兩類La Ni?a季節演變過程的海氣耦合特征對比

王磊，張文君，祁莉，何金海*

（1.南京信息工程大學大氣科學學院，氣象災害教育部重點實驗室，江蘇南京 210044）

兩類La Ni?a季節演變過程的海氣耦合特征對比

王磊1，張文君1，祁莉1，何金海1*

（1.南京信息工程大學大氣科學學院，氣象災害教育部重點實驗室，江蘇南京 210044）

利用1951—2010年逐月的HadISST海表溫度資料、SODA次表層海溫資料和NCEP／NCAR再分析資料等，對比分析了東太平洋（EP型）La Ni?a和中太平洋（CP型）La Ni?a的海氣耦合特征在季節演變過程中的差異。EP La Ni?a海表溫度異常中心在發展年夏季出現于南美沿岸，隨后向西移動，盛期最大海表溫度異常中心位于赤道東太平洋，而CP La Ni?a海溫異常中心少動，基本維持在160°W附近，其強度更強，持續時間更長。受海溫分布形態影響，熱帶大氣對兩類La Ni?a的響應非常不同，成熟期間CP型在中太平洋偏旱的強度和范圍比EP型大，且略偏西。發展年夏、秋季，北半球位勢高度響應較弱；冬季，負PNA位相易伴隨兩類La Ni?a出現，但異常活動中心的位置和強度不同，在北大西洋其大氣響應幾乎相反，這些差異會引起顯著不同的區域氣候異常。

EP La Ni?a；CP La Ni?a；海氣耦合特征；遙響應

1 引言

ENSO是全球年際尺度上最強的氣候變率，盡管起源于熱帶太平洋，卻能引起全球大范圍天氣、氣候的異常，長久以來一直受到國內外學者的廣泛關注。研究表明，ENSO異常復雜，具有多樣性，例如，早期工作指出El Ni?o的發展包含兩種不同類型：一類自東太平洋秘魯沿岸增溫向西擴展；一類在赤道中太平洋增溫向東傳播［1-2］。尤其最近20年來，觀測發現一種新型El Ni?o常發生在赤道中太平洋，這類新型的El Ni?o與傳統El Ni?o截然不同，最大海溫暖中心不是位于赤道東太平洋，而是位于中太平洋日界線附近，故被稱為“Dateline（日界線）El Ni?o”［3］、“El Ni?o Modoki（似是而非）”［4］、“Central Pacific（中太平洋，簡稱CP）El Ni?o”［5］、“Warm pool（暖池）El Ni?o”［6］，而傳統El Ni?o（Conventional El Ni?o）則相應地被稱為“Eastern Pacific（東太平洋，簡稱EP）El Ni?o”［5］或者“Cold Tongue（冷舌）El Ni?o”［6］。盡管命名不同，研究的現象卻幾乎一致。在此，為了方便，本文沿用東部（EP）型和中部（CP）型的命名方式來區分兩類ENSO事件。

國內外氣象學和海洋學家對ENSO的形成和循環機制開展了大量研究工作，從早期的正反饋機制［7］、信風張弛理論［8］，到80年代海氣相互作用的不穩定波動理論［9］、時滯振子理論［10］，20世紀90年代末的充放電（熱）理論等［11-12］，EP型ENSO循環機制的物理解釋逐步完善，同時得到了大量觀測事實和海氣耦合模式的驗證。然而，關于CP型ENSO形成及演變過程尚未能有合理解釋，Ashok等［4］認為CP型ENSO也是由風應力引起溫躍層變化造成，不同在上升運動移動到熱帶中太平洋；Kug等［6］認為CP型El Ni?o演變過程中水平平流起關鍵作用，體現為緯向平流反饋機制；此外也有研究認為CP型ENSO受熱帶外大氣強迫［13-14］、澳亞季風強迫［15］而激發產生。在氣候影響方面，大量研究也已指出不同類型的El Ni?o會造成熱帶地區對流活動［4，16］和熱帶外大氣遙響應［16-18］的顯著差異；同時，還會引起東亞、北美、澳大利亞等地不同的降水和氣溫異常［17-24］；對西北太平洋和北大西洋的熱帶氣旋發生頻次和路徑以及南半球風暴軸活動也有明顯不同的作用［25-27］。

