东亚冬季风是影响东亚地区冬季气候的重要气候系统,其强度和变化对区域环境和社会经济有着深远的影响,其引发的寒潮、暴雪和冻害等极端天气气候事件会给人民的生产、生活造成危害和损失(
王绍武,2008;
蔡倩等,2020)。因此,深入理解东亚冬季风变异将有助于科学预测及应对由其引发的极端天气气候灾害。
在影响东亚冬季风年际变异的多种因素中,厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)是最受关注的因素之一(
Huang et al.,2004;
Ma and Chen,2023;
万云霞等,2023)。在过去的几十年中,研究人员已经通过观测分析和数值模拟,确认了ENSO对东亚冬季风年际变化的显著作用(
曹艳艳等,2015;
陈文等,2018)。
Wang et al.(2008)的研究表明,ENSO与东亚冬季风之间关系在不同年代间呈现出波动性。而关于这一关系的具体变化及其背后的驱动机制,特别是针对太平洋年代际涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)对ENSO-东亚冬季风关系的影响,目前结果尚未达到统一。例如:
Wang et al.(2008)认为PDO是主导因素,而
Geng et al.(2017a)则认为AMO是主导因素;
Kim et al.(2017)发现当PDO处于负位相、AMO处于正位相时,ENSO与东亚冬季风的关系会更加紧密。
值得关注的是,东亚冬季风不仅具有年际和年代际变化,还有季节内变化,如冬季初期和末期的异常变化可能会呈现不同特点(
黄嘉佑和胡永云,2006;
韦玮等,2014;
马锋敏等,2022;
Zhong and Wu,2023)。
Zhong and Wu(2023)的研究表明,东亚冬季风强度会出现次季节强度反转。Geng et al.(2023a,b)的进一步研究表明,在次季节时间尺度上,ENSO对东亚冬季气候的影响体现出了差异,前冬(11—12月)的气候响应比后冬(1—3月)更为显著,气候可预测性也更高。有研究表明,ENSO与东亚冬季风关系的年际变化也存在季节差异,这可能与北大西洋涛动在1月初的位相转换(
Geng et al.,2017b)以及中部型ENSO 的干扰效应有关(
Yu and Sun,2018)。
上述研究从东亚冬季风的季节、年际、年代际变化角度,研究其动力机制,重点关注ENSO与东亚冬季风的关系以及PDO与AMO的调制影响。前人对二者关系的研究多是基于东亚冬季风指数进行,然而由于不同东亚冬季风指数代表的气候区域不同,导致了研究结果的多样性(
晏红明等,2009),也部分解释了以往研究中存在差异的原因。因此,有研究将东亚冬季风指数改为东亚冬季大尺度环流场的变化来探讨ENSO与东亚冬季风的关系(
Shi,2021),并指出AMO和PDO都是影响两者关系变化的关键因素,且两者的影响力相似。一些研究也表明,对于整个冬季的分析会掩盖掉ENSO对东亚冬季气候的影响在次季节时间尺度上的不稳定性,ENSO对东亚冬季风在前、后冬存在不同的影响(
Geng et al.,2023a,b;
Ma and Chen,2023)。因此,目前对于ENSO与东亚冬季风关系还存在一些不清楚的地方:ENSO与前、后冬东亚冬季风关系是否具有年代际变化?若有,PDO和AMO对它们的调制是怎样的?其可能机理又是什么?因此,本文采用
Shi(2021)的分析方法对上述问题进行研究,主要结构如下:第1节介绍本研究采用的资料以及方法; 第2节给出ENSO与前、后冬东亚冬季风年际关系的年代际变化; 第3节探讨PDO和AMO对ENSO与前、后冬东亚冬季风关系的影响; 第4节总结了本文的主要结论,并给出相关讨论。
1 资料和方法
本文使用的资料包括:1)美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)提供的逐月全球大气再分析资料(
Kalnay et al.,1996),水平分辨率为2.5°×2.5°; 2)美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)扩展重建海表温度数据集第3版(
Smith et al.,2008),水平分辨率为2°×2°。考虑到未来研究还将采用第六阶段国际耦合模式比较计划(CMIP6)的历史模拟数据进行评估并与本文做比较,以上资料时间段均取1948—2014年。
