英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

不同类型的厄尔尼诺对全球平均温度的影响

(译自Banholzer, S., and S. Donner (2014), The influence of different El Nintilde;o types on global average temperature, Geophys. Res. Lett., 41, 2093–2099, doi:10.1002/2014GL059520.)

Sandra Banholzer¹ and Simon Donner¹

¹英属哥伦比亚大学地理学院，温哥华，不列颠哥伦比亚省,加拿大

摘要：众所周知，厄尔尼诺-南方涛动可以影响全球表面温度。在不考虑其他强迫的情况下，人们认为厄尔尼诺形势导致了全球表面平均温度异常增暖。最近的研究已经确定了不同类型的厄尔尼诺事件基于海表温度异常峰值的位置。在这里我们用三个历史温度数据集分析了厄尔尼诺事件和全球表面平均温度异常之间的关系。把厄尔尼诺现象进行分类，这揭示了全球平均表面温度在传统的东太平洋的厄尔尼诺现象的期间和之后异常增暖，但中太平洋型或混合型事件则不会异常增暖。历史分析表明，自1800年代末开始全球表面变暖的速度放缓，可能与不同类型的厄尔尼诺事件发生频率的年代际变化有关。

1.引言

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是继季节循环[Diaz等,2001；McPhaden等,2006]之后最显著的气候变化模式。Rasmusson and Carpenter[1982]描述的传统的暖相厄尔尼诺现象与赤道东太平洋流域性减缓或逆转的赤道信风和异常增暖的海表温度(SST)有关。最近研究认为,可能会有不同类型的厄尔尼诺事件[Trenberth Stepaniak,2001;Ashok等,2007;Kao和Yu,2009;Kug 等,2009; Yeh等,2009]。最近提出的这一新类型被赋予了多种名字，包括国际日期变更线厄尔尼诺[Larkin and Harrison,2005],厄尔尼诺Modoki[Ashok等,2007],暖池厄尔尼诺[Kug等,2009],或中太平洋厄尔尼诺现象[Kao和Yu,2009]。这种类型的特征是海温异常峰值出现在国际日期变更线附近，而不是在赤道东太平洋[Kao和Yu,2009]。与传统的或东太平洋(EP)厄尔尼诺相比,中太平洋厄尔尼诺（CP El Nintilde;o）的特点是由于信风异常跨太平洋盆地延伸得没有EP事件那么远[Kao和Yu,2009]，所以中太平洋厄尔尼诺原位发展，而且发生当地海-气耦合。

传统厄尔尼诺现象或暖位相和拉尼娜现象或冷位相对区域和全球气候有重大的影响,包括全球平均表面温度(GAT)[Diaz等,2001;Larkin and Harrison,2005 b；McPhaden等,2006]。厄尔尼诺形势的发展会导致全球平均空气和海表温度异常增暖；例如,1997/1998厄尔尼诺事件使全球平均气温比长期变暖趋势线高0.2℃[Hansen等,2006]。古气候记录表明,过去的暖期和冷期可能与厄尔尼诺事件的频繁发生有关[Stott等,2002]。

但是，人们不知道ENSO条件与全球平均表面温度之间的关系是否既适用于传统的东太平洋厄尔尼诺事件，也适用于新提出的中太平洋厄尔尼诺事件。在过去的几十年里，不同的厄尔尼诺类型的出现频率发生了变化，中太平洋厄尔尼诺事件在1990年后变得越来越频繁[Lee和McPhaden，2010]。尽管对厄尔尼诺类型的分类仍然存在分歧[如，Takahashi等人，2011]，一些研究发现的证据表明，中太平洋与东太平洋的厄尔尼诺事件的大气遥相关之间存在不同[Ashok and Yamagata,2009；Kimetal.,2009；Wengetal.,2009]。如果中太平洋厄尔尼诺与东太平洋厄尔尼诺相比，对区域或全球温度具有不同的效果，那么这两个事件发生频率的变化就可以解释一些短期气候趋势。

本研究采用了三个历史温度数据集，以检验不同类型的厄尔尼诺对全球平均表面温度的影响和对全球地表变暖的年代际变化速率的影响。我们对全球表面温度在传统的东太平洋厄尔尼诺事件中异常变暖，但在中太平洋厄尔尼诺事件中不会变暖这一假设进行试验。结果表明不同类型的厄尔尼诺事件的发生频率与从18世纪末期以来，包括最近十年，全球地表变暖的速率减慢有潜在的联系[Kosaka和Xie，2013]。

2. 数据与方法

我们采用从ERSST V3B数据集[Smith等人，2008]中得到的历史海洋表面温度距平（SSTA）, 按照传统的分类体系以及一种可以区分不同类型的厄尔尼诺的新体系，对1880年到2011年的ENSO状态进行分类。然后，我们通过考察不同类型的ENSO形势爆发的年份中全球表面温度异常之间的差异来检验我们的假设。

