（气象学专业论文）温跃层经向不均匀分布对赤道海洋波动影响的动力学研究.pdf

摘要 最近一系列观测资料分析表明，热带海洋暖冷水事件中最强的温度距平都是 沿温跃层曲面进行传播的。由于信号的传播往往以波动的形式为表征，因此可以 认为温度距平信号在温跃层曲面上的发展具有波动传播的性质，于是分析温跃层 经向不均匀分布及相应的地转赤道急流对热带海洋波动发展的影响就具有十分 重要的意义。 本文在线性理论的框架内，基于推导出的两层斜压海洋模式，进一步分别得 到正压模运动和斜压模运动方程组；考虑到温跃层经向不均匀分布这一背景“地 形”场，利用低阶对称截断模方法分别分析和研究了正压模和斜压模运动下赤道 波动的频散关系特征。主要结论如下： ( 1 ) 当温跃层具有经向不均匀分布以及相应的赤道急流时，这样的背景场对赤道 低频长波的发展有重要影响；波的传播速度和传播方向依赖予基本流在赤道的流 向，以及纬向的不均匀程度；当考虑温跃层不均匀分布这一背景场影响后，赤道 海洋波动发生耦合不稳定现象是可能的。 f 2 1 对于丁f 压模低阶对称截断方程，当赤道附近的摹本流向东时，由于海洋温跃 层经向不均匀分布，可以使经典的东传k e l v i n 波的相速增大，而经典的西传 r o s s b y 波的相速也会发生改变，其波速会减小，甚至变成向东传播。准长波近 似下，温跃层的经向不均匀分布能够激发出西传的地形r o s s b y 波，该波在长波 波段向西传播的相速度虽然很大，但是其群速度却是向东传播的；同时会产生 k e l v i n 波和r o s s b y 波的耦合不稳定，进而给出了发生不稳定现象的充分和必要 条件；进一步的研究发现只有在经圈速度控制方程中，保留基本流的平流项时， 才能激发出独立于传统的k e l v i n 和r o s s b y 波的地形r o s s b y 波，这也是准长波 近似和长波近似的一个重要差别。 当存在西向的基本流时，本质上为k e l v i n 波的那支波向东的相速度减慢，甚 至改变方向向西传播；而本质上为r o s s b y 波的那支波向西传播的相速度变大。 准长波近似下，由“地形”所激发的地形r o s s b y 波是向东传播的；进一步的研 究表明，西向基本流下不会出现波的耦合不稳定现象。 f 3 ) 对于斜压模低阶对称截断方程，当赤道附近的基本流向东时，斜压模运动长 i i l 波近似和准氏波近似下的频散关系特征和正压模运动相类似；准长波近似f ，在 定的参数a ( 表征温跃层坡度) 和a ( 表征温跃层厚度) 的取值域内，也会发生 k e l v i n 波和r o s s b y 波的耦合不稳定现象。 当存在西向的基本流时，对于长波近似和准长波近似，斜压模运动的频散关 系特征也和相应的正压模运动相类似。 总之，由于实际的海洋是有背景场的，考虑背景场对波动传播和发展的影响 是重要的。以上这些结果说明了经典赤道自由波动的概念需要修正，并可以用来 尝试解释实际观测到的e n s o 事件，例如，扰动在某一位楣的不稳定性发展， 以及可以向某个方向传播的性质等。 关键词：e n s o 事件，温跃层，赤道波动，k e l v i n 波，r o s s b y 波，频散关系， 波的耦合不稳定，正压模运动，斜压模运动。长波近 娃，准长波近似 a b s t r a c t s i n c et h e1 9 9 0 s ，as e n e so f r e s e a r c hf o rt h eo c e l h n co b s e r v a t i o nd a t ai n d i c a t e sn o m a t t e ri n t r o p i c a l p a c i f i co c e a no ri n t r o p i c a l i n d i a no c e a n ，t h e s i g n a l so ft h e s t r o n g e s tt e m p e r a t u r ea n o m a l i e si nw a r m w a t e r c o l dw a t e re v e n t sa l lp r o p a g a t ea l o n g t h et h e r m o c l i n e g e n e r a l l y , t h ep r o p a g a t i o no ft h es i g n a l so rt h ee n e r g yo f t e ni s c h a r a c t e r i z e do ft h ew a v e s oi t i sc o n s i d e r e dt h a tt h e t e m p e r a t u r e a n o m a l i e s p r o p a g a t i n ga l o n gt h et h e r m o c l i n ea t ea s s o c i a t e dw i t ht h ew a v e ，a n dt h ea n a l y s i so f t h ei n f l u e n c eo ft h em e r