有无El Niño情况下印度洋偶极子演变特征及机理研究

桂发银; 李崇银; 黎鑫; 谭言科; 殷明

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2018.04.001

有无El Niño情况下印度洋偶极子演变特征及机理研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.04.001

桂发银^{1, 3},
李崇银^{1, 2, ,},
黎鑫^{1, 2},
谭言科¹,
殷明⁴

1.
国防科技大学气象海洋学院，江苏南京 211101
2.
中国科学院大气物理研究所/LASG国家重点实验室，北京 100029
3.
中国人民解放军92859部队，天津 300060
4.
中国人民解放军61936部队，海南海口 571100

基金项目:

国家自然科学基金项目 41490642

国家自然科学基金项目 41575062

国家自然科学基金项目 41605051

详细信息

通讯作者:
李崇银, 男，四川省人，研究员，从事天气气候变化及其动力学研究。E-mail: lcy@lasg.iap.ac.cn

中图分类号: P732
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出版历程
- 收稿日期: 2017-07-21
- 修回日期: 2018-06-18
- 刊出日期: 2018-08-01

THE EVOLUTION FEATURES AND MECHANISMS OF THE INDIAN OCEAN DIPOLE WITH/WITHOUT EL NIñO

Fa-yin GUI^{1, 3},
Chong-yin LI^{1, 2
, ,},
Xin LI^{1, 2},
Yan-ke TAN¹,
Ming YIN⁴

1.
Institute of Meteorology & Oceanography, National University of Defense Technology, Nanjing 211101, China
2.
LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
3.
Army 92859 of PLA, Tianjin 300060, China
4.
Army 61936 of PLA, Haikou 571100, China

摘要

摘要: 基于NCEP、SODA等再分析资料，采用合成分析和2.5层简化海洋模型数值模拟等方法，分析了El Niño和正印度洋偶极子(IOD)事件不同配置情形下印度洋海温异常的演变特征，并重点探讨了联合IOD和独立IOD事件中，关键海区海温异常的发展演变及其可能机制。对于联合IOD事件，初期马里沿岸的增暖可能对其发生起主要的激发作用；而对于独立IOD事件的发生，则可能是赤道东南印度洋的降温起主导作用。不同类型IOD事件中，热带印度洋海表温度异常(SSTA)和海面高度异常(SSHA)的演变特征有明显差别，孟加拉湾上空降水异常所起的作用也不一样，印度洋不同海区混合层温度异常的演变机制也有显著不同。基于2.5层简化海洋模式结果的分析表明，各个海区的热力、动力过程在不同IOD事件有着不同的作用。例如在索马里沿岸海区：对于联合IOD事件，西印度洋赤道东风异常和索马里沿岸东北风异常，有利于该海区出现纬向平流热输送和海表热通量正异常，从而增暖。而对于独立IOD事件，阿拉伯海上空的强西南风异常，加强了索马里沿岸底层冷水的上翻和海表的热通量损失，导致前期纬向平流和夹卷混合的负异常以及后期海表热通量的负异常，使得该海区变冷。
- 厄尔尼诺(El Niño) /
- 印度洋偶极子(IOD) /
- 演变特征 /
- 2.5层简化海洋模型 /
- 演变机制
Abstract: Based on various reanalysis data of NCEP and SODA, and combined with composite analysis and numerical simulation, the evolution features of sea surface temperature anomalies (SSTA) in Indian Ocean during the Indian Ocean Dipole (IOD) events with or without El Niño are studied. The development and mechanism of the ocean temperature anomalies in the key area are also intensively discussed. Warming along the coast of Somalia in the initial period may excite the IOD events with El Niño (CO El Niño-IOD), while negative SSTA in the southeast Indian Ocean plays an important role in the occurrence of IOD events without El Niño (Pure IOD). There are great differences between CO El Niño-IOD and Pure IOD, such as SSTA and SSHA in tropical Indian Ocean, rainfall anomaly over the Bay of Bengal and evolution mechanism of SSTA in the mixed-layer in various areas. The simulation results in the 2.5-layer simplified ocean model also show that the thermodynamic and dynamic processes will play different roles for different IOD events. Take the region along the Somali coast for example: In the CO El Niño-IOD, equatorial easterly anomalies in western Indian Ocean and northeast wind along the Somali coast are conducive to the zonal advection of heat transport and positive sea surface heat flux anomaly, leading to warming in this region. In Pure IOD, meanwhile, strong southwestern wind anomaly of the Arabian Sea makes Somali coast strengthen the upwelling of cold water and the loss of sea surface heat flux, which leads to negative zonal advection and entrainment anomaly in the early stage, and negative sea surface heat fluxes anomaly in the late stage, and eventually cools the sea.
- El Niño /
- Indian Ocean dipole (IOD) /
- evolution feature /
- 2.5-layer simplified ocean model /
- evolution mechanism

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图 1 不同类型事件中Niño3.4指数和IOD指数的时间演变特征

a.联合IOD；b.独立IOD。单位：℃。

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图 2 联合IOD(a)和独立IOD(b)事件中赤道西北、西南和东南印度洋SSTA的演变特征

