诺与秋季干旱之间的联系。我们的假设是，2009年暖池（WP）厄尔尼诺在过去60年发生的暖池（WP）厄尔尼诺事件中位置相对较远，强度最强，这是造成这种强烈的秋季干旱的主要原因。在本文的其余部分，第2节描述数据，暖池（WP）厄尔尼诺事件的定义以及本研究中使用的实验设计。第三部分以大气和海洋异常为例说明了2009年强烈的秋季干旱。在第4节中，讨论了2009年厄尔尼诺的独特性，重点讨论了SSTA暖中心的强度和位置，并且进行了模拟实验以研究与温暖SSTA的强度和位置有关的影响。 第5节总结了主要研究结果，本节还讨论了印度洋SSTA在这次干旱事件中的可能贡献。

2 资料和方法

a.观测资料

中国气象局每月站点降水数据集（1951-2009）用于分析秋季[9 –11月（SON）]2009年的强烈干旱。热带太平洋和印度洋海域的SST基于全球月度来自Hadley中心海冰和海表温度数据集（HadISST）的海温数据由Met Office Hadley中心（Rayner等，2003）提供。使用美国国家环境预测中心-美国国家大气研究中心（NCEP-NCAR）的再分析资料（Kalnay et al.1996）确定了异常环流。所有变量的异常都是以30年的气候平均值（1961-90）的偏差进行的。采用我们以前的工作（张等人，2011年）的方法，1969年，1977年，1991年，1994年，2002年，2003年，2004年，2006年和2009年被确定为来自CPC发布的所有18个秋季厄尔尼诺的秋季暖池（WP）厄尔尼诺，它们是根据最大SSTA中心的位置确定的（即事件在1508W以西的中太平洋有更大的SSTA）。 在我们的工作和早期研究（例如Kim等人2009; Kug等人2009; Yeh等人2009）之间的暖池（WP）厄尔尼诺例子的定义中存在差异，并且在这里考虑两个原因。 首先，大多数先前的研究基于冬季SSTA定义了暖池（WP）厄尔尼诺事件。不过，秋季是这里的重点。其次，Kim等人（2009）确定了五个事件（1969,1991,1994,2002和2004年），基于秋季SSTA。我们的定义和他们的案例之间的差异是1977年，2003年，2006年和2009年的秋季。如图2所示，在这四个秋季期间，赤道中太平洋或西太平洋上空出现高达0.5^。C的暖SSTA中心（图2 a-d）。它们相关的对流异常中心（由表面一直到300 hPa）表现为水汽辐合，主要出现在赤道西太平洋到正SSTA中心的西侧（图2e-h），其中比较高的SST（Wallace等1998; Kug等2009），它与暖池（WP）厄尔尼诺类似，但与传统的厄尔尼诺显着不同（Ashok et al.2007; Weng et al.2007; Kug et al.2009）。

尽管2006年秋季SSTA在远东赤道太平洋也显示出另一个大于1.0^。C的暖异常（图2c），但赤道对流异常主要出现在日界线的西侧（图2g）。这是因为中部太平洋暖流由于背景海温较高而形成深对流比东太平洋暖流更有效。由于温暖的SSTA通过对流强迫大气，当试图确定暖池（WP）厄尔尼诺事件时，对流的位置可以作为另一个有效指标。使用复合和回归分析来调查暖池（WP）厄尔尼诺相关的气候影响。 在这项研究中，我们的兴趣是为什么秋季干旱在2009年秋季与其他暖池（WP）厄尔尼诺病例相比较强，所以2009年暖池（WP）厄尔尼诺事件被排除在综合分析之外。所有统计学显着性检验均采用双尾Students t检验。