i d i a n a li n h o m o g e n e i t yo ft h et h e r m o c l i n ea c c o m p a n i e dw i t h t h ec o r r e s p o n d i n ge q u a t o r i a lg e o s 臼o p h i cc u r r e n tu p o nt h et r o p i c a lo c e a n i cw a v e s p o s s e s s e si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e u n d e rt h ef r a m e w o r ko ft h el i n e a rt h e o r ya n ds e m i g e o s t r o p h i ct h e o r y , as i m p l e t w o l a y e rb a r o c l i n i c o c e a nm o d e li nt r o p i c si sd e r i v e do nt h ee q u a t o r i a lf l p l a n e ， b a s e do nw h i c h ，f t u 也e rt h em o t i o ne q u a t i o n so ft h eb a r o t r o p i c - m o d e ( b t m ) a n d b a t o c l i n i c m o d e ( b c m ) a r eo b t a i n e d ，r e s p e c t i v e l y w i t h i nt h eb a c k g r o u n do ft h e m e r i d i a n a ll n h o m o g e n e i t yo ft h et h e r m o c h n ea st h e “t o p o g r a p h y ”，v i at h el o w o r d e r s y m m e t r i c a lt r u n c a t i o n s ，t h ed i s p e r s i o nf e a t u r e so f t h el x o p i c a lo c e a n i cw a v e su n d e r t h el o n g w a v ea p p r o x i m a t i o n ( l w a ) a n dt h eq u a s i l o n g w a v ea p p r o x i m a t i o n ( q l w a ) f o rt h eb t ma n db c mm o t i o n sa r ed y n a m i c a l l ya n a l y z e da n ds t u d i e d ，r e s p e c t i v e l y t h e m a j o r c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w ： ( 1 ) a st h eb a c k g r o u n df i e l d ，t h e m e r i d i a n a li n h o m o g e n e i t yo ft h et h e r m o c l i n e a s s o c i a t e dw i t ht h e c o r r e s p o n d i n g o c e a nb a s i c f l o w , h a s v i t a le f f e c t so nt h e d e v e l o p m e n to ft h et r o p i c a ll o w - f r e q u e n c yl o n gw a v e s ；t h ep r o p a g a t i o ns p e e da n d d i r e c t i o no f t h ew a v e sd e p e n do nt h ed i r e c t i o na n dt h el a t i t u d i n a lu n e v e nd e g r e eo f t h e e q u a t o r i a l b a s i cf l o w ；u n d e rt h eb a c k g r o u n df i e l d ，t h e o c c u l t c n c co fc o u p l e d i n s t a b i l i t yf o rt h ee q u a t o r i a lo c e a n w a v e si sp o s s i b l e ( 2 ) f o rt h eb t m m o t i o nw i t ht h ee a s t w a r de q u a t o r i a lb a s i cc u r r e n t ，t h ep h