PDO对ENSO非对称性的年代际调整及其机制.pdf

热带海洋学报 JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY 2023 年 第 42 卷 第 4 期:3646 doi:10.11978/2022189 http:/ PDO对 ENSO 非对称性的年代际调整及其机制 李承勇,孟祥凤,谢瑞煌 中国海洋大学海洋与大气学院,山东 青岛 266100 摘要:本文利用 HadISST 的月平均海温数据以及 ORAS3 再分析数据,研究了 PDO(Pacific Decadal Oscillation)不同位相对ENSO(El Nio and South Oscillation)非对称的年代际调整。对 PDO不同位相的海表温度异常(SSTA,sea surface temperature anomaly)的偏度分析发现,PDO 正位相期间东太平洋的 ENSO 非对称明显强于 PDO 负位相期间。同时,通过对次表层(50150m)海洋热量收支计算发现,东太平洋次表层非线性动力加热项(NDH,nonlinear dynamical heating)在 PDO不同位相下也有明显的变化,PDO 正位相期间东太平洋的次表层 NDH 明显强于 PDO 负位相期间,NDH 的差异主要是由其纬向分量NDHx 的差异引起的。东太平洋更强的次表层 NDHx 使 PDO 正位相期间 El Nio 事件和 La Nia 事件次表层温度异常(SubTA,subsurface temperature anomaly)的差距更大,从而引起 SSTA的非对称,导致 PDO正位相期间东太平洋的 ENSO 非对称比 PDO负位相期间强。关键词:ENSO非对称;PDO;热收支分析;非线性动力加热项;次表层 中图分类号:P731.11 文献标识码:A 文章编号:1009-5470(2023)04-0036-11 Interdecadal modulation of ENSO asymmetry by the Pacific Decadal Oscillation and its mechanism LI Chengyong,MENG Xiangfeng,XIE Ruihuang College of Oceanic and Atmospheric Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266100,China Abstract:El Nio and South Oscillation(ENSO)asymmetry between El Nio and La Nia events in the positive and negative Pacific Decadal Oscillation(PDO)phases is examined using HadISST and ORAS3 ocean reanalysis products.It is found that ENSO asymmetry in the equatorial eastern Pacific is significantly weaker in the negative PDO phase than that in the positive PDO phase.It is found that the eastern Pacifics subsurface nonlinear dynamical heating(NDH)is likewise greatly affected by the various PDO phases,and it is much stronger during the PDO positive phase than that during the PDO negative phase through heat budget analysis of the ocean subsurface layer.The subsurface NDH is largely contributed by NDHx.A larger gap between the El Nio event and the La Nia event Subsurface Temperature Anomaly(SubTA)during the positive phase of the PDO is caused by the stronger subsurface NDHx in the East Pacific,which causes the asymmetry of the SSTA,and results in a stronger ENSO asymmetry in the East Pacific during the positive phase of the PDO than that during the negative phase of the PDO.Key words:ENSO asymmetry;PDO;heat budget;NDH;subsurface 收稿日期：2022-09-14;修订日期：2022-11-10。姚衍桃编辑 基金项目：国家自然科学基金项目(41976015、42176024)作者简介：李承勇(1998),男,山东省菏泽市人,硕士研究生,从事海气相互作用研究。email: 通信作者：孟祥凤。email: Received date:2022-09-14;Revised date:2022-11-10.Editor:YAO Yantao Foundation item:National Natural Science Foundation of China(41976015,42176024)Corresponding author:MENG Xiangfeng.email: ENSO(El Nio and South Oscillation,厄尔尼诺与南方涛动)是热带太平洋海洋-大气耦合系统的一种自然“振荡模式”,它是地球上气候系统中最具活力的年际变化,ENSO 暖位相(El Nio 事件)和冷位相(La Nia事件)大约每 27 年发生一次,ENSO 事件的发生对人类和自然系统具有十分深远的影响(McPhaden et al,李承勇等:PDO 对 ENSO 非对称性的年代际调整及其机制 37 1 2006;Timmermann et al,2018)。