Niño 3.4指数定义为(120°~170°W,5°S~5°N)区域平均海表温度(sea surface temperature,SST)异常,用于表示ENSO强度。PDO是北太平洋海表温度变化的主要模态之一(
Mantua and Hare,2002),其指数被定义为北太平洋逐月海表温度距平的主成分。本文PDO指数序列来自https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/pacific-decadal-oscillation-pdo-definition-and-indices。AMO是北大西洋海表温度(SST)在几十年时间尺度上的理论变率,其指数被定义为(0°~80°W,0°~60°N)区域平均海表温度距平(
Trenberth and Shea,2006)。本文AMO指数序列来自https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/atlantic-multi-decadal-oscillation-amo。
本文冬季指11月—次年3月,前冬为11—12月,后冬为1—3月(
韦玮等,2014)。文中使用的方法包括多变量经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解方法、线性回归、相关系数的
t检验等。本文消除了所有变量的线性趋势,以减少全球变暖的潜在影响。
参照
Shi(2021)的方法,分别对1948—2014年前、后冬的Niño3.4指数和相应的东亚及邻近太平洋地区(100°~150°E,10°~50°N)的850 hPa水平风场之间进行17 a滑动回归分析,然后对获得的51 a线性回归水平风场进行多变量EOF分析。此研究方法可以避免结果对特定东亚冬季风指数的依赖,反映了ENSO对东亚冬季风影响的变化特征。
2 ENSO与前后冬东亚冬季风年际关系的年代际变化
图1给出了东亚地区1948—2014年前冬和后冬850 hPa水平风场对同期的Niño 3.4指数进行的回归分析结果。由前冬的回归水平风场(图1a)可看出,东亚大部分地区被反气旋性环流异常控制,其中心位于(150°E,35°N)附近,我国南部沿海到东亚中高纬地区均盛行偏南风异常。而由后冬的回归水平风场(图1b)可看出,反气旋性环流异常的中心位于低纬度热带地区,其范围相对前冬明显偏小且明显南退,偏南风异常仅限于我国南部沿海地区,表明前冬ENSO对东亚冬季风影响更为显著,这与Geng et al.(2023a,b)的研究结果一致。然而,这仅是对冬季整个时间段的分析,因而有必要进一步采用多变量EOF分析方法分析ENSO与前、后冬东亚冬季风年际关系的年代际变化特征。
图11948—2014年前冬(a)和后冬(b)850 hPa水平风对同期Niño 3.4指数的回归(单位:m/s; 通过95%置信度显著性检验的回归风用红色表示)
Fig.1Regressions of 850 hPa winds in (a) early winter and (b) late winter onto the Niño 3.4 index.Wind vectors significant at the 95% confidence level are shown in red
2.1 ENSO与前冬东亚冬季风年际关系的年代际变化
首先将1948—2014年前冬Niño 3.4指数对同期850 hPa水平风场进行17 a滑动回归,然后对所得的51 a回归水平风场结果进行多变量EOF分析,其结果代表年代际尺度上前冬ENSO引起的东亚冬季风年际异常的主要模态及变化。由于进行了滑动回归,所以自由度大大降低,根据North检验的结果,这两个模态并不能有效分离,但仍然对其进行分析,以讨论其气候学意义。图2a和2d分别给出了ENSO与前冬东亚冬季风关系的EOF前两个特征向量分布,其方差贡献率分别为36.62%和18.83%,两者占总方差的55.45%。由EOF第一特征向量(EOF1)分布可以看出,当前冬其时间系数PC1为正值时,西北太平洋存在一个强大的反气旋性环流异常,偏南风异常可以一直延伸到东亚中高纬度地区(图2a、b),而在其为负值阶段偏南风异常主要在日本及以东地区存在,中国地区并无明显偏南风异常(图2c)。同时,PC1在20世纪80年代初发生了年代际转变,由正值转为负值(图3a),说明ENSO对前冬东亚冬季风的影响在20世纪80年代初后发生了年代际减弱。由EOF第二特征向量(EOF2)分布(图2d)可以看出,当其时间系数PC2为正值时,西北太平洋反气旋性环流异常偏西,主要位于我国华南及南海区域(图2e),这主要反映ENSO对东亚冬季风南支的影响。而当PC2为负值时,ENSO对东亚冬季风的影响可以延伸到东亚中高纬度地区(图2f)。从PC2的变化可以看出,在20世纪60年代中期到80年代中期和21世纪之后其为负值(图3b)。
