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中北太平洋海温异常的冬季复发与非冬季复发

赵霞^1,2,3和李建平²

2011年12月20日确定；2012年3月8日修订；2012年4月3日公认；2012年5月17日出版。

[1]以往所有的冬季复发（WWR）海表面温度异常（SSTA）集中在平均气候特征。在这里，在北太平洋中部（CNP）的海温WWR的年际变化的研究。SSTA WWR的CNP显示强烈的年际变化。对大气和海洋再现机制的相对作用是通过比较SSTA WWR年和非WWR年调查。海洋的再现机制运作的每一年，海温在接下来的冬天，然而，不仅取决于海洋夹带也大气，具有大量的年际变化。在海温异常WWR年大气环流异常也表现出WWR现象。大气以及海洋再现机制的协同作用，可以在紧接着的冬季用相同的符号创造SSTA。在海温异常非WWR年冬季大气环流异常不在冬季复发，和冬天有相对的大气对海温异常。虽然再现机制可能仍在运行，异常加热由海洋再现机制比穿过大气。总的来说，在CNP的WWR随季节整个海气系统的演化特征，以及大气环流异常和海温强迫在WWR发挥重要作用的面积。

引用：Zhao,X., and J.Li(2012), Winter-to-winter recurrence and non-winter-to-winter recurrence of SST anomalies in the central North Pacific,J. Geophys. Res., 117, C05027, doi:10.1029/2011JC007845.

1. 引言

[2]海洋在气候变化中起着重要作用，因为它的巨大的热容量使得海表温度变化具有明显的滞后性和持续性。海表面温度异常（SSTA）持续在中纬度海洋强烈的季节依赖性。纳米亚斯生[ 1970，1974 ]要注意对中纬度海温复发一年又一年没有坚持通过夏季趋势第一，有效延长冬季海温异常的内存超过1年。随后的研究证实了这一强烈的季节依赖大规模的海温异常模式的持续性特征在北太平洋[Alexander and Deser，1995；Alexander et al.，1999；Kushnir et al.， 2002；Deser et al.；2003]。

¹海洋环流和波实验室，中国科学院海洋研究所，中国科学院，青岛，中国。

²中国科学院大气物理研究所大气科学和地球物理流体动力学国家重点实验室，北京，中国。

³热带海洋，中国科学院南海海洋研究所国家重点实验室，中国科学院，广州，中国。

作者单位：中国科学院大气物理研究所、中国科学院大气物理研究所、中国科学院大气物理研究所、国家重点实验室、中国科学院、中国科学院、中国科学院、北京100029。（ljp@lasg.iap.ac.cn）

版权2012由美国地球物理联合会。0148-0227 / 12 / 2011jc007845

更好地理解物理过程有助于这种持续性应该提高我们在年际和更长的中纬度[Cassou et al.，2007；Liu et al.，2007]。

[3]纳米亚斯生[1970，1974]推测SSTA持续的季节依赖性是紧密联系在一起的海洋混合层深度的季节变化（MLD）。他们假设一些热异常在深冬季混合层的创造被夏天的静态稳定的季节性跃层，然后再夹带到表面层在接下来的秋季和冬季混合层加深了。这样，海温会重演，一年又一年没有坚持通过中间的夏天。亚力山大和沙漠[1995]研究了这一假说，更详细的和称为它的再现机制。随后的研究表明，这种再现机制发生在整个北太平洋[Alexander et al.，1999；Kushnir et al.，2002； Kushnir et al.，2003 ]。此外，其他海洋动力过程，如对流，可能会影响混合层温度异常在北太平洋[Sugimoto and Hanawa，2005 ]。

[4]海洋动力学不是唯一的物理过程在北太平洋冬季海温持续性的影响。在温带，气氛往往会推动海洋，尤其是在冬季[例如，戴维斯，1976，1978；在WWR和nonwwr年在北太平洋海气系统的华勒斯在3节描述。在4节中，我们量化海洋夹带和地表热通量对CNP区SSTA WWR的影响。最后，在第5节中提供了一个概要。

