近70 a北太平洋夏季SST及其与西太副高变化特征的相关

陈思奇; 徐峰; 李雅洁; 杜家铭; 涂石飞; 季倩倩; 杨金艺; 张韶晶; 张羽; 植石群

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2020.075

近70 a北太平洋夏季SST及其与西太副高变化特征的相关

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.075

陈思奇^{1, 2},
徐峰^{1, 2, ,},
李雅洁^{1, 2},
杜家铭³,
涂石飞^{1, 2},
季倩倩^{1, 2},
杨金艺^{1, 2},
张韶晶^{1, 2},
张羽⁴,
植石群⁴

1.
广东海洋大学海洋与气象学院，广东湛江 524088
2.
广东海洋大学南海海洋气象研究院，广东湛江 524088
3.
广东省突发事件预警信息发布中心，广东广州 510641
4.
广东省气候中心，广东广州 510641

基金项目:

国家重点研发计划 2018YFA0605604

国家自然科学基金 41475120

广东省促进经济高质量发展专项资金海洋经济发展项目 GDOE[2019]A11

详细信息

通讯作者:
徐峰，男，江苏省人，教授，博士研究生导师，从事大气物理学与大气环境、海洋气象方向研究。E-mail：gdouxufeng@126.com

中图分类号: P732
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出版历程
- 收稿日期: 2020-04-20
- 修回日期: 2020-10-18
- 刊出日期: 2020-12-01

SUMMER SST IN THE NORTHWEST PACIFIC IN THE PAST 70 YEARS AND ITS CORRELATION WITH THE VARIATION OF THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

Si-qi CHEN^{1, 2},
Feng XU^{1, 2
, ,},
Ya-jie LI^{1, 2},
Jia-min DU³,
Shi-fei TU^{1, 2},
Qian-qian JI^{1, 2},
Jin-yi YANG^{1, 2},
Shao-jing ZHANG^{1, 2},
Yu ZHANG⁴,
Shi-qun ZHI⁴

1.
College of Oceanography and Meteorology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China
2.
South China Sea Institute of Marine Meteorology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China
3.
Guangdong Provincial Emergency Early Warning Release Center, Guangzhou 510641, China
4.
Guangdong Climate Center, Guangzhou 510641, China

摘要

摘要: 基于1948—2018年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建海面温度(ERSSTv5)资料集，采用经验正交函数(EOF)分解和交叉小波分析等统计学方法，对北太平洋地区近70 a海表温度(SST)、西太平洋副热带高压(WPSH)的变化特征及其相关性进行分析。第一模态体现了SST显著的年际变化厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象和显著的年代际变化北太平洋年代际振荡(PDO)现象。将WPSH强度距平指数和面积距平指数的均值定义为WPSH综合指数。WPSH综合指数总体呈上升趋势; 1977年之前，WPSH强度逐渐减小且振幅较小; 1977年之后，WPSH强度逐渐增大且振幅强度较大。通过合成分析发现，WPSH异常偏强年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏暖，WPSH异常偏弱年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏冷。将其与NOAA的月气候指标的Ni?o3.4和PDO指数分别进行交叉小波谱分析，得出：北太平洋SST的年际信号、年代际信号均与WPSH的变化有很明显的相关，WPSH强度和太平洋中部SST存在显著的4~5 a的年际正相关，且随着时间的后移，SST的变化超前于WPSH的变化。
- 北太平洋海温 /
- 西太平洋副热带高压 /
- 小波分析 /
- EOF
Abstract: Based on the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) reconstructed sea surface temperature (ERSSTv5) dataset from 1948 to 2018, the characteristics of and correlations between the variations in sea surface temperature (SST) and the western Pacific subtropical high (WPSH) in the last 70 years are analysed using statistical methods such as empirical orthogonal function (EOF) decomposition, and cross-wavelet analysis. The results show that the first mode reflects the significant interannual variation of SST, the El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO), and the significant interdecadal variation of the North Pacific decadal oscillation (PDO). The mean of the WPSH intensity anomaly index and area anomaly index is defined as the WPSH composite index, and the results show that the WPSH composite index is generally on the rise. Before 1977, the WPSH intensity gradually decreased and the amplitude was small. After 1977, the WPSH intensity gradually increased and the amplitude intensity was large. Through synthetic analysis, it is found that the year with relatively strong WPSH corresponds to significantly warmer SST in most parts of the Northwest Pacific, and the year with relatively weak WPSH anomaly corresponds to significantly colder SST in most parts of the Northwest Pacific. Using cross-wavelet spectrum analysis of the WPSH composite index and the NOAA's monthly climate index Ni?o3.4, and the analysis of the WPSH and PDO, the present study finds that the inter-annual and inter-decadal signals of the North Pacific SST are significantly related to the variations of the WPSH. The WPSH intensity and the SST in the central Pacific Ocean has a significant interannual positive correlation between 4-5a, and the SST varies before the WPSH does.
- North Pacific Ocean SST /
- western Pacific subtropical high /
- wavelet analysis /
- EOF