2.2 ENSO与后冬东亚冬季风年际关系的年代际变化
与第2.1节一样,经过17 a滑动回归及对回归风场结果进行多变量EOF分析,得到了ENSO与后冬东亚冬季风关系的EOF前两个模态及其时间系数。图4a和图5a分别给出了ENSO与后冬东亚冬季风关系的第一模态(EOF1)及其时间系数(PC1),其方差占总方差的34.00%。由EOF1分布及其时间系数PC1为正、负时合成图可以看出,当PC1为正时,我国华南地区为气旋性环流异常控制,在西北太平洋存在反气旋性环流异常,偏南风异常可以一直延伸到东亚中高纬度地区(图4b),表明在PC1为正值时期ENSO对后冬东亚冬季风影响显著。而在PC1的负值阶段,东亚大陆无明显的偏南风异常,表明此阶段ENSO对后冬东亚冬季风影响弱。PC1在20世纪80年代初存在年代际变化,由正值转为负值(图5a),因此ENSO与后冬东亚冬季风关系在20世纪80年代初后发生了年代际减弱,这与前面分析得到的ENSO与前冬东亚冬季风关系的年代际变化一致。由此可以得知:ENSO与前、后冬东亚冬季风关系均在20世纪80年代初以后发生了年代际减弱现象。
图2前冬Niño 3.4指数对同期850 hPa水平风场进行17 a滑动回归后进行EOF分析的结果:(a)ENSO与东亚冬季风关系的第一特征向量分布(EOF1);(b)当PC1大于0时合成的回归风场(单位:m/s);(c)当PC1小于0时合成的回归风场(单位:m/s);(d—f)同(a—c),但为EOF2的结果
Fig.2Results of EOF analysis following a 17-year sliding regression of the early-winter Niño 3.4 index onto the 850 hPa horizontal wind field for the same period: (a) EOF1 representing the relationship between ENSO and East Asian winter monsoon (EAWM) ; (b) the composite wind field when PC1>0 (units:m/s) ; (c) the composite wind field when PC1<0 (units:m/s) ; (d—f) same as (a—c) , but for EOF2
图3前冬ENSO与东亚冬季风关系的第一模态时间系数PC1(a)和第二模态时间系数PC2(b); 前冬太平洋年代际振荡(PDO)指数(c)和大西洋多年代际振荡(AMO)指数(d)(图c、d中柱状图为9 a滑动平均结果,黑色实线为原始数据)
Fig.3(a) PC1 and (b) PC2 of the early-winter ENSO-EAWM relationship; (c) early-winter Pacific Decadal Oscillation (PDO) index; and (d) Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO) index.Bars represent 9-year running means for the PDO and AMO indices, and the solid black lines show the raw data
对于ENSO与后冬东亚冬季风关系的EOF第二模态,其方差占总方差的18.96%(图4d)。其时间系数PC2在20世纪60年代末到90年代末初以及21世纪初之后为负值(图5b)。对比第二模态的合成结果可以看到,在PC2的正值阶段(图4e),东亚大陆大部分地区被偏北风异常控制,而在PC2的负值阶段我国东部的气旋性环流异常与海上的反气旋性环流异常更加靠近我国,其造成的偏南风异常影响范围比正值阶段大,因而在PC2负值阶段,ENSO对东亚冬季风的影响比PC2正值阶段更显著。