上述關于兩類ENSO的研究大多針對暖事件展開，對其反位相La Ni?a事件的討論相對較少。有研究指出相比于暖事件，冷事件沒有顯著的緯向位置差異［6，28-29］。然而，Shinoda等［30］針對個例的分析發現，La Ni?a事件所對應的洋流并不一致，一類La Ni?a事件對應赤道太平洋緯向表層流全區一致向西的運動，另外一類La Ni?a對應表層流在日界線附近的輻散，因此他們把這兩類La Ni?a分別歸類為EP La Ni?a和CP La Ni?a。一些研究也指出兩類La Ni?a能引起不同的氣候異常分布型，尤其對于區域氣候而言，能造成近乎相反的氣候異常，例如，Cai和Cowan［31］發現兩類La Ni?a對澳大利亞的秋季降水影響顯著，EP型La Ni?a通常造成澳大利亞東部降水偏多，而CP型對應的降水大值區位于西北和北澳；Tedeschi等［32］指出受不同類型La Ni?a的影響，春季巴西東北部和秋冬季南大西洋輻合區的降水異常明顯不同。可見，不同分布型的La Ni?a在氣候影響上同樣存在顯著的差異，有必要做分類研究討論。

目前，尚無明確的指數或統一的標準能完全適用于兩類La Ni?a事件的區分。常用于描述兩類ENSO的指數有三類，即由Ashok等［4］、Kao和Yu［5］和Ren和Jin［29］定義的指數，盡管定義方法各異，這三類指數卻存在很高的一致性［33］。Ren和Jin［29］指出，兩類ENSO指數雖然能有效地判別El Ni?o事件的類型，但在區分兩類La Ni?a事件的能力上有限。Tedeschi等［32］指出，根據冬季El Ni?o Modoki指數劃分的兩類La Ni?a事件有一半是重疊的，可見，現有的兩類ENSO指數不具備劃分La Ni?a事件類型的能力。因此，類似于Kug等［6］判別兩類El Ni?o的方法，根據海表溫度異常（SSTA）的空間結構來區分兩類La Ni?a事件可能是目前一種行之有效的方法。袁媛和晏紅明［34］將標準化Ni?o指數達到負距平最大值的月份及前后各1個月定義為La Ni?a成熟期，并基于成熟期海溫距平的空間結構劃分兩類La Ni?a，由此討論兩類La Ni?a海溫異常特征及熱帶大氣響應特征的差異。然而，ENSO具有較強的季節性，依據最強SSTA異常的分類方法忽略了La Ni?a發生的季節背景，會掩蓋ENSO的季節特性而不能運用于動力學機制分析、氣候學診斷和預測研究。本文將在他們的工作基礎上，根據冬季海溫分布結構對La Ni?a進行分類，進一步分析兩類La Ni?a海氣耦合特征季節演變的差異，理解兩類La Ni?a在季節尺度上的動力特征，為氣候影響和季節預測提供基礎。

2 資料和方法

2.1 資料

本文所用資料包括：（1）英國Hadley中心提供的月平均海表溫度（HadISST）資料［35］，水平分辨率為1° ×1°；（2）月平均全球次表層海洋同化（Simple Ocean Data Assimilation，SODA）資料［36］，本文取300 m以上共16層（268.46、229.48、197.79、171.4、148.96、129.49、112.32、96.92、82.92、70.02、57.98、46.61、35.76、25.28、15.07、5.01 m）海溫資料，水平分辨率為0.5°×0.5°；（3）NCEP／NCAR網格距2.5°×2.5°的月平均再分析資料［37］，要素包括位勢高度場、風場、比濕場、地面氣壓場、垂直速度場、2 m溫度場等。除SODA資料截止到2008年12月以外，其他資料時間跨度皆取1951年1月—2010年12月。距平場通過減去1951—2010年的氣候平均場計算得到，在使用之前均去掉了線性趨勢，值得指出的是去掉線性趨勢前后的結果基本一致。文中的季節平均分別指北半球春季3—5月（MAM）、夏季6—8月（JJA）、秋季9—12月（SON）、冬季12月—翌年2月（DJF），JJA（0）（MAM（1））代表ENSO發展（衰減）年的夏季（春季），其他季節類同。