a s e v e l o c i t yo f t h e c l a s s i c a le a s t w a r d p r o p a g a t i n gk e l v i nw a v ei n c r e a s e s ，w h i l et h a to f t h e c l a s s i c a lw e s t w a r d - p r o p a g a t i n gr o s s b yw a v eg r a d u a l l yr e d u c e s ，e v e nc h a n g i n gt h e v d i r e c t i o nt o s p r e a de a s t w a r d s ，o w i n gt ot h ee f l e c t so ft h e t o p o g r a p h y ”u n d e rt h e q l w a ，t h e “t o p o g r a p h y ”c a ne x c i t ea n e w w a v e t o p o g r a p h yr o s s b yw a v e ( t - r o s s b y 1 , l i v e ) ，w t f i c hp o s s e s s e ss i t o n g 。 f “a r dp h a s ev e l o c i t ya n ds t r o n ge a s t w a r dg r o u p v e l o c i t y ；a tt h es a m et i m e ，d oe x i s tt h ep h e n o m e n o no fc o u p l e di n s t a b i l i t yo fk e l v i n w a v e r o s s b yw a v ew i t h i nt h ep a r a m e t e r s d o m a i n so f 口a n da r e p r e s e n t i n gt h e s l o p ea n dt h ed e p t ho f t h et h e r m o c l i n e ，r e s p e c t i v e l y ；f u r t h e r m o r e ，t h es u f f i c i e n ta n d n e c e s s a r y c o n d i t i o n sf o rt h eo c c u r r e n c eo ft h ea b o v e - m e n t i o n e d i n s t a b i l i t y p h e n o m e n o n a r cd i s c u s s e d ；i ti so n l y r e t a i n i n gt h ea d v e c t i o nt e r mo f t h e b a s i cf l o wi n m e r i d i a n a lm o t i o n e q u a t i o n t h a tc a ne x c i t et h e t - r o s s b yw a v ei n d e p e n d e n to f t r a d i t i o n a lk e l v i nw a v ea n dr o s s b yw a v e ，a si so n eo b v i o u sd i f f e r e n c eb e t w e e nt h e l w aa n dt h eq l w a ， w i t ht h ew e s t w a r de q u a t o r i a lb a s i cc u r r e n t ，f o rt h eb t mm o t i o n ，t h ep h a s e v e l o c i t yo f k e l v i nw a v eg r a d u a l l yd e c r e a s e s ，e v e nc h a n g i n gt h ed i r e c t i o nt os p r e a d w e s t w a r d s ，w h i l et h a to fw e s t w a r d - p r o p a g a t i n gr o s s b yw a v eg o e su po w i n gt ot h e e f f e c t so ft h e t o p o g r a p h y u n d e rt h eq l w a ，t h et o p o g r a p h y i n d u c e dt - r o s s b y w a v ei sc h a r a c t e r i s t i co fe a s t w a r dp r o p a g a t i o n ；a tt h es a n l et i m e ，f u r t h e rr e s e a r c h i n d i c a t e st h a