图4后冬Niño 3.4指数对同期850 hPa水平风场进行17 a滑动回归后进行EOF分析的结果:(a)ENSO与东亚冬季风关系的第一特征向量分布(EOF1);(b)当PC1大于0时合成的回归风场(单位:m/s);(c)当PC1小于0时合成的回归风场(单位:m/s);(d—f)同(a—c),但为EOF2的结果
Fig.4Results of EOF analysis following a 17-year sliding regression of the late-winter Niño 3.4 index onto the 850 hPa horizontal wind field for the same period: (a) EOF1 representing the relationship between ENSO and EAWM; (b) the composite wind field when PC1>0 (units:m/s) ; (c) the composite wind field when PC1<0 (units:m/s) ; (d—f) same as (a—c) , but for EOF2
图5后冬ENSO与东亚冬季风关系的第一模态时间系数PC1(a)和第二模态时间系数PC2(b); 后冬太平洋年代际振荡(PDO)指数(c)和大西洋多年代际振荡(AMO)指数(d)(图c、d中柱状图为9 a滑动平均结果,黑色实线为原始数据)
Fig.5(a) PC1 and (b) PC2 of the late-winter ENSO-EAWM relationship; (c) later-winter PDO index; and (d) AMO index.Bars represent 9-year running means for the PDO and AMO indices, and the solid black lines represent the raw data
综上所述,通过对比Niño3.4指数回归整个分析时段的前、后冬850 hPa水平风场的回归分布发现:相对ENSO对后冬东亚冬季风的影响,ENSO对前冬东亚冬季风的影响显著,与El Niño相联系的偏南风异常可以延伸到东亚地区中高纬度,而后冬偏南风异常只能局限于东亚低纬度地区。进一步对ENSO与前、后冬东亚冬季风关系的EOF主要模态及其时间系数进行分析,发现ENSO与前、后冬东亚冬季风关系均在20世纪80年代初以后发生了年代际减弱现象。
3 PDO和AMO对前后冬ENSO与东亚冬季风关系的影响
3.1 PDO对前后冬ENSO与东亚冬季风关系的影响
以往研究普遍认为PDO和AMO是ENSO和东亚冬季风关系年代际变化的主要原因之一(
Zhang et al.,2020;
宋晗等,2021),因此本文将ENSO与前冬东亚冬季风关系的EOF第一、第二特征向量的时间系数PC1和PC2与9 a滑动平均的PDO和AMO指数进行相关分析,发现仅有PC1与PDO指数有显著的负相关关系,其相关系数为-0.56,通过置信度为95%的显著性检验,表明ENSO和前冬东亚冬季风年际关系的年代际变化受PDO调制,尤其是1980年代的转折; 当PDO负(正)位相时,PC1为正(负)值,ENSO对前冬东亚冬季风影响显著(不显著)。同样,对ENSO与后冬东亚冬季风关系的EOF模态的时间系数PC1和PC2与PDO指数进行相关分析,结果显示PC1与PDO指数呈显著负相关关系,其相关系数为-0.76,表明ENSO与后冬东亚冬季风年际关系的年代际变化受PDO的调制更强,当PDO负(正)位相时,PC1为正(负)值,ENSO对后冬东亚冬季风影响显著(不显著)。此外,分析还发现在1990年后,前、后冬的PDO指数有较大差别,这是由于PDO指数在1994、2004和2005年的前、后冬出现了相反位相,前冬表现为负位相而后冬表现为正位相,因而在进行9 a滑动平均后,前、后冬的PDO指数在1990年后出现了较大差异。