2.2 方法

2.3 La Ni?a事件的分類

本文采用Kug等［6］、Yeh等［38］和Zhang等［18—20］等的方法，根據盛期SSTA空間結構對1951—2010年間的La Ni?a事件做出分類。

（1）La Ni?a事件的選定：根據冬季海溫距平連續5個月低于-0.5℃的標準，美國國家氣候預測中心（NOAA CPC）使用3個月滑動平均的Ni?o3.4海溫指數（5°N～5°S，120°～170°W）作為監測指數，定義了發生在1951—2010年間的17次La Ni?a事件，這些事件有：1954／1955、1955／1956、1964／1965、1970／1971、1971／1972、1973／1974、1974／1975、1975／1976、1983／1984、1984／1985、1988／1989、1995／1996、1998／1999、1999／2000、2000／2001、2005／2006、2007／2008。

（2）La Ni?a事件的分類：通過比較冬季Ni?o3和Ni?o4指數的大小判定La Ni?a事件的類型，即Ni?o3指數絕對值明顯大于Ni?o4指數時，稱為EP型La Ni?a；相反，當Ni?o4指數的絕對值明顯大于Ni?o3指數，則稱CP型La Ni?a。考察逐次事件期間冷異常的傳播和冷中心的移動，可以發現1970／1971、1999／2000、2007／2008三次事件在成熟期內，冷異常中心從東太平洋迅速西移至中太平洋，從而兼有EP型La Ni?a和CP型La Ni?a的特點（圖略）；此外，這三次事件強度比其他事件強得多，表現出與一般事件不同的特性。為避免對分類合成的干擾，本文暫不考慮這三次事件。在未來的工作中，我們將進一步仔細探討這三次事件的獨特性。

最終得到的EP La Ni?a事件有：1954／1955、1955／1956、1964／1965、1971／1972、1984／1985、1995／1996、2005／2006；CP La Ni?a事件有：1973／1974、1974／1975、1975／1976、1983／1984、1988／1989、1998／1999、2000／2001。其中，1954／1955、1955／1956和1974／1975、1975／1976此類相鄰的La Ni?a事件由于持續時間長常被看作是一次過程［34，39］，本文我們分別嘗試去除和保留這些個例，發現其合成結果的差異可以忽略。

3 熱帶海氣耦合特征的對比

3.1 熱帶海溫演變特征

圖1給出了兩類La Ni?a事件對應的SSTA和表面風距平的季節演變。由圖可見，La Ni?a發展年夏季，EP型La Ni?a海溫負距平中心主要出現在南美沿岸及赤道東太平洋；而CP型La Ni?a海溫負距平中心則位于赤道中太平洋，東太平洋并未出現海溫異常。隨后（見圖1c、d、e、f），EP型La Ni?a的冷海溫異常強度增強、范圍向西擴展；而CP型的海溫異常強度也顯著地增強，但是中心沒有明顯移動，只是異常范圍略向東擴展。La Ni?a衰減年春季（見圖1g、h），EP型La Ni?a在赤道太平洋的海溫異常迅速衰減，海溫趨于正常狀態；CP型La Ni?a的海溫負距平有所減小但仍能維持低于-0.5°C的強度，異常范圍收縮回至赤道中太平洋區域，北太平洋中緯度地區和南太平洋仍有海溫正距平。相比于EP型，CP型La Ni?a的事件持續性更長，較強的海溫異常能維持到翌年春季。尤其值得注意的是，兩類La Ni?a的SSTA中心緯向位置在季節演變過程中表現出顯著的不同：EP型的負距平中心有西移的特征（見圖1c、e），而CP型的負距平中心則基本維持在160°W附近（見圖1d、f），我們同樣考察了發展年夏季到翌年春季SSTA的逐月變化，發現結果與圖1類似。為了更清晰地表征兩類La Ni?a的傳播情況，圖2給出了在赤道太平洋（5°S～5°N，120°E～80°W）區域海溫距平合成中心緯向位置逐月的變化，CP型La Ni?a的負距平中心始終處于150°W以西，無論處于發展期還是衰減期，海溫距平中心都幾乎沒有移動；然而，EP型La Ni?a的負距平中心從發展年的夏季到翌年春季卻西移了近60°，尤其由發展年冬季到次年春季，原位于東太平洋的SSTA中心西移越過150°W移動到中太平洋區域，接近CP La Ni?a的中心位置。