tu n d e rt h ew e s t w a r db a s i cf l o w , n ot h ep h e n o m e n o no ft h ew a v e s c o u p l e di n s t a b i l i t yc a na p p e a r w i t h i nt h ef u l ld o m a i n so f t h e p a r a m e t e r so f 口a n d 壳 ( 3 ) f o r t h eb c mm o t i o nw i t ht h ee a s t w a r de q u a t o r i a lb a s i cc u r r e n t ，t h ed i s p e r s i o n f e a t u r e so ft h et r o p i c a lo c e a nw a v e su n d e rt h el w aa n dq l w aa r es i n a i l a ra n d c o n s i s t e n tw i t ht h a ti nt h eb t mo n ei nc o n s i d e r a t i o no ft h ee a s t w a r db a s i cf l o w u n d e rt h eq l w a ，t h ec o u p l e di n s t a b i l i t yo fk e l v i nw a v ea n dr o s s b yw a v ei sa l s o b o r n ，t h eg r o w t h r a t eo f w h i c h v a r y i n g w i t ht h ew a v en u m b e r t h ed i s p e r s i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h el w aa n dq l w a f o rt h eb c mm o t i o nw i t h t h ew e s t w a r db a s i cc u r r e n ta r ea l s oc o i n c i d e n tw i t lt h a tf o rt h ec o r r e s p o n d i n gb t m o n e i na w o r d ，o w i n g t ot h ee x i s t e db a c k g r o u n df i e l di nt h er e a lo c e a n ，t h ei n f l u e n c eo f t h eb a c k g r o u n d t o p o g r a p h y o nt h ep r o p a g a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft h et r o p i c a l o c e a nw a v e si si m p o r t a n t t h e s ea b o v e - m e n t i o n e dr e s u l t sh a v es u g g e s t e dt h a t t h e c o n c e p to f t h et r a d i t i o n a le q u a t o r i a lo c e a nw a v e sn e e d st ob er e v i s e da n di m p r o v e d ， v l a n dc a l lb eu s e dt o a t t e m p tt oi n t e r p r e tt h eo b s e r v e de n s oe v e n t s ，i n c l u d i n gi h e r u s t a b l e d e v e l o p m e n t f o rt h ed i s t u r b a n c e sw i t h i nc e r t a i n p h a s e ，t h ep r o p e r t y f o r c e r t a i n p r o p a g a t i o nd i r e c t i o n ，a n d s o0 1 3 k e y w o r d s ：w a r m w a t e r c o l dw a t e re v e n t s ，e n s oe v e n t s ，t h e r m o c l i n e ，o c e a n i cw a v e s ， k e l v i nw a v e ，r o s s b yw a v e ，d i s p e r s i o nr e l a t i o n ，i n s t a b i l i t yo fc o u p l i n g w a v e s ，b a r o t r o p i c m o d e ，b a r o c l i n i c m o d e ，l