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图 3 不同类型事件中合成SSTA(℃)的演变特征

a~e为独立El Niño事件；f~j为联合IOD事件；k~o为独立IOD事件。填充色里的白色点区域为通过0.10的显著性检验，后文做相同处理。

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图 4 不同类型事件中合成SSHA(10^-1 m)的演变特征

a~e为独立El Niño事件；f~j为联合IOD事件；k~o为独立IOD事件。

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图 5 不同类型事件中850 hPa风(矢量)和风速(m/s，填充色)异常的时空演变特征

a~e为独立El Niño事件；f~j为联合IOD事件；k~o为独立IOD事件。绿色矢量为通过0.05显著性检验(下同)。

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图 6 不同类型事件中赤道(5 °S~5 °N)印度洋-太平洋Walker环流异常情况

垂直速度放大了300倍。a~e为独立El Niño事件；f~j为联合IOD事件；k~o为独立IOD事件。

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图 7 不同类型事件中热带东印度洋(80~110 °E平均)局地经向环流异常情况

垂直速度放大了300倍。a~e为独立El Niño事件；f~j为联合IOD事件；k~o为独立IOD事件。

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图 8 2.5层简化海洋模型示意图

a.第一种情况; b.第二种情况。

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图 9 2.5层模式(a)和SODA资料(b)给出的混合层流场(m/s)和温度场(填充，℃)的季节分布特征

2.5层简化海洋模型输出数据和SODA数据统一插值到2 °×2 °的网格点上。

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图 10 MIOD和IOD指数的时间演变

单位：℃。

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图 11 2.5层简化海洋模型得到的不同类型事件中混合层温度T_m(℃)的合成分析结果

a~e为独立El Niño事件；f~j为联合IOD事件；k~o为独立IOD事件。白色点区域为通过0.05的显著性检验(下同)。

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图 12 联合IOD事件中的混合层热收支(℃/mon)情况

a1~a5为混合层温度倾向；b1~b5为纬向平流热输送；c1~c5为径向平流热输送；d1~d5为非线性项；e1~e5为海表热通量；f1~f5为垂向夹卷混合。

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图 13 同图12，但为独立IOD事件

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表 1 El Niño事件及正IOD事件对应年份

联合(CO El Niño)IOD	独立(Pure) El Niño	独立(Puxe)IOD
1902 1904 1918 1925 1951 1963 1965	1905 1913 1914 1930 1940 1941 1957	1923 1926 1945 1946
1972 1977 1982 1991 1994 1997 2006	1976 1979 1986 1987 2002 2004 2009	1948 1966 1967 2003

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参考文献(38)