图6显示了PDO不同位相阶段ENSO对前、后冬东亚冬季风的影响。根据前、后冬的9 a滑动平均PDO指数(图3c、图5c),在前冬选择1979—1990年为正PDO位相,1956—1978年和1991—2006为负PDO位相; 在后冬选择1977—2006年(1956—1976年)为正(负)PDO位相。对比Niño 3.4指数与850 hPa风场的回归分布可看出,东亚沿岸的偏南风异常在后冬较前冬有明显南退(图6a、b、e、f)。具体来说,在前冬,El Niño导致的偏南风异常更加深入东亚中高纬度地区(图6a、b),其次就是在后冬的PDO负位相(negative PDO,nPDO)阶段(图6e)。在后冬的PDO正位相(positive PDO,pPDO)阶段,偏南风异常向北最不深入(图6f)。这与前面EOF时间系数与PDO指数的相关分析结果一致。
这个现象的可能原因是什么?先作如下分析。太平洋北美型遥相关(Pacific-North American teleconnection,PNA)是北半球冬季主要遥相关之一(
Horel and Wallace,1981;
Wallace and Gutzler,1981),且ENSO对其存在调节作用(
杨丹宁和罗德海,2014)。
Shi(2021)研究指出,厄尔尼诺现象会诱发类似 PNA正位相模态,PNA遥相关的建立会影响与El Niño相关的西北太平洋地区异常反气旋的变化,进而影响东亚冬季风。然而其针对的是整个冬季,并未对前、后冬分开讨论,本文对此进行讨论。
对比前冬(图6c、d)与后冬(图6g、h)回归得到的500 hPa位势高度异常场的差异可以发现,后冬存在类似PNA遥相关模态,北太平洋上空出现了气旋性环流异常(位势高度负异常),阻碍了东亚中低纬度地区与El Niño相关的异常反气旋向北发展,因此后冬的偏南风异常较前冬有明显南退; 对比后冬偏南风异常在PDO不同位相阶段的差异发现,偏南风异常在nPDO位相能更深入向北,这是因为北太平洋上空负异常的位势高度场偏向西北太平洋,北美上空正异常的位势高度场范围减小,导致PNA遥相关减弱,对异常反气旋的阻碍减弱。对比前冬的两个位相阶段(图6c、d)可知,nPDO位相热带地区正的异常高度场在热带地区的范围更大,向副热带西太平洋的发展范围也较大,更靠近内陆地区,这会导致东亚大槽减弱,从而东亚冬季风偏弱; 同时,在PDO正位相阶段的高纬地区出现了偏北风异常,这会对偏南风异常起到阻碍作用。因此,在前冬的nPDO位相阶段,偏南风异常较为深入内陆及东亚中高纬度地区,意味着ENSO与东亚冬季风的关系更加紧密。
图7给出了PDO对北太平洋海表温度的回归分布。可见,在nPDO位相,中纬度北太平洋中西部变暖,东部变冷(
图7a、b)。这样的海表温度变化会导致对流层的温度也发生相应变化(
图8a、d)。根据热成风原理:纬向风的垂直变化取决于气温的经向梯度(
Kuang and Zhang,2005)。假设地面纬向风为零,如果对流层温度经向梯度减小(增加),那么上层西风强度应该随高度增加(减少)。因此,东北太平洋上空的西风急流在北部增强、南部减弱,形成了相应的经向梯度异常(
图8b、e)和纬向风异常(
图8c、f)。
图6PDO负位相阶段(a、c)及PDO正位相阶段(b、d),前冬的850 hPa风场(箭矢,单位:m/s)和海表温度(阴影,单位:K)(a、b)、500 hPa位势高度(c、d; 阴影,单位:gpm)对Niño 3.4指数的回归;(e—h)同(a—d),但为后冬(图中仅显示通过90%置信度显著性检验的各类要素异常)
Fig.6Regressions of early-winter (a, b) 850 hPa winds (arrows, units:m/s) and sea surface temperatures (shadings, units:K) , and (c, d) 500 hPa geopotential heights (shadings, units:gpm) against the Niño 3.4 index during (a, c) negative PDO (nPDO) and (b, d) positive PDO (pPDO) phases.Panels (e—h) show the corresponding results for late winter.Only anomalies significant at the 90% confidence level are shown