除了在分布型態和持續性上存在明顯差異，兩類La Ni?a事件的強度也不同。CP型La Ni?a海溫異常始終強于EP型，這種差異與兩類El Ni?o的強度特征剛好相反，CP型El Ni?o在強度上往往弱于EP型［5］。暖海溫異常更容易在東太平洋發展，而冷海溫異常更容易在中太平洋發展，這可能與溫躍層東淺西深的結構有關。此外，CP型La Ni?a在赤道西太平洋暖池區有顯著海溫正距平，成熟期西北太平洋、北太平洋中部和南太平洋西部也出現顯著的正距平海溫區，這些暖異常連接成帶，與赤道中太平洋的冷異常共同構成“馬蹄形”的距平分布結構。而EP型La Ni?a無論在熱帶西太平洋還是太平洋副熱帶區正距平都偏弱。

由于熱帶太平洋是強海氣相互作用區，表面風距平與SSTA的分布較好地耦合在一起，兩類La Ni?a在赤道中西太平洋區都盛行偏東風，CP型La Ni?a的東風距平強度大于EP型，異常的赤道東風吹向熱帶中西太平洋后，分別向澳大利亞東北的洋面和菲律賓一帶轉向，向“馬蹄形”結構的海溫正距平區匯合。根據Gill［40］的研究可知，分布在赤道兩側的反氣旋是大氣對赤道冷海溫的一種響應。與兩類La Ni?a海溫距平位置一致，CP型La Ni?a相對應的反氣旋對相比于EP型位置偏西。另外值得注意的是，CP型La Ni?a的發展年冬季（圖1f），赤道東太平洋有顯著的西風異常，而EP型La Ni?a期間沒有出現這種現象，此西風異常抑制了赤道東太平洋冷水的上涌，從而抑制東太平洋海溫負距平的發展。

圖1 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的海表溫度（℃）距平和表面風（m／s）距平分布

為了考察次表層海溫結構，圖3給出了EP型和CP型La Ni?a赤道太平洋地區（5°S～5°N）次表層海溫異常的深度-經度分布結構。EP型發展年夏季（見圖3a），冷海溫異常信號主要出現在赤道東太平洋，異常中心位于溫躍層附近（此處溫躍層指氣候平均20℃等溫線所在的曲面），較弱的正異常出現在西太平洋。到發展年秋季（見圖3c），西太平洋暖池區次表層的正異常增強，東太平洋的冷異常則向西擴展，中心沿氣候溫躍層西移約10°。EP型發展年冬季（見圖3e），東太平洋冷異常的強度和位置變化不大，但西太平洋次表層海溫進一步增強并向東擴展。及至次年春季（見圖3g），中東太平洋次表層的冷海溫異常迅速消失，西太平洋暖池區在溫躍層上下仍能維持海溫正距平。

圖2 EP La Ni?a和CP La Ni?a在赤道太平洋區域（5°S～5°N，120°E～80°W）合成的海溫距平中心經度位置隨時間的變化

相比而言，CP型La Ni?a發展年夏季（見圖3b），強冷異常出現在赤道中太平洋140°W左右，異常中心位于次表層100 m深度處，中心強度明顯大于同期的EP型La Ni?a，其東西兩側各有暖海溫異常分布，次表層表現出“＋-＋”的異常分布。到發展年秋季（見圖3d），中太平洋的冷異常海溫沿氣候溫躍層向東太平洋擴展，異常中心變化不大，此時中東太平洋溫躍層以上幾乎全為負海溫距平所控制。La Ni?a發展年冬季，負海溫中心略向東移動，此時CP型（見圖3f）與EP型（見圖3e）次表層海溫距平的深度-經度剖面分布結構相似，但CP型負距平中心偏西強度偏強。CP型衰減年春季（見圖3h），冷海溫異常范圍向西收縮。總體而言，CP型La Ni?a的次表層海溫異常不僅開始早于EP型，結束時間也要晚于EP型。