o n g - w a v e a p p r o x i m a t i o n ， q u a s i l o n g w a v ea p p r o x i m a t i o n v i i 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或末发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成 果做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：鲜日 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：盏勃幺导师签名： n ?， 狮事，辱 已 期：锄 第一章绪论 1 1 引畜 最近二十年来，全球气候变化的问题已成为人们的同常话题，人们从来没有 像今天这样关注着自己的居住环境可能遭受到气候变化所引发的严重后果。气候 不仅对大气科学而且对其他学科来说变得越来越重要，气候变化和气候预测已成 为当今国际科学研究的重大问题( 叶笃正等，1 9 9 1 ；p c i x o t oa n do o r t ，1 9 9 2 ；李崇银， 2 0 0 0 ) 。特别是1 9 9 2 年联合园环境与发展大会上包括我国在内的许多国家签署了 “气候变化框架公约”，以及2 0 0 5 年京都议定书的难式生效，标志着全球气 候问题已不仅是一个科学问题，而且已成为各国政府为促进本国社会和经济持续 发展所必须考虑的一个重要环境政策问题，从而进一步推动了气候变化和气候研 究的发展。 在气候系统各子系统中，发生在大气一海洋这一耦合系统中的物理过程，是 对全球气候影响最为重要的物理过程之一。 越来越多的资料分析和数值模拟都已表明e n s o ( e 1n i 矗o s o u t h e m o s c i l t a t i o n ) 事 e f 发生不仅或接影响到热带地区的大气环流和气候，而且通过遥 相关过程也影响到全球范围的大气环流和气候变化( p a na n do o r t ，1 9 8 3 ； s c h n e i d e re ta 1 ，1 9 9 7 ) ，从而造成世界很多地方严重的旱涝与异常的温度变化，给 许多国家和地区的国民经济和生态环境带来重大损失。因此，世界各国的气象学 家和海洋学家非常重视这一现象发生的规律及其机制的研究，希望为气候变化的 预测提供可靠的物理依据、预测理论和预测方法。 1 2 研究背景 厄尔尼诺( e ln i 矗o ) 和南方涛动是分别发生在热带海洋和大气中两种能影响全 球气候异常的现象( 巢纪平，1 9 9 3 ) 。2 0 世纪6 0 年代末b j e r k n e s 首先指出这两种现 象间存在内在的联系，是热带太平洋大尺度海气相互作用的表现( b j e r k n e s ，1 9 6 6 ； 1 9 6 9 ) 。现在已把这两种现象合起来简称为e n s o 。e n s o 现象是全球尺度最显著 和最重要的年际气候变化信号，受到全世界的普遍关注，它对大气环流以及天气 气候的影响已为人们所熟悉( r a s m u s s o na n dw a l l a c e ，1 9 8 3 ；臧恒范和王绍武， 1 9 8 4 ；y u l a e v aa n dw a l l a c e ，1 9 9 4 ) 。另+ 方面，厄尔尼诺( e ln i f i o ) 和拉尼娜( l an i f i a ) 也是互补的，由暖的e 1n i f i o 位相和冷的l an i f i a 位相组成一个南方涛动循环 ( p h i l a n d e r , 1 9 8 5 ) 。 e n s o 事件发生时，无论气象场还是海洋场的状况都有明显的异常。同时， e n s o 事件的发展带有季节倾向性，大部分e 1n i f i o 事件形成的最大海表面温度 ( s s t ) 距平出现在季节增暖的月份。2 0 世纪8 0 年代以前海洋和气象界的共识是 e 1n i f i o 事件初始暖的海表距平温度一般起源于南美洲的秘鲁沿岸，然后向赤道 并沿赤道向西传播，在赤道东太平洋海表温度正距平值可达o 50 c 以上，其持续 时间超过6 个月。根据这一认识，r a s m u s s o n 和c a r p e n t e r ( 1 9 8 2 ) 对2 0 世纪8 0 年 代以前的e n s o 事件的海温距平和海平面风场作了合成分析，把e n s o 事件分 成前期位相、初始位相、峰值位相、过渡位相和成熟位相五个阶段，列出了事件 发展过程的位相特征，即对于e 1n i f i o 事件，首先在赤道东太平洋是大面积的海 温负距平( 前期位相) ，而后正的海表温度距平在赤道东太平洋美洲沿岸附近出现 ( 初始位相) ，然后海表温度正距平沿着赤道及其两侧向西扩展( 峰值位相) ，有时 可以西达日界线附近，形成一个大范围的舌状分布的暖海温区( 过渡位相) ，如果 这种海表温度的分布持续6 个月以上，即形成了一次e 1n i f i o 事件( 成熟位相) 。 这些位相特征表述了事件从赤道东太平洋向西的扩展过程。