对比nPDO位相ENSO对前、后冬东亚冬季风影响的差异可见,相比后冬(图7b),前冬海表温度在日本地区的增暖更强且范围更大(图7a),从而使得在东亚地区前冬对流层气温异常及梯度比后冬更强更偏北(图8a、b、d、e),最后导致形成的纬向风异常也在前冬更加偏北(图8c、f),进一步让PNA遥相关对中纬度的影响向西北退缩,从而相比后冬nPDO位相,前冬nPDO位相的偏南风异常更加深入东亚中高纬度地区。
综上所述,PDO对ENSO与前后冬东亚冬季风关系的影响的差异可能与PDO不同位相时的正异常高度场向副热带西太平洋的发展状况以及PNA遥相关的建立有关。
3.2 AMO对前后冬ENSO与东亚冬季风关系的影响
将ENSO与前冬东亚冬季风关系的EOF第一、第二特征向量的时间系数PC1和PC2与AMO指数进行相关分析,发现它们与AMO的相关并不显著,其相关系数分别为0.06和0.17,没有通过置信度为95%的显著性检验,表明ENSO和前冬东亚冬季风年际关系的年代际变化受AMO的调制较弱。ENSO与后冬东亚冬季风关系的EOF第一、第二特征向量的时间系数PC1和PC2与AMO指数的相关系数分别是0.14和0.75(通过了置信度为95%的显著性检验),仅后者呈显著正相关。
图7前冬(a)和后冬(b)北太平洋海表温度对太平洋年代际振荡(PDO)指数的回归系数分布(单位:K; 回归前对PDO指数进行了标准化处理; 通过95%置信度显著性检验的异常点用黑点标出; 所有PDO指数回归的异常值都乘以-1,以强调它们在nPDO阶段的变化)
Fig.7(a) Regressions of early-winter sea surface temperature (units:K) against the PDO index. (b) same as (a) , but for late winter.All anomalies are multiplied by-1 to emphasize changes during the nPDO phase
图8前冬对流层(850~500 hPa平均)气温(a; 单位:K)、对流层气温经向梯度(b; 单位:10-3 K·km-1)、500 hPa纬向风(c; 单位:m/s)对太平洋年代际振荡(PDO)指数的回归系数分布;(d—f)同(a—c),但为后冬(通过95%置信度显著性检验的异常点用黑点标出; 所有PDO指数回归的异常值都乘以-1,以强调它们在 nPDO 阶段的变化)
Fig.8Regressions of early-winter (a) tropospheric temperature (averaged from 850 to 500 hPa; units:K) , (b) meridional gradient of tropospheric temperature (units:10-3 K·km-1) , and (c) 500 hPa zonal winds (units:m/s) against the PDO index.Panels (d—f) show the corresponding results for late winter.All PDO-regressed anomalies are multiplied by-1 to highlight changes during the nPDO phase
由于AMO仅在后冬与PC2显著相关,所以图9仅显示了AMO不同位相阶段ENSO对后冬东亚冬季风的影响。根据后冬的AMO指数序列变化(图5d),选择1956—1967年和1998—2006年为AMO正位相时期,1968—1997年为AMO负位相时期。
在后冬,不同AMO位相的异常风场与EOF第二模态在不同阶段的合成结果相似。相对PC2正值阶段(图4e),其负值阶段(图4f)海上反气旋性环流异常更加靠近我国,造成的偏南风异常影响范围也更大,ENSO对东亚冬季风的影响也更加显著。这对应AMO负位相阶段(图9b),反气旋性环流异常更加偏向东亚大陆,且影响范围可延伸至日本地区,而在AMO正位相阶段(图9a),反气旋性环流异常的范围较小。
值得注意的是,在后冬AMO不同位相的500 hPa位势高度异常场上(
图9c、9d),均存在PNA模态。虽然在AMO正位相阶段出现了较弱的PNA模态,但并未出现较强的偏南风异常,该结论与PDO位相不同,这说明在不同AMO位相,PNA模态对偏南风异常的影响有限,该结论与