結合海表溫度距平（見圖1）和次表層溫度距平（見圖3）的季節演變可以發現，從發展年秋季到冬季，EP型La Ni?a海溫負距平中心在海表有西移的特點，但在次表層中心移動不明顯；相反，CP型La Ni?a海表負距平中心基本不變，但負中心在次表層自秋季至冬季沿氣候溫躍層略有東移。比較而言，兩類La Ni?a在次表層和表層均表現出不同的傳播特征，其動力原因尚不清楚，有待未來進一步研究。總而言之，EP型和CP型La Ni?a呈現出完全不同的動力學特征。

3.2 熱帶大氣響應特征的演變

熱帶海洋和大氣是相耦合的，一方面，大氣通過風應力作用于海流改變海溫分布；另一方面，海洋通過加熱影響大氣運動，海氣間的相互作用可以直接改變環流分布從而造成全球氣候的異常響應。ENSO是全球海氣耦合最強的系統，前面分析可見，兩類La Ni?a在表層和次表層海溫存在顯著的差異，那么，相對應的熱帶大氣異常特征是否也有明顯不同？

圖4是兩類La Ni?a在熱帶激發的異常垂直環流隨季節的演變，EP型發展年夏季（見圖4a），La Ni?a在熱帶西太平洋自低層到高層有一致的上升運動，中東太平洋主要為下沉運動，日界線附近的垂直運動較弱，表現出單圈異常的Walker環流。到了秋季（見圖4c），整個熱帶太平洋區域對應單圈異常的Walker環流更強，暖濕的上升支位于西太平洋100°～150°E間，赤道中東太平洋是大范圍的干下沉區，此上升、下沉支恰好與EP El Ni?o激發的對流活動［17］相反。這種單圈結構自夏季已開始出現，在秋季結構最為分明，而到了發展年冬季（見圖4e），西太平洋的上升支較秋季有所減弱，但中東太平洋的下沉運動范圍有所增大。次年春季（見圖4g），單圈異常垂直環流基本消失，熱帶地區出現多支弱下沉區。

CP型La Ni?a激發的垂直環流與EP型明顯不同，自發展年夏季至次年春季（見圖4b、d、f、h），熱帶太平洋地區的Walker環流表現出顯著的緯向雙圈異常結構。隨冷海溫距平中心的西移，赤道太平洋的干下沉中心也略有西移，而赤道西太平洋和東太平洋有兩支濕上升環流。與同期EP型比較，CP型La Ni?a發展年的上升和下沉運動都要更旺盛，Walker環流的雙圈結構出現早（發展年夏季）而結束晚（次年春季）。速度勢距平和比濕距平的垂直分布特征與Walker環流結構相配合，下沉支對應比濕偏小，高層輻合、低層輻散，上升支則相反。

結合高低層異常風場的速度勢和輻散輻合場（見圖5、圖6），可以更好地理解熱帶大氣對兩類La Ni?a的響應差異。從發展年夏季到次年春季，EP型La Ni?a在高層200 hPa和低層850 hPa速度勢距平場上均呈“偶極型”分布特征，日界線以東的赤道東太平洋對應大范圍的低層輻散和高層輻合，西太平洋地區則為低層輻合和高層輻散區，異常中心位于100°～150°E間，太平洋區域的偶極結構在翌年春季減弱。CP型La Ni?a的速度勢距平則以“三極型”結構為主，隨著冷海溫西移，熱帶大氣的異常輻合輻散中心也向西偏移，低層異常輻合和高層異常輻散的中心分別位于120°E以西和60°W附近，西太平洋的輻合輻散異常比南美沿岸的另一支范圍更廣強度更大。與SSTA的強度特征一致，CP型的異常輻合輻散比EP型更強。自發展年夏季至次年春季，與兩類La Ni?a相對應的熱帶大氣垂直運動和高低層輻散風場，表現出非常不同的空間結構和強度特征，袁媛和晏紅明［34］的工作重點關注La Ni?a發展年的成熟期，在此時期我們的結論與之一致。