图1 明年在北太平洋中部后二月和当年的二月到今年二月每月月海温海温之间的滞后相关（CNP）。瘦的实心线表示95%个置信水平。

2.数据与方法

2.1数据

[7]SST数据集使用的是改进的扩展重建的海表面温度（IERSST） [Smith and Reynolds， 2004]，它有一个2°*2°网格和延伸从1950年到2004年。和混合层深度地下温度（MLD）每月从联合环境数据分析中心（太平洋）在斯克里普斯海洋研究所的机构 [White, 1995]。本压缩包包含11个层次的温度（0，20，40，60，80，120，160，200，240，300，和400米）在1955年–2003年在2°*5°经纬网。MLD定义为深度，温度下降到SST–1.0℃。大气数据从国家环境预报中心–国家大气研究中心（NCAR NCEP）再分析资料[Kalnayetal.,1996]为期1950–2004的2.5 °*2.5°网格。每个变量的年度周期减去气候月平均值在每个网格点删除。

2.2方法论

[8] Alexander et al. [1999] 指出，SSTA WWR和再现机制强在整个北太平洋40 °N（见他们的数字1，4，8）。的海洋混合层深度的季节变化也最大，尤其是近40°，Zhao and Li [2010] 表明，大气环流异常显示在北太平洋中部的一个重要WWR，密切相关的海温WWR近40°N（165°E–160°W，35°N–47°N）。因此，该地区的平均海温在北太平洋中部（CNP：165°E–160 °W，35 °N–47° N）是用于测量在北太平洋WWR的年际变化。因此，该地区的平均海温在北太平洋中部（CNP：165°E–160°W，35°N–47°N）是用于测量在北太平洋WWR的年际变化。

[9]为了研究SSTA WWR的年际变化，我们从海温WWR的原始定义开始（平均气候特征）确定是否存在海温WWR每年在北太平洋。以前的研究中使用的滞后相关分析确定SSTA WWR [例如， [e.g., Alexander et al., 1999]。滞后相关计算的时间序列之间的起始月份M，滞后的月K为例，从月m = 2月和K = 10，相关计算二月和十二月之间的时间序列。图1显示了二月和今年二月以后的每个月的月海温月海温之间的滞后关系明年在CNP区域后。二月被用作参考的月份，因为在二月和3月，由 Zhao and Li [2010]提到的复发的空间范围是最大的。如图1所示，海温异常的持续性开始在冬季（二月）有两个显著的特点：在接下来的夏天显著下降（八月至十月），再增加在接下来的冬季高峰在二月至四月。这些特性与SST持续异常称为WWR [e.g., Alexander and Deser, 1995]为了有效地检测SSTA WWR的年际变化，其特征是定量，每年采用以下标准：正（负）的海温异常在冬季，（1）冬季海温异常（一月至三月）大于（小于）在接下来的夏天比海温异常（八月至十月）和（2）以下的冬季（二月至四月）海温异常大（小）比上年夏季海温异常和有标志在前面的冬季海温异常相同。这是一个积极的（消极的）WWR年如果一年符合两个标准，和一个正（负）非WWR年如果不。如果1年的冬天是一月的季节平均，也会有同样的结果。

表1 根据那些与WWR和那些没有WWR年分Non-WWR

3.WWR和非WWR年期间海气系统的时空特性

3.1WWR年和非WWR年

图2 CNP区域海温在（一）阳性WWR年，（b）负WWR年，（c）阳性非WWR年，和（d）负非WWR年。灰色线表示海温在每年，粗黑线表示绘制组平均海温异常。

[10] SSTA WWR年在CNP区域非WWR年使用2节介绍的方法确定。如表1所示，SSTA WWR在该地区具有显著的年际变化。1950–2003期间有18年和36年非WWR WWR。图2a和2b显示在CNP区域海温的季节演变在WWR年。正（负）WWR年冬季海温降低（升高）明显夏季后（减少）迅速在接下来的秋季冬季。这种演变的SSTA随季节显示WWR特性在WWR年。然而，海温季节演变呈现出明显不同的特点在nonwwr年。总的来说，海温呈现持续减少（增加）的正（负）非WWR年没有WWR（图2C和2D）。因此，在医疗和非医疗年之间的差异主要表现在二冬，这是统计上的显着从一月到5月。其中的意义是在二月和3月失去了积极的情况下，这可能是由于只有七阳性WWR年入选。