Shi(2021)的结论相似。这是因为AMO可以改变热带太平洋的年代际气候背景,进一步调节ENSO的年际影响(
李双林等,2009; Hu S Q et al.,2020;
陈广超等,2021)。研究表明,ENSO在AMO负位相期间较强,而在AMO正位相期间较弱,即AMO会影响ENSO的强度(
Dong et al.,2006;
Kang et al.,2014;
Gong et al.,2020)。本文的结论也显示,ENSO与后冬东亚冬季风的关系同样受到AMO的调制,但具体的物理机制如何,仍需进一步探讨。
图9AMO正位相阶段(a、c)及AMO负位相阶段(b、d),后冬的850 hPa风场(箭矢,单位:m/s)和海表温度(阴影,单位:K)(a、b)、500 hPa位势高度(c、d;阴影,单位:gpm)对Niño 3.4指数的回归系数分布(仅显示通过90%置信度显著性检验的各类要素异常)
Fig.9Regressions of late-winter (a, b) 850 hPa winds (arrows, units:m/s) and sea surface temperatures (shadings, units:K) , and (c, d) 500 hPa geopotential heights (shadings, units:gpm) against the Niño 3.4 index during (a, c) positive AMO and (b, d) negative AMO phases.Only anomalies significant at the 90% confidence level are shown
4 结论与讨论
本文从ENSO对东亚冬季风环流作用变化的角度,探讨了PDO/AMO对ENSO与前后冬东亚冬季风年际关系的年代际调制及其可能原因,得到如下主要结论:
1)ENSO均会对前、后冬东亚冬季风产生影响,但其影响存在季节内差异,这可能是由于不同位相PDO与AMO对西北太平洋异常反气旋的调控在前、后冬存在差异。将东亚地区1948—2014年前后冬的850 hPa风场与Niño 3.4指数进行回归分析,发现厄尔尼诺引起的偏南风异常在前冬时期更为深入到东亚北部地区,对东亚冬季风的削弱作用更强,即ENSO对前冬时期东亚冬季风的影响比后冬更为显著。
2)通过分析ENSO与前、后冬东亚冬季风关系的EOF模态特征及其时间系数不同阶段的合成,发现ENSO与前、后冬东亚冬季风的年际关系在20世纪80年代初以后发生了年代际减弱。
3)PDO对ENSO与前、后冬东亚冬季风关系存在不同影响。由于PNA遥相关的建立会对与El Niño有关的西北太平洋地区异常反气旋存在阻碍作用,而后冬PNA遥相关普遍存在,所以PDO对ENSO与前冬东亚冬季风的关系影响更加显著,尤其在PDO负位相阶段热带地区正的异常高度场向副热带西太平洋的发展范围更大,所以在前冬时期PDO负位相时ENSO对东亚冬季风的影响最显著。而后冬在PDO负位相阶段则由于PNA遥相关有所减弱,导致其对西北太平洋异常反气旋的阻碍作用减弱,所以在后冬时期PDO负位相时ENSO与东亚冬季风的关系更加显著。
4)AMO对ENSO与东亚冬季风关系的影响仅在后冬显著,且影响局限于热带地区。相比AMO正位相,在AMO负位相时,ENSO对后冬东亚冬季风的影响更为显著。
尽管本文探讨了PDO/AMO对ENSO与前、后冬东亚冬季风年际关系的年代际调制及其可能原因,但是除PDO和AMO外,其他因素也可能起作用。例如:将北极涛动的影响排除后,与El Niño相关的西北太平洋北部异常反气旋会加强,这种环流变化有助于建立东亚与北太平洋之间的远程联系,促进ENSO与东亚冬季风关系的发展(
Chen et al.,2020)。还有研究表明,影响东亚冬季风变化的因素还包括巴伦支海和喀拉海的海冰变化(
罗蕊等,2017),并且ENSO的类型也具有多样性(Capotondi et al.2015; Hu Y Y et al.,2020;
Freund et al.,2024)。因此,北极海冰的变化以及ENSO本身的类型变化对ENSO与前、后冬东亚冬季风关系又会有怎样的影响,未来还需要进一步探讨。
致谢:本文得到了南京信息工程大学高性能计算中心的计算支持和帮助。谨致谢忱!