圖3 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的次表層海溫距平（℃）在赤道太平洋（5°S～5°N）的深度-經度剖面分布

圖4 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的赤道太平洋（5°S～5°N）Walker環流距平場（m／s）

大氣環流的異常是造成降水異常的直接原因，對比隨季節演變的整層積分水汽通量散度（見圖7），可以定性分析兩類La Ni?a造成降水的差異，主要差異體現在赤道太平洋及太平洋周邊地域。La Ni?a發展年夏季（見圖7a、b），兩類La Ni?a均對應赤道中太平洋零星的水汽輻散區，CP型強度強于EP型，并且在日本東南方向的西北太平洋海域有明顯的水汽輻合，而EP型以水汽輻散為主。發展年秋、冬季（見圖7c、d和圖7e、f），降水差異更為明顯，CP型La Ni?a在赤道中太平洋偏旱的強度和范圍都比EP型La Ni?a大，且整層水汽通量輻散的中心也隨SSTA冷異常中心、垂直異常下沉中心的西移向西略微移動；CP型在副熱帶洋區的水汽輻合區向赤道西伸與熱帶海洋性大陸的輻合區相連，這種結構與海溫異常的“馬蹄型”相匹配；相比而言，EP型這種結構的分布較弱。衰減年春季（圖7g、h），EP型水汽異常不顯著，只在日界線附近的赤道太平洋有小片輻散區；而CP型仍能維持發展年的水汽異常分布型態。此外，CP型La Ni?a在南美沿岸更易造成Ni?o1＋2區降水偏多，可能可以歸因于異常垂直對流位置的移動和低層風場異常的影響。總之，兩類La Ni?a由于不同的海溫型，造成了對流位置、范圍和強度的明顯不同，然而，它們的差異沒有兩類El Ni?o的差異顯著［6，16-17］，這主要是由于兩類El Ni?o相對應的海溫異常分布相比于La Ni?a更容易分開。

圖5 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的850 hPa速度勢（等值線，單位：105m2／s）和輻散風場（矢量，單位：m／s）的距平分布

4 熱帶外大氣遙響應特征的對比

ENSO事件不僅能引起熱帶地區天氣、氣候的異常，而且會通過遙相關影響中高緯地區大氣環流。為了分析兩類La Ni?a對熱帶外大氣的可能作用，圖8給出了兩類La Ni?a相對應的對流層中層500 hPa位勢高度異常場的分布，在對流層的高、低層也有類似結果。可以發現，發展年的夏、秋季（見圖8a、b和圖8c、d），北半球中高緯大氣對兩類La Ni?a的響應都較弱，在發展年夏季EP La Ni?a存在自中太平洋（30°N，160°E）向下游東北太平洋和北美延伸的“-＋-”異常分布，此異常型在秋季消失；而CP La Ni?a年卻沒有類似的異常分布。兩類La Ni?a在南半球的響應信號差異很大，CP La Ni?a對應南太平洋160°E～60°W間顯著的南北偶極結構，EP型在南半球沒有表現出顯著的位勢高度異常。

冬季（見圖8e、f），隨著熱帶太平洋SSTA的強盛，北太平洋和北美地區呈現出顯著的太平洋／北美型遙相關（PNA）的負位相，即由北太平洋、美國東南部的正異常中心，與夏威夷附近和北美西海岸的負異常中心共同構成的波列［41-42］。雖然都對應負PNA位相，EP和CP型La Ni?a的異常活動中心在位置、強度和型態上仍存在較大的差異：北太平洋阿留申區域的正異常在EP型期間強度較強，中心位于45°N附近的北太平洋中部，并沿西北-東南方向延伸；而CP型對應的北太平洋正異常較EP型弱，位置偏東南，且略呈西南-東北走向，向東擴展與北大西洋中緯的異常高壓帶相連。值得注意的是，兩類La Ni?a在北大西洋中高緯地區呈現出南北反相的位勢距平分布，EP型冬季，北大西洋氣候異常主要表現為北大西洋濤動負位相（NAO），而CP型卻呈現NAO正位相，不同的NAO型大氣異常將引起截然不同的西歐冬季氣候異常［43］。此外，EP La Ni?a在南半球的信號仍然較弱，CP La Ni?a對應的南半球中高緯偶極型分布也大為減弱。