p h i l a n d e r ( 1 9 8 3 ) 贝, t 1 把 e n s o 事件的发展概括成三个阶段。他们指出e ln i 舫事件的主要增暖区在赤道 太平洋东部，最大振幅在秘鲁沿岸海域。同时，e n s o 事件的发生与季节循环存 在密切的关系，即存在季节锁相的现象。过去的研究表明，若着日晶在赤道东太平 洋的海表温度，则在一般情况下，e l n i f i o l a n i f i a 正负距平发生的时间基本上都 在春夏季，它们的成熟位相在年底冬季或次年春季，并先在秘鲁沿岸海区增暖， 然后向西扩展。 针对e n s o 现象的观测事实，气象学家和海洋学家也研究了e n s o 事件和 e n s o 循环的动力学理论，主要包括：海洋对信风张驰的响应理论( w y r t k i ，1 9 7 5 ) ： 海洋和大气耦合理论( b j e r k n e s ，1 9 6 6 ；1 9 6 9 ) ；不稳定海气相互作用理论( p h i l a n d e r , 1 9 8 4 ；h i r s t ，1 9 8 6 ；c h a oa n dz h a n g ，1 9 8 8 ；李崇银，1 9 8 8 a ；j ia n dc h a o ，1 9 9 0 ；巢纪 平，1 9 9 3 ) ；赤道波动和时滞振荡子理论( m c c e a r y , 1 9 8 3 ；m c c r e a r ya n da n d e r s o n ， 1 9 8 4 ；a n d e r s o na n dm c c r e a r y , 1 9 8 5 ；s c h o p fa n ds u a r e z ，1 9 8 8 ；s u a r e za n ds c h o p f , 2 1 9 8 8 ) 以及q b 线性自激振荡理论等( c h a oa n dp h i l a n d e r , 1 9 9 1 ；张人禾，1 9 9 1 ；z h a n g a n dc h a o ，1 9 9 3 ) 。并且已经开始用数值模式对e n s o 的发生和演变进行预测( c a l l e a n dz e b i a k ，1 9 8 5 ；z e b i a ka n dc a n e ，1 9 8 7 ；r o p e l e w s k i ，1 9 9 2 ；c h e ne ta 1 ，1 9 9 5 ； b e h r i n g e re ta 1 ，1 9 9 8 ) 。利用简单或复杂的海气耦合模式，能模拟出e n s o 的生 命史和非周期性的年际变率，这无疑是对认识e n s o 现象的重大进步。 与此同时，研究发现热带外的季风与e n s o 之间存在密切相关，尤其是亚澳 季风系统与热带太平洋海洋加热场的耦合在厄尔尼诺南方涛动的发展中起到很 大作用( 李祟银和胡季，1 9 8 7 ；n i t t aa n dm o t o k i ，1 9 8 7 ；李崇银，1 9 8 8 a ，1 9 8 8 b ；l i c h o n g y i n ，1 9 9 0 ；y a s t m a r i ，1 9 9 0 ，1 9 9 1 ；w e b s t e r ，1 9 9 5 ；穆明权，1 9 9 7 ；h u a n ge ta 1 ， 1 9 9 8 ；李崇银和穆明权，1 9 9 8 ；l ia n dm u ，1 9 9 8 ；陈烈庭和吴仁广，2 0 0 0 ；黄荣辉等 2 0 0 1 ) 。 1 3 新的观测事实 2 0 世纪8 0 年代后的e n s o 事件( 1 9 8 2 1 9 8 3 、1 9 8 6 1 9 8 7 和1 9 9 7 1 9 9 8 年的e l n i f i o 事件) 使得人们对这一问题的认识观念发生了变化，因为这几次e 1n i f i o 事 件的主要增暖区在日界线以西苗先出现，即使是海表温度其先兆均发生在热带 中、西太平洋而且许多事件开始于北半球夏季，然后向东扩展( m c p h a d e n ，1 9 9 9 a ， 1 9 9 9 b ；李崇银和穆明权，1 9 9 9 ；c h a o e ta 1 ，2 0 0 1 ；巢清尘，2 0 0 1 ；巢纪平等，2 0 0 1 ) 。 事实上，在这以前符淙斌等就指出，在1 9 2 8 1 9 8 3 年间有一半的海表温度首先 是在热带西、中太平洋增暖后才向东发展的( 1 9 8 7 ) 。对于1 9 9 7 1 9 9 8 年这一二十 世纪最强的暖水事件，m c p h a d e n ( 1 9 9 9 a ，1 9 9 9 b ) 、李崇银和穆明权( 1 9 9 9 ) 、巢纪 平等( 2 0 0 3 b ) 的分析表明，初始海温的暖距平起源于西太平洋暖池的次表层，然 后沿温跃层向东传播，到赤道东太平洋时暖信号达到海表。 1 9 9 7 年初夏爆发了2 0 世纪最强的一次e ln i 矗。事件，观测资料表明，在e 1 n i f i o 事件发生之前西太平洋暖池的次表层海温早已有明显正的异常，正的次表层海温 距平可以追溯到1 9 9 6 年秋季。暖池区正的次表层海温异常沿温跃层东传到赤道 东太平洋并向海洋表层的扩散是1 9 9 7 年e ln i 矗。