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2022年太平洋上空的歷史性東南風是否會觸發第三年的拉尼娜事件?

2022年太平洋上空的歷史性東南風是否會觸發第三年的拉尼娜事件?

基於氣候預測中心和國際氣候與社會研究所的更新和4月釋出的《中國多模式整合(CMME) El Niño-Southern振盪(ENSO)展望》,2022年,La Niña有望持續到北溫帶的夏秋兩季,這表明拉尼娜很有可能持續三年(2020 - 23)。這將是自1998-2001年以來的第一個三年La Niña,自1980年以來,這是唯一觀察到的三年La Niña事件。

透過考察2022年3月熱帶太平洋上空的海空場狀態,可以看出這一點。雖然溫躍層深度接近平均水平,但東南風應力是1980年以來最強的。在這裡,基於四元線性迴歸模型,該模型包含了赤道太平洋上空的各種相關海氣變數3月,我們認為赤道太平洋上空的歷史上的東南風有利於海蝕的出現3年La Niña,異常東風和南風應力分量都是重要的貢獻因子。此外,這一事件可能對全球氣候的影響是進行了討論。

厄爾尼諾濤動(ENSO)是熱帶地區最大的年際氣候變化。儘管它的進化發生在熱帶太平洋地區,但它對世界各地的氣候和社會仍有深遠的影響。同時,ENSO訊號也為其他短期氣候預測提供了非常重要的資訊。因此,一個成功的ENSO預報是非常重要的。

事實上,統計和物理預測模型都可以成功預測到20世紀末ENSO的演化,提前期為6到12個月。儘管取得了這些進展,ENSO的複雜性一直是制約ENSO預測的重要障礙。ENSO在空間和速度上都表現出高度的複雜性。例如,有中太平洋(CP)和東太平洋(EP)型別El Niño和La Niña之間存在振幅差異和空間不對稱性,Niña事件可以持續兩年或三年。這些複雜性無疑給模擬和預測ENSO帶來了重大挑戰。

透過對歷史資料的分析發現,與El Niño相比,La Niña的複雜度更高反映的是時間而不是空間。例如,從1980年至今發生的16個La Niñas中,有13個持續了下來,其中1998-2001年是一個為期三年的La Niña活動。

最近,2021-22年已被正式確定為La Niña年,這使得2020-22年成為兩年的La Niña事件。再者,這拉尼娜並沒有很快巔峰後的衰退。相反,它堅持作為一個溫和的La Niña,甚至最近反彈。

根據最新的氣候預測中心和國際氣候與社會研究所4月釋出的ENSO展望,2022年La Niña被看好繼續透過北方夏季(2022年6月至8月期間有59%的機率),並有50%-55%的機率持續到秋季。由中國氣象局國家氣候中心組織的平臺釋出自2020年3月以來中國各ENSO預報模型的月度預報。透過相應的預測可以看出,在CMME中,模型之間存在很大的差異中間耦合模型(ICMs)和統計模型(SAMs)都需要La Niña諮詢,總結兩個平臺的預測,似乎又是一個三年的La Niña (2020-23)。

基於ENSO統計預測模型,分析了這一潛在的可能原因,La Niña事件將被繼續研究調查。

ENSO預測的另一個障礙是所謂的彈簧可預測性障礙(SPB),即預測技能的意志無論何時做出預測,當它跨過春天時,都會顯著下降。另外,還有一個重要的特點與之相關。

ENSO的季節變化是季節性相鎖的,也就是說,ENSO事件通常在冬季成熟,在隨後的春天迅速衰減。採用經驗正交函式分析法對這一特徵進行定量分析1980 - 2018年,Fang和Zheng(2021)指出,典型的ENSO演化可以解釋90%的總方差。

對應的主成分與10 - 12月的均值海溫(SST)指數幾乎相同(120°W)。因此,有可能提供ENSO演化的準確預測。

基於這個假設,Fang和Zheng(2021)探索了使用3月資料使用統計預測後續ENSO演化的可能性模型,它還可以定量地反映預測因子的相對貢獻。在本研究中,他們的模型將被用來探討2022年到可能第三年的La Niña活動在次年3月赤道太平洋上空的歷史性東南風的重要貢獻。

為此,我們使用了四個物理定向變數來建立三月海空之間的聯絡和隨後的ENSO演化。它們是赤道平均溫躍層深度異常,西太平洋緯向風應力異常(Tauxa_W),赤道TCD異常緯向梯度

太平洋(TCDa_G)和赤道東太平洋(Tauya_E)平均經向風應力異常。

TCDa_G反映了西太平洋和東太平洋之間的溫躍層或開爾文向東傳播波狀訊號。Tauya_E與研究中所強調的ENSO的複雜性及過程有關。具體來說,ENSO的複雜性是東太平洋的經向過程區域,在經典的ENSO理論中很少被考慮。