到衰減年春季（見圖8g、h），兩類La Ni?a相對應的北半球的PNA信號減弱，南半球下墊面由于分布更均勻，CP型La Ni?a仍存在以60°S為軸南北反向變化的緯向帶狀環流異常，而EP型則無顯著異常信號。已有研究［44-45］指出，La Ni?a與南半球環狀模（SAM）相對應的緯向對稱流有顯著負相關，即La Ni?a發生時平均SAM指數趨于正值。圖8b、d、f、h結果顯示，二者負相關關系主要源于正SAM對CP La Ni?a的響應。

圖6 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的200 hPa速度勢（等值線，單位：105m2／s）和輻散風場（矢量，單位：m／s）的距平分布

由兩類La Ni?a對應的850 hPa風場距平分布（見圖7），可以探討上述熱帶外異常環流在低層的異常特征。結合圖8可以看到，La Ni?a期間中高緯地區主要表現為正壓結構。低層北太平洋的反氣旋環流和北美及其西岸的氣旋式環流正對應高層的位勢正異常和負異常。尤其在發展年冬季，北太平洋阿留申異常反氣旋非常顯著（見圖7e、f），受該反氣旋西部偏南風和東部偏北風的控制，太平洋副熱帶洋面呈現西部偏多而東部偏少的降水異常。同時，伴隨EP型（CP型）La Ni?a激發的NAO負（正）位相異常，北大西洋副熱帶洋區的（35°～40°N）異常偏東風（偏西風）表明北大西洋急流的減弱（增強）。

圖7 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的整層積分水汽通量散度（陰影）和850 hPa風場（流線）的距平分布

圖9給出了兩類La Ni?a的2 m氣溫異常，La Ni?a發展年夏季（見9a、b），南半球溫度異常的響應比北半球略強，EP型對應南美南部和南非南部的顯著降溫；而CP型基本觀測不到顯著的溫度異常。到發展年秋季（見圖9c、d），EP La Ni?a對應歐亞大陸中西部的大范圍增溫，CP La Ni?a則對應該地區弱的降溫異常。這種溫度變化在La Ni?a冬季（見圖9e、f）發生反轉，整個歐亞大陸在EP型冬季表現出溫度負異常，西北歐和我國東北為顯著的降溫區；而CP型冬季則對應以西北歐為中心的歐亞中高緯弱的增溫。此外，冬季北美以溫度負異常為主，EP La Ni?a年異常中心位置偏西位于加拿大北部，而CP La Ni?a年中心偏東位于北美東側的北大西洋地區。到翌年春季（見圖9g、h），西北歐地區仍維持冬季EP型對應的溫度負異常，CP型冬季存在的北大西洋高緯溫度負異常向西延伸。另外可以發現，印度洋地區能伴隨La Ni?a發展演變出現顯著的氣溫異常，EP型的溫度異常出現于發展年夏季并維持到衰減年春；而CP型期間印度洋的氣溫異常自盛期冬季開始發展。

5 結論

本文根據海表溫度分布型，將La Ni?a事件分為EP型和CP型兩類，進一步利用SODA次表層資料、NCEP／NCAR環流場資料對比分析了它們在發生、發展、維持、衰亡過程中海氣耦合特征的季節演變，得到以下主要結論：

（1）兩類La Ni?a的海溫異常呈現不同分布型態，在強度、持續性、傳播性上均存在差異。EP型海溫異常中心發展年夏季出現于南美沿岸，隨后西移，盛期SSTA中心位于赤道東太平洋；CP型海溫異常則出現在赤道中太平洋，發展過程中冷中心少動，穩定維持在160°W附近，強度較同期EP La Ni?a更強，且海表溫度距平的緯向、經向梯度大，冷、暖海溫異常自發展年秋季形成“馬蹄形”的分布結構，可維持到次年春季。

圖8 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的500 hPa位勢高度（等值線，單位：m）的距平分布

