热带西北太平洋地区的海温异常是影响东亚气候年际变异的一个重要因子。因此,热带西北太平洋地区海温异常的形成一直是研究人员较为关心的问题。以往的研究主要关注季节平均海温和季节平均风场异常之间的关系。鉴于热带西北太平洋地区存在显著的季节内振荡和天气尺度活动,季节平均海温异常的形成是否受到这些高频大气活动的影响,目前学界研究较少。
我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队通过将表面潜热通量分解为与低频(气候平均和年际异常)和高频(季节内和天气尺度)变化有关的分量,评估了高频大气风场变化对季节平均潜热通量异常的贡献,发现热带西北太平洋地区与高频风场变化有关的潜热通量对季节平均海温异常有重要贡献。
表面潜热通量是海洋和大气热量交换的一个重要分量。本研究将日平均的变化分解为天气尺度、季节内尺度和低频变化三个分量,分析风场变化的三个分量对季节平均表面潜热通量的分别贡献。结果表明,在低频季节平均风弱的区域,如热带西北太平洋地区,与高频风场变化有关的表面潜热通量对季节平均表面潜热通量的年际变化有着重要贡献。在厄尔尼诺年(如1986年)夏季,热带西北太平洋地区的异常西风(图1a)使得低频季节平均风减弱,导致季节平均风对应的表面潜热通量的减少(图2c),但同时由于在高频变化的活跃位相和不活跃位相都有表面潜热通量的增加(图1b、c),导致高频风场变化对应的季节平均潜热通量的增加(图2d),并贡献于海温异常的形成(图2a)。而在低频季节平均风大的区域,在高频变化的活跃位相和不活跃位相表面潜热通量变化相反(图1d、e),使得高频风场变化对应的表面潜热通量的季节平均异常不明显。
本研究结果说明了大气高频变化一方面受到低频变化的调制,另一方面高频风场变化对季节平均表面潜热通量和年际海温异常的形成有着重要反馈作用。这一思路可为热带西北太平洋地区的跨尺度相互作用过程的研究提供参考。
图1 1986年夏季(a)年际低频风异常(m/s,标度在右上方 )。蓝线和绿线表示气候平均和低频分量夏季纬向风的零线。红色框表示(b)-(e)中平均区域。(b)和(c)为5º-10ºN 和150º-160ºE区域平均季节内尺度纬向风与风速和潜热通量的散点图。(d)和(e)为5º-10ºN 和125º-135ºE区域平均季节内尺度纬向风与风速和潜热通量的散点图。纬向风和风速单位为m/s,潜热通量单位为W/m2。
图2 厄尔尼诺年合成的(a)9月减5月海温异常,6-8月平均(b)总潜热、(c)低频部分和(d)高频部分潜热异常(°C/月)。潜热负异常表示海洋失去热量。打点区表示异常达到95%置信度。
该研究成果分别以题为“High frequency wind-related seasonal mean latent heat flux changes”、“High-frequency wind-related seasonal mean latent heat flux changes over the tropical Indo-western Pacific in El Niño and La Niña years”和“Upscale feedback of high-frequency winds on seasonal SST change over the tropical western North Pacific during boreal summer” 发表在Climate Dynamics 和Journal of Geophysical Research-Atmospheres上。创新团队核心成员吴仁广教授为论文的第一作者及通讯作者。
该项目研究得到了国家自然科学基金(41530425,41721004,41775080)、国家重点研发计划(2016YFA0600603)以及南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。
原文链接: https://doi.org/10.1007/s00382-020-05445-6
http://dx.doi.org/10.1029/2020JD032954 https://doi.org/10.1007/s00382-020-05391-3