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图 1 1948—2019年(5—10月)北太平洋海表温度EOF第一模态空间场

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图 2 1948—2018年(5—10月)北太平洋海表温度EOF第一模态时间场

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图 3 使用Morlet小波(ω0= 6)随时间和傅立叶等效波周期(以年为单位)的1948—2018年夏季北太平洋海表温度EOF第一模态时间序列小波功率谱(a)及傅立叶功率谱(灰色实线)(b)

a中黑色实线轮廓线包围相对于红噪声随机过程的0.05显著性检验水平上的区域。阴影线和阴影区域表示受母子波影响锥的影响。b中虚线表示0.05的显著性检验水平。

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图 4 太平洋年代际振荡指数(PDO)变化特征

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图 5 1948—2018年WPSH综合指数月平均图

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图 6 1948—2018年副高的距平面积指数和强度指数

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图 7 1948—2018副高的综合标准化强度指数

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图 8 1948—2018年WPSH综合指数

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图 9 1948—2018年夏季WPSH偏强年(a)和WPSH偏弱年(b)500 hPa位势高度场(等值线图)及对应年份SST距平(彩色区)分布

填色图为SST距平合成，等值线为WPSH综合指数距平合成，打点区域表示通过0.05显著性检验。

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图 10 1948—2018年夏季Niño3.4和WPSH的交叉小波分析(a)，夏季Niño3.4和WPSH的小波相干性分析(b)，PDO和副热带高压的交叉小波分析(c)，PDO和副热带高压的小波相干性分析(d)

黑色实线区域代表通过0.05显著性检验；文中的矢量箭头代表，两个时间序列滞后年份，正东为同时发生，顺时针旋转弧度/360×1 year，代表滞后的时长。

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表 1 特征向量的差异

序号	百分比	总百分比
1	42.333 7%	42.333 7%
2	9.477 0%	51.810 7%
3	8.270 9%	60.081 6%
4	6.675 0%	66.756 6%
5	5.153 2%	71.909 8%
6	4.052 0%	75.961 8%
7	3.399 0%	79.360 8%
8	2.779 0%	82.139 8%
9	2.379 8%	84.519 6%
10	1.706 6%	86.226 2%

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表 2 El Niño次序^[24]

频次	时期
1	1951.7—1951.12
2	1957.4—1958.6
3	1958.10—1959.2
4	1963.7—1964.2
5	1965.6—1966.4
6	1969.8—1970.1
7	1972.5—1973.3
8	1976.10—1977.2
9	1982.5—1983.6
10	1991.6—1992.6
11	1994.10—1995.2
12	1997.5—1998.5
13	2002.6—2003.2
14	2004.7—2005.3
15	2006.9—2007.1
16	2009.9—2010.4

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表 3 1948—2018年WPSH综合指数异常年份

正值年		负值年
年份	WPSH综合指数	年份	WPSH综合指数
1980	1.67	1954	-1.50
1983	1.69	1956	-1.77
1987	1.21	1967	-1.44
1998	1.90	1970	-1.27
2005	1.43	1971	-1.26
2010	1.73	1984	-1.40
2014	1.58
2015	2.01
2016	1.63
2017	2.03

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参考文献(28)