ENSO形势的传统定义（厄尔尼诺，拉尼娜，正常）是用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海洋厄尔尼诺指数（ONI）来完成的。用这种方法，当NINO3.4区三个月的变化的平均海温达到0.5℃，是五个连续重叠月的最低值，则厄尔尼诺事件发生。相反，当达到-0.5℃的负阈值满足ONI标准，则拉尼娜事件发生。该NINO3.4区捕获异常的温度信号来自赤道太平洋的中部和东部，因此可以同时捕获EP和CP暖事件[Trenberth和Stepaniak，2001;Larkin 和Harrison，2005年;Wang等人，2007;Kao和Yu,2009年;Li等人，2010]。

人们对于如何区分不同类型的厄尔尼诺有相当大的分歧[Ashok等,2007;Kao和Yu,2009; Lee和McPhaden,2010;Yu和Kim,2012]。大多数分类方法根据海温异常峰值与强迫事件的中心位置来分类为EP或CP事件;多年来各种方法之间的分歧最常见的在于在中度厄尔尼诺现象的发展中，海温异常的峰值位置在中东太平洋之间移动还是覆盖中东太平洋（例如，2002- 2003年）。在这里，我们采取了Yu and Kim[2012]的分类方法，因为除了EP和CP事件，它还明确指出“混合”暖位相的事件，其中包括来自东部和中部赤道太平洋的贡献，因此不能单独分类为EP或CP事件 [Kao和Yu,2009;Yu和Kim,2012]。用这个分类方法（简称YK），EP事件并不常见，因为北半球冬季海温异常峰值一定在东太平洋发生;例子包括1982 -1983年和1997 -1998年的事件，这在其他地方也被称为“超级”厄尔尼诺[Hansen等，2006]。对于拉尼娜和ONI厄尔尼诺鉴定，NINO3.4区的海表平均气温是用ERSST V3B数据集中1971-2000的气候，以及在用于ENSO分类之前去趋势的数据计算的[Smith等人，2008]。我们按照文献中的标准方法只考虑了发生在传统的寒带冬季的事件，在此期间可以观察到最大异常[例如，Trenberth，1997]。

为了检验研究结果对分类方法是否敏感，我们用厄尔尼诺Modoki指数（EMI）[Ashok 等,2007]和一种常见的中心定位方法[Kug等,2009; Yeh等.,2009;Yu 和 Kim, 2012]进行敏感性分析。在后一种方法中，这里称为NINO，当NINO4区的北半球冬季平均海温大于（小于）Nino3区的时，CP（EP）事件发生。按ONI分类结果得到35个拉尼娜事件，35个厄尔尼诺事件和62个正常年。YK方法列出16个CP事件，6个EP事件，15个混合事件和60个正常年。EMI和NINO分类方法分别得到17 个CP事件、20个EP事件和6个CP事件、31个EP事件。结合HadISST数据集的附加分析发现在90％以上年份里有类似的结果。例如，使用ONI分类法，HadISST标识了35个相同的厄尔尼诺事件作为ERSST V3B，仅有两年例外（1913/1914, 1918/1919）。每种类型的ENSO年的完整列表以及各种方法的详细信息在辅辅助资料中介绍。

对于全球表面平均温度（GAT），我们从GISS[Hansen等,2010]、HadCRUT4(总体中位数) [Morice 等,2012],以及NCDC[Smith和Reynolds,2005;Smith等,2008]数据集中分析了陆地和海洋的综合数据。对于每个数据集，我们在不同类型的ENSO形势（厄尔尼诺，拉尼娜，正常;EP，CP，混合型）下，对比了北半球冬季形成这种形势的年份（比如，1998年为1997年/ 1998年厄尔尼诺现象）的全球表面年平均温度的异常。首先是用1951 - 1980年气候原始的GAT异常进行分析，然后又用线性去趋势异常进行分析，然后第三次使用火山活动对全球温度的影响校正去趋势异常。对于火山活动的矫正，全球每年的气溶胶光学厚度（AOD）数据[Sato等,1993]被用来表示气溶胶因火山喷发而冷却，正如以前的研究[Foster和Rahmstorf，2011]。与Foster和Rahmstorf[2011]类似，我​​们使用线性回归计算了火山活动对GAT的贡献，然后减去从GAT时间系列的贡献。这个调整是很重要的，因为它指出1982年的El Chichon和1992年皮纳图博火山的火山气溶胶信号与厄尔尼诺事件相对应[Robock和Mao,1995; Trenberth等,2002]。