在物理引數選擇的基礎上,採用四元線性迴歸方程研究兩者之間的關係,3月海空場與OND平均ENSO性質之間的關係如下:

Niño34OND p =

a

×TCDa_MM o +

b

×TCDa_G M o +

c

×Tauxa_WM o +

d

×Tauya_E M o +

e

OND的意思是Niño-3。4指數之和。該方法的細節可以在方舟子的研究中找到。

研究表示,赤道中部至東部太平洋地區仍然保持寒冷狀態,大部分地區溫度低於-1°C。相應地,溫躍層深度在東部表現為第9代淺層異常,在西部表現為第9代深層異常,即所謂的傾斜或偶極模式。同時,赤道太平洋上空的東南風也很明顯。這樣的風場分佈透過緯向Bjerknes反饋和經向物理作用有利於La Niña-like演化誘導過程。

2022年太平洋上空的歷史性東南風是否會觸發第三年的拉尼娜事件?

為了量化每個變數對ENSO的貢獻,圖2給出了重構的OND均值Niño-3。4指數利用1980-2021年3月的4個變數進行了四元迴歸分析。相關係數重建指數與觀測指數為0。86。此外,所有La Niña事件都可以被準確捕獲(即藍色點在第三象限)。此外,迴歸係數(圖2)表明TCDa_M和Tauxa_W指數在ENSO的發展中起主導作用。

另外兩個變數的負係數表示TCD的正(負)緯向梯度或北風(南風)東太平洋的應力有利於赤道東太平洋的變暖(變冷),說明了相變和經向過程在東太平洋地區的重要性。後一個因素從3月開始,在理解其對ENSO演化的影響方面,得到的關注不如緯向。

基於該模型,3月份各變數(即TCDa_M、TCDa_G、Tauxa_W和Tauya_E)與OND均值Niño-3。4指數的比值可以定量估計。可以看出,對於2000年,它是強烈的東風壓力,克服了其他三個變數的相反影響。

這表明海洋動力學(以溫躍層深度分佈為特徵)不支援進一步的降溫補給振子等經典ENSO理論,可導致西太平洋異常強東風透過激發上湧的海洋開爾文波和驅動異常的向西表面流來冷卻。

2022年太平洋上空的歷史性東南風是否會觸發第三年的拉尼娜事件?

無論如何,2022年的情況完全不同。異常的東風和南風應力都很重要每個都可能對La Niña的進化貢獻約50%,而與TCD相關的變數幾乎沒有影響。

南風被認為能夠加強赤道以南的海洋上升流,並增強非赤道地區的地下冷水侵入赤道地區,從而作為一個對海溫變化的額外冷卻效應。

此外,正如Fang和Zheng所建議的,經向所起的作用2000年以後赤道東太平洋的風對ENSO的後續演變比1980-99年更重要,這進一步解釋了這兩個事件之間的巨大差異。

2022年3月和4月之間的差異清楚地表明當前La Niña狀況的永續性。更具體地說,太平洋中部至東部的TCD變淺,赤道上空的太平洋東南風仍然很強,甚至在熱帶太平洋中部增強,整個盆地的海溫在變冷。

因此,基於目前的海氣狀況和四元線性迴歸模型,我們的觀點是歷史經赤道太平洋的東南風有利於2022/23年第三年La Niña事件的出現。

調查即將到來的三年La Niña對2022年夏季氣候的潛在影響有利於研究冬季平均降水和平均溫度。因為自1950年以來,三年La Niña事件只存在於1973-76年和1998 - 2001。1975年和2000年夏季,熱帶地區出現了明顯的降水異常與向西延伸的冷舌有異同。南方的降雨量較少,但北美南部沿海大陸地區降雨較多。

然而,在西方1975年降水偏少,2000年降水偏多。在中國,夏季的降雨量是2000年在中國黃淮河平原集中,1975年在中國北方集中,夏季降水減少,這兩年都發生在中國南方。在冬季,歐亞大陸和北美洲出現了廣泛的冷異常。更頻繁和強大的冷空氣活動可能影響北半球中高緯度地區,極寒可能會籠罩歐亞大陸和北美大陸的大部分地區。

1975年,中國中東部和東北地區冷異常和暖異常,2000年則相反。1975年和2000年之間的不一致給中國2022年的氣候預測帶來了很多不確定性,我們應該要注意1975年和2000年降水異常和溫度異常都比較明顯的地區。

例如,更多潛在的洪水與中國北部更多的降水有關,更有可能引起次年夏季中國南方的熱浪和乾旱。

同時,在這個冬天,我們需要意識到的風險。歐亞大陸的強冷空氣激增,這也可能在中國東部或東北部產生更多的極端寒冷。

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