事件发生的直接原因。当e 1 n i f i o 事件发生之后，暖池区的次表层海温又出现负距平，其后，暖池区负的次表层海 温异常的向东传播和在赤道东太平洋向海表扩展便激发产生了1 9 9 8 年的l a n i f i a 事件( 李崇镶和穆明权，1 9 9 9 ；c h a o e ta l ，2 0 0 1 ) 。 李崇银和穆明权( 1 9 9 9 ) 3 0 用美国s c r i p p s 海洋研究所环境分析中心( j o i n t e n v i r o n m e n t a ld a t a a n a l y s i sc e n t e r , j e d a c ) 的海温资料和n c e p 再分析资料，分 析研究发现西太平洋暖池的次表层海温异常( s u b s u r f a c eo c e a nt e m p e r a t u r e a n o m a l y , s o t a ) 及其向东传播与e ln i 矗。和l an i f i a 的发生有直接关系；e n s o 的真正源区是西太平洋暖池，暖池区的正( 负) s o t a 沿赤道温跃层东传到东太平 洋，便导致e 1n i f i o ( l an i f l a ) 的爆发；进一步分析还清楚看到，在暖池区的正 ( 负) s o t a 沿赤道东传的同时，有负( 正) s o t a 沿1 0 。n 和1 0 。s 两个纬度带向 西传播( 在1 0 。n 附近最明显) ，并逐渐在赤道西太平洋扩展到暖浊区，在暖池 区形成负( 正) s o t a ，从而构成s o t a 的循环；热带太平洋s o t a 循环的驱动者 是赤道两太平洋。 李崇银和穆明权( 2 0 0 0 ) 进一步的研究表明，s o t a 的东传与赤道西太平洋异常 纬向风有关，即赤道西太平洋地区的纬向风( 信风) 异常是暖池次表层海温异常向 东传播的重要原因。赤道西太平洋的西风异常将驱动暖池次表层正的海温异常向 东传播，并引发e ln i 黏事件；赤道西太平洋的东风异常将驱动暖池次表层负的 海温异常向东传播，造成l a n i f i a 的发生。而赤道西太平洋地区的纬向风异常主 要是东亚冬季风的异常所激发产生的，东亚西北太平洋地区的经向风异常f 东亚 冬季风异常1 比赤道西太平洋地区的纬向风异常出现得要更旱些。换言之，e n s o 与异常东亚冬季风之间有相互影响，持续的强( 弱) 东距冬季风通过引起赤道西太 平洋地区的西( 东) 风异常对e 1n i f i o ( l an i f i a ) 的发生起着重要作用。李祟银提出 了东、难冬季风一暖池状况- - e n s o 相互作用的概念模型( 李祟银和穆明权，2 0 0 0 ) ， 并给出了最为典型和重要的四个形态，即：( 1 ) 暖池区有正的s o t a ，而赤道东 太平洋有负的s o t a ，这时对应着e 1 n i f i o 前期或由l a n i f i a 向e 1 n i f l o 的转变期： ( 2 ) 如果这时有异常的东亚冬季风( 持续的北风异常) ，赤道西太平洋西部开始产 生西风异常，暖池区正的s o t a 开始向东扩展。随着异常强东亚冬季风的影响， 赤道西太平洋整个出现西风异常，在其驱动下，正的s o t a 整个东传到赤道东太 平洋，并导致正的海表面温度距平( s e a s u r f a c et e m p e r a t u r ea n o m a l y , s s t a ) 和e 1 n i f i o 事件的出现，与正的s o t a 由暖池区东传到赤道东太平洋的同时，负的s o t a 沿1 0 。n 和l o 。s 纬度带逐渐西传到赤道西太平洋，并在那里形成主要负s o t a 4 中心。这种形态对应着e ln 逾o 事件的发展和成熟期( 一般为夏秋季) ；( 3 ) 西太平 洋暖池区有负的s o t a ，而赤道东太平洋在正的s o t a 的控制下，表示由e l n i f i o 向l an i f i a 的转变期( 一般为冬春季) 。如果这时东亚冬季风持续偏弱( 异常偏南 风) ，将引起赤道西太平洋异常东风出现在其西部，暖池区负的s o t a 开始向东 扩展；“) 在持续的弱东亚冬季风影响下，赤道西太平洋整个出现东风异常，负 的s o t a 沿赤道整个东传到赤道东太平洋，并导致负的s o t a 和l an i f i a 事件的 出现；与负的s o t a 由暖池区东传的同时，正的s o t a 由赤道东太平洋沿l o 。n 和l o 。s 纬度带西传到西太平洋，并在那里形成正的s o t a 中心：这种形态对应 着l an i f i a 事件的发展和成熟期( 一般为夏秋季) 。最后给出了关于e n s o 本质的 新看法：e n s o 实际上是主要由东亚季风异常造成的赤道西太平洋异常纬向风所 驱动的热带太平洋次表层海温距平的循环( l ia n dm u ，2 0 0 2 ；李崇银，2 0 0 3 ) 。 e 1 n i i i o 的暖水信号首先起源于暖池次表层，然后沿赤道温跃层向东传播，这 一现象的发现是对e n s o 事件发展过程的新认识。