[1]	SAJI N H, GOSWAMI B N, VINAYACHANDRAN P N, et al. A dipole mode in the tropical Indian Ocean[J]. Nature, 1999, 401(6 751):360-363.
[2]	WEBSTER P J, MOORE A M, LOSCHNIGG J P, et al. Coupled ocean-atmosphere dynamics in the Indian Ocean during 1997-98[J]. Nature, 1999, 401 (6 751): 356-360.
[3]	YAMAGATA T, BEHERA S K, RAO S A, et al. The Indian Ocean dipole: a physical entity[J]. CLIVAR Exchanges, 2002, 24(7): 2.
[4]	DRBOHLAV H K L, GUALDI S, NAVARRA A. A Diagnostic study of the Indian Ocean Dipole Mode in El Niño and Non El Niño Years[J]. J Clim, 2007, 20 (13): 2 961-2 977.
[5]	LI T, WANG B, CHANG C P, et al. A theory for the Indian Ocean Dipole-Zonal mode[J]. J Atmos Sci, 2003, 60(17): 2 119-2 135.
[6]	谭言科, 刘会荣, 李崇银.等.热带印度洋偶极子的季节性位相锁定可能原因[J].大气科学, 2008, 32(2): 197-205.
[7]	LI C Y, MU M Q. The influence of the Indian Ocean dipole on atmospheric circulation and climate[J]. Adv Atmos Sci, 2001, 18(5): 831- 843.
[8]	GUAN Z, YAMAGATA T. The unusual summer of 1994 in East Asia: IOD teleconnections[J]. Geophys Res Lett, 2003, 30 (10): 235-250.
[9]	杨明珠, 丁一汇.印度洋海表温度的变化及其对印度夏季季风降水影响的诊断研究[J].海洋学报, 2006, 28(4): 9-16.
[10]	ASHOK K, GUAN Z, YAMAGATA T. Impact of the Indian Ocean dipole on the relationship between the Indian monsoon rainfall and ENSO[J]. Geophys Res Lett, 2001, 28 (23): 4 499-4 502.
[11]	ASHOK K, GUAN Z, SAJI N H, et al. Individual and combined influences of ENSO and the Indian Ocean Dipole on the Indian summer monsoon[J]. J Clim, 2004, 17(16): 3 141-3 155.
[12]	李崇银, 穆明权.赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响[J].大气科学, 2001, 25(4):433-443.
[13]	晏红明, 肖子牛.中国西南汛期降水的振动和分布及其与印度洋海温异常的关系[J].气象科学, 2001, 21(1): 54-63.
[14]	肖子牛, 晏红明. El Niño位相期间印度洋海温异常对中国南部初夏降水及初夏亚洲季风影响的数值模拟研究[J].大气科学, 2001, 25(2): 173-183.
[15]	晏红明, 杨辉, 李崇银.赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究[J].海洋学报:中文版, 2007, 29(5): 31-39.
[16]	肖子牛, 晏红明, 李崇银.印度洋地区异常海温的偶极振荡与中国降水及温度的关系[J].热带气象学报, 2002, 18(4): 335-344.
[17]	LI C Y, MU M Q, PAN J. Indian Ocean temperature dipole and SSTA in the equatorial Pacific Ocean[J]. Chin Sci Bull, 2002, 47(3):236- 239.
[18]	MU M Q, LI C Y. Indian Ocean dipole and its relationship with ENSO mode[J]. Acta Meteor Sinica, 2002, 16(4):489-497.
[19]	ANNAMALAI H, MURTUGUDDE R, POTEMRA J, et al. Coupled dynamics over the Indian Ocean: spring initiation of the Zonal Mode[J]. Deep Sea Research Part Ⅱ: Topical Studies in Oceanography, 2003, 50(12-13): 2 305-2 330.
[20]	FISCHER A S, TERRAY P, GUILYARDI E, et al. Two independent triggers for the Indian Ocean dipole/zonal mode in a coupled GCM[J]. J Clim, 2005, 18(17): 3 428-3 449.
[21]	HONG C C, LU M M, KANAMITSU M. Temporal and spatial characteristics of positive and negative Indian Ocean dipole with and without ENSO[J]. J Geophys Res Atmos, 2008, 113(D8).
[22]	VINAYACHANDRAN P N, FRANCIS P A, RAO S A. Indian Ocean dipole: Processes and impacts[J]. Current Trends in Science, 2009: 569-589.
[23]	DU Y, CAI W, WU Y. A new type of the Indian Ocean dipole since the mid-1970s[J]. J Clim, 2012, 25(3): 959-972, doi:10.1175/JCLI-D -12-00047.1
[24]	BAQUEROBERNAL A, LATIF M, LEGUTKE S. On dipolelike variability of sea surface temperature in the tropical Indian Ocean[J]. J Clim, 2002, 15(1): 72-79.
[25]	WANG B, WU R, LI T. Atmosphere-warm Ocean interaction and its impacts on Asian-Australian monsoon variation[J]. J Clim, 2003, 16 (8): 1 195-1 211.
[26]	LI T, WANG B, CHANG C P, et al. A theory for the Indian Ocean Dipole-Zonal Mode[J]. J Atmos Sci, 2003, 60(17): 2 119-2 135.
[27]	王东晓, 刘赟, 刘钦燕.等. 1997~1998年El Niño期间印度洋和西太平洋上层海洋的联系[J].自然科学进展, 2003, 13(9): 957-963.
[28]	ANNAMALAI H, MURTUGUDDE R, POTEMRA J, et al. Coupled dynamics over the Indian Ocean: spring initiation of the Zonal Mode[J]. Deep Sea Research Part Ⅱ Topical Studies in Oceanography, 2003, 50(12-13): 2 305-2 330.
[29]	YUAN D, WANG J, XU T, et al. Forcing of Indian Ocean Dipole on the interannual variations of the tropical Pacific Ocean: roles of the indonesian throughflow[J]. J Clim, 2011, 24(14): 3 593-3 608.
[30]	GUO F, LIU Q, SUN S, et al. Three types of Indian Ocean Dipoles[J]. J Clim, 2015, 28(8): 3 073-3 092.
[31]	XIE S P, PHILANDER S G H. A coupled ocean-atmosphere model of relevance to the ITCZ in the eastern Pacific[J]. Tellus A, 1994, 46(4): 340-350.
[32]	SCHOTT F A, XIE S P, MCCREARY J. Indian Ocean circulation and climate variability[J]. Rev Geophys, 2009, 47RG1002 doi:10.1029/ 2007RG000245.
[33]	MCCREARY J P, KUNDU P K. A numerical investigation of seasurface temperature variability in the Arabian Sea[J]. J Mar Res, 1989, 46(1): 25-58.
[34]	MCCREARY J P, KUNDU P K. A numerical investigation of dynamics, thermodynamics and mixed-layer processes in the Indian ocean[J]. Prog Ocean, 1993, 31(3):181-244.
[35]	SAJI N H, YAMAGATA T. Possible impacts of Indian Ocean dipole mode events on global climate[J]. Clim Res, 2003, 25(2): 151-169.
[36]	TRENBERTH K E, STEPANIAK D P. Indices of El Niño evolution[J]. J Clim, 2001, 14(8): 1 697-1 701.
[37]	陈圣劼, 何金海, 吴志伟.一种新的El Niño海气耦合指数[J].大气科学, 2013, 37(4): 815-828.
[38]	WU Z W, CHEN S, HE J, et al. Quantifications of the two "Flavors" of El Niño using upper-ocean heat content[J]. Atmos Ocean, 2014, 52(4): 351-362.