（2）熱帶大氣對兩類不同分布型La Ni?a的響應顯著不同。EP型對應赤道地區單圈異常的Walker環流，單圈結構在秋、冬季很顯著，次年春季基本消失；CP型激發出雙圈結構的Walker環流，干燥下沉中心較EP型西移到中太平洋，西太平洋120°E以西和東太平洋90°W附近各有一支濕上升氣流，CP型的垂直環流比EP型更旺盛，雙圈結構出現早（發展年夏季）而結束晚（次年春季）。兩類La Ni?a引起的降水差異主要體現在赤道太平洋及其周邊地區，發展年夏季表現為中太平洋零星的水汽輻散區，成熟期間CP型在赤道中太平洋偏旱的強度和范圍比EP型大，且略偏西。衰減年春季，EP型水汽異常不顯著，而CP型仍能維持較旺盛的水汽異常分布。

（3）熱帶外大氣對EP和CP La Ni?a的響應特征也有很大差異。發展期間，CP型對應南太平洋顯著的南北位勢偶極結構；冬季，負PNA位相易伴隨兩類La Ni?a出現，但EP型和CP型的異常活動中心在位置、強度上存在差異，同時在北大西洋地區也呈現幾乎相反的響應。熱帶外大氣溫度異常的差異也值得注意，發展年秋、冬季，EP La Ni?a對應歐亞大陸由中西部的顯著增溫轉為全區的降溫，CP La Ni?a則由弱降溫異常轉為以西北歐為中心的歐亞中高緯弱增溫。

圖9 EP La Ni?a和CP La Ni?a合成的2 m溫度（等值線，K）的距平分布

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Contrasting air-sea features associated with two types of La Ni?a during the seasonal evolution

Wang Lei1，Zhang Wenjun1，Qi Li1，He Jinhai1

（1.Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education and College of Atmospheric Sciences，Nanjing University of Information Science&Technology，Nanjing 210044，China）

The air-sea coupled features are investigated associated with Eastern Pacific（EP）La Ni?a and Central Pacific（CP）La Ni?a during seasonal evolution，by using the monthly sea surface temperature from HadISST，subsurface sea temperature from SODA，and reanalysis data from NCEP／NCAR.For EP La Ni?a，the sea surface temperature anomalies（SSTA）occur over South American coast in developing summer and then are displaced westward.The negative SSTA center covers the eastern equatorial Pacific during the mature phase.Nevertheless，no significant propagation of SSTA is observed for the CP La Ni?a and its SSTA center maintains at around 160°W.The CP La Ni?a-SSTA are more intensive and persist longer compared to the EP La Ni?a.Tropical atmosphere responses are different for two types of La Ni?a.The CP La Ni?a is featured by a stronger intensity，a larger extent，and a slightly westward displacement in moist divergence compared to the EP La Ni?a.As a response to the two types of La Ni?a，height anomalies are both weak in developing summer and autumn.A negative Pacific-North America（PNA）pattern tends to be dominant during La Ni?a winters.However，their intensity and location differ from each other.Almost opposing North Atlantic Oscillation（NAO）-like atmospheric anomalies occur during the EP and CP La Ni?a winters，which may cause very different regional climate anomalies.

EP La Ni?a；CP La Ni?a；air-sea coupled features；teleconnection

P732.6

A

0253-4193（2014）01-0072-14

2013-06-27；

2013-09-25。

國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目（2012CB417403；2010CB950400）；國家自然科學基金項目（41005049）；長江學者和創新團隊發展計劃資助（PCSIRT）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD）。

王磊（1988—），女，江蘇省南京市人，從事季風與海陸氣相互作用研究。E-mail：wangleiNUIST＠126.com

*通信作者：何金海（1941—），男，教授，從事大氣低頻振蕩及季風與海陸氣相互作用研究。E-mail：hejhnew＠nuist.edu.cn

王磊，張文君，祁莉，等.兩類La Ni?a季節演變過程的海氣耦合特征對比［J］.海洋學報，2014，36（1）：72—85，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.01.009

Wang Lei，Zhang Wenjun，Qi Li，et al.Contrasting air-sea features associated with two types of La Ni?a during the seasonal evolution［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（1）：72—85，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.01.009