[11]在CNP区域海温的季节演变具有完全不同的特点在WWR年非WWR年相比。以往的研究，从气候平均的角度，表明SSTA WWR不仅是紧密联系在一起的大洋MLD[e.g., Alexander and Deser, 1995]，但也与大气环流异常的CNP [Zhao and Li, 2010]。因此，有必要进一步评估作用的海洋再现机制和氛围迫使两WWR和CNP区域非WWR年期间，从年际变化的角度。

3.2 WWR和非WWR年期间海气系统的垂直结构

[12]在WWR年的海温数据3C和3D显示的时间深度剖面复合海洋温度异常的表面和400米从一月到次年5月之间。对于正WWR年（图3c），剧烈的海-气能量交换在冬季形成的温度扰动，向下延伸到深冬季混合层（约200米）；当混合层浅滩在春末，冬季热异常成为隔离的浅夏季混合层下（约20米）；为混合层加深一个深秋和初冬，一些地下热异常可能成为再夹带到混合层，在接下来的冬季从而影响海温异常。在负WWR年发生相似的演化。二次冬季表层海温异常与上一个冬季的海温异常有着相同的征兆，在夏季（图3）的地表温度异常情况下有一个标志。因此，看来随着MLD季节变化相关的海洋再现机制是在工作期间WWR年。

图3 （A和B）时间剖面组合高度异常从70 hPa和1000 hPa（C和D）的海洋温度异常的表面和CNP区域400米之间在WWR年。图3a和3c是积极的WWR年和图3B和3D是负WWR年。复合MLD出粗实线。

[13]图3a和3b显示时间剖面组合1000和70 hPa高度场异常海温在WWR年之间。其结果是，位势高度梯度一致（未显示）。对阳性病例（图3A），季节变化的特点是高度异常的CNP区签订两反转。在第一个冬天的位势高度异常积极的在一月二月–最大；他们改变消极的在下面的夏天，六月–月最大；然后他们回到正再次在二冬。因此，在CNP地区位势高度场还表现在从低WWR SSTA WWR年上层。位势高度场呈相当正压的垂直结构，和异常中心位于对流层高层（500–300 hPa）。此外，当海气系统出现第二冬季，位势高度异常的中心比在海洋表面温度异常出现较早。最强的正相关时，海平面气压异常（SLPA）1–2个月导致海温异常，[e.g., Davis, 1976, 1978; Wallace and Jiang, 1987; Zhao and Li, 2010]不仅冬天，而且在夏天（未显示），表明大气强迫的海洋可能在CNP发挥主导作用。在负例的位势高度异常的季节演变类似（图3b）。阴性病例的复发时间为阳性病例数。前者是在一月，后者是在二月，3月。大气WWR也可以看到在滞后相关图300 hPa位势高度异常（图4）。位势高度异常冬季启动持久又在随后的高峰在十一月的冬天已经增加。因此，在WWR年海温、大气环流异常也显示WWR在CNP区域，这可能是一个在这一地区的海温WWR的原因，进一步验证了我们先前的结论 [Zhao and Li, 2010]，从面积年际变化的视角。

图4 如图1，但对于高度异常300 hPa CNP

图5 如图3，但在WWR年非

[14]在海温异常非WWR年CNP地区海气系统的演化（图5）明显不同于在WWR年。在冬季大气环流异常不在冬季复发（图5A和5B）。同样，150米以上的地下温度异常显示从第一到第二冬季签反转（图5C和5D）由于大气。这些结果表明，在非WWR年，海温在二冬并非主要来自地下温度异常在前面的冬季和夏季，和大气对海温的影响可能更为重要。我们的研究结果并不排除的再现机制在北太平洋的海温异常对医疗的影响。它可能是海洋的再现机制运作的医疗和非医疗年，然而，在接下来的冬季不仅取决于海洋夹带而且大气强迫的海温异常。在非WWR年异常加热由海洋再现机制第二冬季小于穿过大气。

3.3WWR和非WWR年期间的海气系统的水平结构

[15] 图6A显示海温异常的水平结构的演变（图6a、中间），海平面气压异常（SLPA）和表面风异常（图6a、顶部），和地下温度异常在80 m（图6a、底部）在北太平洋在积极WWR年。海温异常在冬季其他地区在北太平洋中部温凉（二月）的第一年；温暖的中心开始在春季和夏季削弱逆转迹象（九月）；温暖的中心出现在下一个秋天和冬天

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