究竟这是一次强事件的个别 现象，还是带有普遍性的现象? c l m oe ta 1 ( 2 0 0 1 ) 利用美国s c r i p p s 海洋研究所 环境分析中心的海表和次表层海温资料，定义了最大海温距平曲面的概念，其类 似于2 0 。海温等温线的深度分布，这一深度曲面很接近热带温跃层的深度面； 分析后指出，对于近4 0 年来发生的1 1 次e ln i 矗。事件，其初始暖的海温距平无 一例外地都在暖池次表层1 6 0 米附近生成，发展到一定强度后，当话太平洋出现 持续西风异常时，暖的海温距平沿着气候的温跃层向东向海表传播，经过约1 年的时间，传到赤道东太平洋海表的n i n 0 3 或n i n 0 1 、2 海域形成e l n i f i o 事件； 同时近4 0 年来也出现了1 1 次l a n i f i a 事件，这些事件的冷水信号也都首先在暖 池次表层形成，当西太平洋出现持续东风异常时，沿赤道温跃层向东向海表传播， 到赤道东太平洋海表形成l an i f i a 事件。归纳起来就是近4 0 年来11 次e ln i f i o 事件和1 1 次l an i 矗a 事件，其暖、冷海温距平在热带西太平洋暖池温跃层附近 形成和发展后，沿赤道温跃层向东、向上传播，到达赤道东太平洋表层形成e 1 n i f i o 和l a n i f i a 事件。进一步的分析还指出，暖池附近的暖、冷海温距平， 一般 与前一次的暖、冷事件有关，前一次的暖、冷水在赤道东太平洋停留一段时间后， 一般向北传播到纬度1 0 度附近后向西传播到西太平洋再南下传到暖池。这表明 e 1n i f i o 和l an i f i a 事件的温度距平在热带太平洋形成一个信号传播的环路。 根据表征温跃层最强信号变化的新定义一晟大次表层海温异常( m a x i m u m s u b s u r f a c et e m p e r a t u r ea n o m a l y , m s t a ) ，q i a n 等比较了热带印度洋表层s s t a 和次表层m s t a 的传播特征，研究了热带印度洋次表层偶极振荡的年际、年代 际变率，并从理论机制上探讨了表层、次表层以及周边大气环流系统之问的相互 作用( 2 0 0 3 ) 。进一步的分析还发现赤道珏太平洋的次表层暖信号来自赤道外西北 太平洋( q i a n e ta 1 ，2 0 0 4 ) 。于卫东等最近的研究分析了上层海洋4 0 0 米热含量异 常( h e a tc o m e n ta n o m a l y , h c a ) ，并利用这一物理量来反映e 1n i f i o 事件的暖信号 ( 2 0 0 4 ) 。 在研究热带太平洋地区温跃层海温异常及其东传对e n s o 事件影响的同时， 许多研究也发现赤道印度洋偶极子型振荡不仅表现在海表面温度的变化特征中 ( s a j ie ta l ，1 9 9 9 ；w e b s t e r e ta 1 ，1 9 9 9 ；李崇银和穆明权，2 0 0 1 ；李崇银等，2 0 0 1 ；l i a n d m u ，2 0 0 1 ) ，而且在次表层海温的变化中也很清楚( a n d e r s o n ，1 9 9 9 ；巢纪平等， 2 0 0 3 a ；q i a n e ta 1 ，2 0 0 3 ；巢纪平和袁绍字，2 0 0 4 ) ，进而又分析了热带印度洋次表 层海温的年际气候变率，讨论了印度洋次表层海温异常的传播等( m u r t u g u d d ea n d b u s a l a c c h i ，1 9 9 9 ；r a oe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 1 4 理论研究和数值模拟 以上的研究表明，随着海洋资料观测和处理技术的进一步发展，以及海洋观 测资料的增加，话太平洋暖池次表层海温异常对e n s o 事件的发生和发展有密 切的关联。在e n s o 现象的理论研究和数值模拟中，也必须要考虑暖池次表层 海温的异常变化及其传播特征。因此在资料分析的基础上，气象学家和海洋学家 也同时进行了一些初步的理论研究和模式模拟研究，取得了一系列研究成果，分 别从理论和模拟方面支持和解释了近年来的新的观测事实( 巢纪平和张丽，1 9 9 8 ； 周广庆和李崇银，1 9 9 9 ；c h a oa n dc h e n , 2 0 0 0 ；巢纪平和陈峰，2 0 0 0 ；巢纪平和徐 小标，2 0 0 1 ，2 0 0 2 ；巢纪平和巢清尘，2 0 0 2 ；巢纪平等，2 0 0 2 a , 2 0 0 2 b ；巢纪乎，2 0 0 3 ； 巢纪平等，2 0 0 5 ) 。 基于资料分析表明强的温度距平信号一般都是沿赤道温跃层向东传播的，很 少在赤道及邻近向西传播，为了解释这一现象，巢纪平等应用等值浅水模式分析 了在风应力强迫下大洋西部和东部海洋响应的解析解，讨论赤道海域东西部对 暖、冷水事件发展的相对重要性，指出由西边界激发出来的向东传播的信号强度， 其振幅远大于由东边界激发出来的向西传播的信号( 巢纪平和陈峰，2 0 0 0 ；巢纪 平和巢清尘，2 0 0 2 ) 。