b.模拟

这里使用的大气一般模型是NCAR提供的大气模式，第3版（CAM3）Collins等，2004）。水平分辨率是T42（约2.88经度3 2.88纬度），有26个混合垂直水平。首先，使用气候（季节变化）SST来强制模型并整合5年。然后，从第五年7月的模拟结果中选择10个独立的大气场作为初始条件，每个实验计算10个集合成员。进行了四次模拟以验证SSTA的位置和强度各自的贡献。 在第一次模拟[控制（CTRL）]中，SST被规定为气候SST。在第二次模拟[东部暖化建模（EWM）]中，在165^。W加入了一个异常SST变暖中心，最大SSTA达到1.5^。C。在第三个模拟[西方暖化模拟（WWM）]中，异常SST升温向西移动了10^。.相对于第三个实验，在第四个模拟[增强西部升温模拟（EWWM）]中，升温中心增强到了2.0^。C。 因此，EWM和WWM运行的比较可以确定SSTA位置的贡献，而WWM和EWWM的比较可以指示SSTA强度的影响。每次运行在7月1日初始化并整合5个月。 计算了秋季的综合平均值（SON）用于分析。

与2009年秋季干旱相关的海洋和大气特征

图1c显示了1951年到2009年之间中国西南部（228-308N，1008-1108E）秋季降水异常的标准时间序列。显然，2009年最严重的60年秋季干旱记录为2009年，异常超过两个标准偏差。 尽管在时间序列中可以检测到略微减少的趋势，但可以在此处转折，因为2009年秋季降雨量仍然是最大的，即使在消除趋势后（图略）。中国西南大部分地区降雨量超过50％（图1b），而在云南东部等地区，降雨量达到了一定程度80％; 先前在云南省的一些地区报告了90％的减少（Huang et al。2011）。 此外，中国南部地区出现异常高温，增加了蒸发，加剧了当地的干旱状况（Lu et al。2011）。在气候秋季（图3a），一个反气旋包括中国南方。南风和东风，西风，汇聚华南，并携带大量来自热带海洋的水汽。这两个水分输送分支提供了华南地区的秋季降水。一个来自孟加拉湾，另一个来自南中国海，但它们分别起源于印度洋和西太平洋。 充足的水汽导致华南地区相对湿润的季节，大部分地区累计降雨量达200毫米，部分地区降雨量超过300毫米（图1a）。然而，在2009年秋季，西太平洋副热带高压异常发生强烈的气旋性异常超过21.5百帕（图3b）。 异常西北太平洋气旋西北部，华南地区出现了异常的西南向水汽输送（图3b），这抑制了南部水汽的东北方向输送。 在西太平洋副热带气旋的异常东北部和西南部，日本东部存在强反气旋异常，印度洋反气旋异常偏弱。为了定量探讨水分收支，我们计算了中国西南四个边界的水汽通量，如图4所示。2009年秋季，垂直积分水分散度达到了1.32 mm/天，几乎相同作为降雨亏损的价值（图4）。 这表明秋季降水减少主要是由水汽输送异常引起的。从图4可见，南部（QVS）和东部（QUE）的水汽通量分别强烈降低和增加。西边界和北边界的水汽通量异常比较弱。那些在南部和东部的边界。 来自东部的西向运输异常（QUE）有利于西南地区的水汽增加。因此，南边界水汽通量的急剧减少（QVS）主要是降水减少的原因，因为南方的水汽向北运输受到异常北风的抑制。此外，还计算了进入大气柱的净辐射通量，因为指出辐射降温也可能对区域干旱发挥一定作用（Sooraj et al。2013）。净辐射通量（FNET）是Sooraj等人在大气顶部和地表处净通量之间的差异（2013年）。2009年秋季，异常净通量显示出值为283 W m的辐射冷却。Sooraj等人（2013）指出，大气辐射冷却可以通过加强异常发散环流来增强当地的降雨缺陷。 因此，辐射降温对于维持2009年秋季干旱也有一定贡献。与此同时，热带太平洋出现海温显着升温，最大海表温度异常位于赤道太平洋中部，而不是赤道东太平洋（图2d）。这种变暖现象已被确定为暖池（WP）厄尔尼诺事件。 在我们以前的工作中，我们证明了暖池（WP）厄尔尼诺可以在WNP上产生气旋性异常，其中心位于20^。N，130^。E附近，这导致中国南方秋季降水量减少（Zhang et al。2011）。 如图3b所示，200

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[21390]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word