[1]	吴国雄, 丑纪范, 刘屹岷, 等.副热带高压研究进展及展望[J].大气科学, 2003, 27(4):503-517.
[2]	臧恒范, 王绍武.赤道东太平洋水温对低纬大气环流的影响[J].海洋学报, 1984, 6(1):16-24.
[3]	戴彩悌, 杨修群.西太平洋副热带高压准双周尺度上东西进退异常时的环流及降水演变特征[C]//第八届博士生学术年会论文摘要集, 2010.
[4]	张庆云, 陶诗言.夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究[J].气象学报, 1999, 57(5):539-548.
[5]	陶诗言, 朱福康.夏季亚洲南部100毫巴流型的变化及其与西太平洋副热带高压进退的关系[J].气象学报, 1964, 34(4):3-14.
[6]	张庆云, 陶诗言.亚洲中高纬度环流对东亚夏季降水的影响[J].气象学报, 1998, 56(2):199-211.
[7]	洪梅, 刘科峰, 张栋, 等.基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究[J].热带气象学报, 2020, 36(2):166-179.
[8]	龚道溢.南北半球副热带高压对赤道东太平洋海温变化的响应[J].海洋学报, 1998, 20(5):44-54.
[9]	WANG B, WU R G, FU X H. Pacific对赤道东太平洋海温变化的teleconnection: How does ENSO affect east Asian climate[J]. J Climate, 2000, 13(9): 1 517-1 536.
[10]	王芬, 张娇艳, 谷晓平, 等.西太平洋副热带高压不同特征指数与贵州夏季降水的关系[J].暴雨灾害, 2017, 36(4):348-356.
[11]	HE C, ZHOU T, LIN A, et al. Enhanced or weakened western north Pacific subtropical high under global warming?[J]. Scientific Reports, 2015, 5(1):16 771.
[12]	RIYU L. Indices of the summertime western north pacific subtropical high[J]. Adv Atmos Sci, 2002, 19(6): 1 004-1 028. DOI:10.1007 / s00376-002-0061-5.
[13]	李熠.一个新的副热带高压指数及其与海温场的关系[C]//浙江省气象学会、江苏省气象学会、上海市气象学会.第三届长三角气象科技论坛论文集, 2006: 50-52.
[14]	高辉, 丁婷, 李维京.三维副热带高压强度指数及对中国东部雨带异常表征的改进[J].科学通报, 2017, 62(31):3 643-3 654.
[15]	MATSUMURA S, HORINOUCHI T. Pacific ocean decadal forcing of long-term changes in the western Pacific subtropical high[J]. Scientific Reports, 2016, 6(1): 37 765.
[16]	LI W W, FEI Z, JIANG Z. Predicting western Pacific subtropical high using a combined tropical Indian Ocean sea surface temperature forecast[J]. Atmos Oceanic Sci Lett, 2013, 6(6): 405-409.
[17]	咸鹏, 李崇银.北太平洋海温变化的年代际模及其演变特征[J].大气科学, 2003, 27(5):861-868.
[18]	BRAUD I, OBLED CH, PHAMDINHTUAN A. Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis of spatial random fields: Theory, accuracy of the numerical approximations and sampling effects[J]. Stochastic Hydrology and Hydraulics, 1993, 7(2): 146-160.
[19]	TORRENCE C, COMPO G P. A practical guide to wavelet analysis[J]. Bull Amer Meteor Soc, 1998, 79(1): 61-78.
[20]	缪启龙, 王勇.中国四季的划分及其变化特征分析[J]//中国气象学会2007年年会气候变化分会场论文集, 2007: 9.
[21]	卢峰, 郑彬.亚印太交汇区海表温度的分布和变化特征及其对中国降水的影响[J].海洋学报(中文版), 2011, 33(5):39-46.
[22]	季倩倩, 徐峰, 张羽.近50 a ENSO时频特征及其与南海台风的相关性[J].广东海洋大学学报, 2018, 38(2):71-79.
[23]	李晓惠.西太暖池变化特征及其湿度异变背景下台风对流特征[D].湛江: 广东海洋大学, 2018.
[24]	XU J, CHAN J C L. The role of the Asian-Australian monsoon system in the onset time of El Ni syevents[J]. J Climate, 2001, 14(14): 418-433.
[25]	ENSO监测小组.厄尔尼诺事件的划分标准和指数[J].气象, 1989, 15(3):37-38.
[26]	TU S F, XU F, XU J J. Regime shift in the destructiveness of tropical cyclones over the western North Pacific[J]. Environmental Research Letters, 2018, 13(9) 094021.
[27]	MANTUA N J, HARE S R, ZHANG Y. A Pacific interdecadal climate oscillation with impacts onsalm onproduction[J]. Bull Amer Meteor Soc, 1997, 78(6):1 069-1 080.
[28]	朱益民, 杨修群.太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系[J].测绘科学, 2003, 61(6):641-654.