3.结果

3.1.全球气温与ENSO形势

自1880-2011年的时期开始，全球平均温度一直在增加，近几十年在这一时间序列中最暖。不论是用ONI还是YK分类系统（图1和2），每种类型的ENSO形势的变暖趋势都很明显。这三个GAT数据集显示了ONI厄尔尼诺，拉尼娜，正常，CP，EP，以及混合年（P lt;0.05）都有一个显著变暖的趋势。这些趋势都不受会自相关的GAT时间序列的影响，因为对一种趋势的分析检验仅在每种类型的（非连续）ENSO年份中。平均厄尔尼诺年比平均正常和平均拉尼娜年更暖（如GISS数据0.06℃）。如果将这些年用YK分类法分组，CP年是最暖的（平均GISS异常= 0.16℃），拉尼娜年是最冷的（-0.06℃），EP，正常，以及混合年稍低于平均水平（结果未显示）。

CP年可能会是最暖的，但是，由于全球气温的趋势;CP事件在最近最温暖的几十年中出现得越来越频繁[Lee和McPhaden,2010; Yu 和 Kim,2012]。去趋势数据的分析证实，全球平均温度异常在传统的厄尔尼诺年最高，而不是在CP年。按照ONI分类，厄尔尼诺年仍然保持比正常或拉尼娜年更暖;用YK分类，EP年（平均GISS异常=0.12℃）比CP年，混合年和正常年（结果未显示）更温暖。使用经过去趋势、AOD调整的全球温度异常数据得到的结果是相似的。按照ONI分类（平均GISS异常=0.05℃）的厄尔尼诺年与EP年（0.14℃）的平均全球平均温度异常，用去趋势，AOD调整后的数据比用非AOD调整的数据得到的异常稍大。EP年也比CP，混合年和正常年更暖（分别为0.03℃，0.03℃，0.01℃，）（见表1）。

我们检验了对不同类型的年份用假设等方差进行的标准方差分析并经复合AOD调整的全球平均温度异常与正态分布（由Bartlett检验[Snedecor和Cochran,1989]和 Jarque-Bera检验[Jarque和Bera,1987]证实,alpha;=5％)之间的显著区别。检验表明，使用ONI分类，厄尔尼诺年的平均全球平均温度异常与其他年份（Plt;0.05）显著不同，但不只区别于正常年。使用YK分类，在EP厄尔尼诺年平均全球平均温度异常也与其他年份以及单独的正常年存在显著差异（P lt;0.05）;然而，CP或混合厄尔尼诺年与正常年或其他年份不存在显著的不同。

敏感性分析表明，EP年，而不是CP年，比所有其他年更温暖，这一发现不是所选厄尔尼诺分类方法的人为结果或从20世纪50年代前SST重建的应用，因为它有更多有限的采样和更大偏差的不确定性[Smith等人，2008]。采用EMI或NINO分类法，其中混合事件被分类为EP或CP事件，标准方差分析测试赞同EP年比所有其他年显著地更温暖，但不比正常年显著更暖;CP年是与正常年或其他年份相比没有显著不同。如果YK分析仅限于1950年至2011年，在EP年里，而不是CP年，仍比正常年或其他年份显著温暖。

3.2.年代际全球温度趋势

在全球平均温度分析表明，平均而言，EP年比非EP或正常年要显著更暖，而CP和混合年没有显著比正常或其它年更温暖。我们通过对自1880年以来全球平均温度增加的速率检测年代际尺度的变化，以检验有较低或负全球平均温度趋势的时期是否具有相对于EP事件来说，CP和混合事件的频率不同的特征。与EP厄尔尼诺年不同，如果CP和混合年都没有全球性增暖，在厄尔尼诺事件更倾向于太平洋中部的时期时间可能会全球降温或表现出更慢的变暖趋势。

自1880年以来全球平均温度11年趋势的时间序列表明1880s，1900s，1940s，1960s和2000s期间的每个数据集的全球平均温度均为减速或负的趋势。这一趋势的时间序列本身的特征表现为增加的趋势（CRU 0.0016℃/十年; NCDC0.0018℃/十年; GISS 0.0019℃/十年），表明随着时间的推移，长期变暖的趋势加速[Hansen等，2010]。为了将全球平均温度趋势负偏离的时期与前十年分离开，我们将全球平均温度趋势的时间序列去趋势，并确定了最低标准。每一个数据集有六种不同的11年周期，其中全球平均温度趋势达到最小值（图3和表2）。在每个数据集中，三重叠期发生在20世纪60年代和70年代;为了尽量减少我们分析中的重叠，选出以 1963年（1958年至19​​68年）和1971年（1966- 1976年）为中心的趋势来分析。自1900年以来，每一种情况下，规范的ONI ENSO分类方法在11年放缓周期的过程中分辨出3-4个厄尔尼诺事件（表2）。

然而，根据YK分类，自1900年以来，在任何变暖放缓期都

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[30571]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word