但 El Nio事件和 La Nia 事件不完全是彼此的镜像:1)El Nio 事件衰减后通常会伴随着 La Nia 事件的发展,但相反的情况要少得多(Chen et al,2016;An et al,2017);2)El Nio事件的海温异常强于 La Nia 事件(Burgers et al,1999;于毅 等,2011),但其持续时间往往比 La Nia 事件更短(DiNezio et al,2014;An et al,2018);3)El Nio 事件和 La Nia 事件海温异常的空间结构也有较大差异,La Nia 事件相关的冷异常通常比 El Nio 事件相关的暖异常沿赤道向西延伸更远(Dommenget et al,2013)。El Nio 事件和 La Nia 事件在时空特征上的差别被称为 ENSO 非对称,是 21 世纪以来 ENSO 研究的热点问题之一。海洋混合层内的线性动力加热(linear dynamical heating,LDH)和非线性动力加热(nonlinear dynamical heating,NDH)是促使 ENSO 海温异常发展的重要的两种温度平流,已经有许多研究证明 NDH 可增强ENSO 的振幅非对称。例如,Jin 等(2003)和 An 等(2004)最早指出 NDH 可增强 El Nio 事件的振幅,但会削弱 La Nia 事件的振幅,其中主要通过 NDH 的垂直分量(非线性垂直温度平流)来实现。但 Su 等(2010)通过对多个海洋再分析资料的分析,发现非线性平流项的水平分量是造成热带太平洋东部 ENSO 振幅非对称的主要因子,而非线性平流项的垂直分量则起到了相反的作用,并指出其与 Jin等(2003)关于垂直分量的作用的差别可能来源于不同的海洋数据。董宇佳等(2014)发现 NDH 在 ENSO 事件的发展和成熟阶段都能促使冷暖位相的振幅非对称,并在 ENSO 事件的发展阶段发挥了更为重要的作用。最近,Hayashi 等(2017)提出海洋次表层 NDH 也对 ENSO 振幅非对称有贡献:在强 El Nio 事件达到峰值后,随着赤道太平洋温跃层的变平以及赤道潜流的停止,次表层 NDH急剧增加,使次表层 LDH 引起的冷却减少了 30%,从而减弱了随后的 La Nia 事件,造成了 ENSO 的振幅非对称。基于此,Hayashi 等(2020)进一步通过诊断再分析数据和气候模式模拟结果发现,气候模式模拟的ENSO 非对称在很大程度上与赤道太平洋的次表层NDH 成正比。研究发现,ENSO 振幅非对称存在明显的年代际变化(An,2009)。Wu 等(2003)指出 ENSO 在 19811999 年比 19611975 年的非对称更强。McPhaden等(2009)也发现了 1975 年前后 ENSO 非对称的年代际变化,并认为这种变化是由热带太平洋气候背景态的年代际变化导致的。Duan 等(2006)稍早前指出热带太平洋气候背景态的年代际变化可以通过调整 NDH来导致 ENSO 非对称产生年代际变化。最近,Pan 等(2020)指出这种 ENSO 非对称的年代际变化主要是由于 NDH 的纬向分量在不同年代的作用不同而造成的,在气候背景态发生年代际变化之后,纬向温度平流与经向温度平流共同增强 ENSO 非对称;而在之前,纬向温度平流则起到相反的作用。同时,Gong 等(2020)发现 ENSO 振幅的年代际变化和大西洋多年代际振荡(Atlantic multi-decadal oscillation,AMO)有关。太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)是北太平洋中纬度最显著的年代际信号,可以影响全球和区域气候(Mantua et al,1997)。ENSO 和PDO 在空间分布上相似,已有许多研究表明二者具有十分密切的联系。Wang等(2008)发现,PDO 能改变热带太平洋气候背景态,从而导致 ENSO 的时空特征呈现出年代际变化,而 ENSO在 27年尺度上调整 PDO强度。Kravtsov(2012)也指出 ENSO 变率的年代际变化与 PDO 等年代际气候变化有关。Feng 等(2014)认为 PDO 可以影响 ENSO 的演变,El Nio 事件在 PDO正(负)位相缓慢(快速)衰减。最近,Lin 等(2018)发现,PDO 的位相可以调制 ENSO 的出现频率和振幅,如PDO 正位相期间 El Nio 强于 La Nia,也强于 PDO负位相时发生的 El Nio,且出现频率远高于 La Nia,但 PDO负位相期间 La Nia 强度则更强,且其出现频率比 El Nio 更高。综上所述,PDO 可以改变热带太平洋的气候背景态,对 ENSO 的振幅、演变、发生频率等产生调整。但 PDO能否影响 ENSO振幅非对称以及如何影响,这仍然是尚未完全解答的问题。再者,如 Hayashi 等(2017)所述,次表层 NDH 被发现是产生 ENSO振幅非对称的原因之一,而对于其是否也受到 PDO的影响并导致 ENSO 振幅非对称呈年代际变化仍不清楚。因此,本文将通过比较 PDO 正负位相期间的次表层NDH 对表层海温异常的贡献来剖析 PDO 对 ENSO 振幅非对称性的调整及其机制。1 数据和方法 1.1 数据 次表层海温数据和洋流的月平均数据来源于ECMWF(the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)海 洋 再 分 析 系 统3(ORAS3)(Balmaseda et al,2008),时间长度为 19592011 年,本文选取整个时间范围进行分析。海表面温度使用的是38 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 英国气象局哈德利中心的 1.1 版海冰和 SST 数据集(HadISST1.1)(Rayner et al,2003),时间长度为 18702021 年,本文选取 19502021 年的数据进行分析。对每个数据所选取的时间段计算其多年月平均,得到相应的气候态。1.2 研究方法 1.2.1 偏度 本文采用海温异常的偏度这一统计量来量化ENSO 振幅的不对称性,偏度计算公式为:33/22skewness()mm=(1)1()kNikixXmN=(2)式中:m为阶矩,下标 k代表阶数;N为数据长度;xi表示第 i 个数据;X为数据长度的数据平均值。热带东太平洋海温异常的正偏度表示 El Nio 事件强于 La Nia 事件,负偏度则反之(Deser et al,1987;Burgers et al,1999)。1.2.2 海洋热收支分析 为方便比较 NDH 在不同的 PDO 位相下对 ENSO海温异常发展的贡献,本文使用 Jin 等(2003)提出的热收支方程加以诊断。该方程表达式如下:(3)式中:T代表海水温度异常;T代表平均海水温度;uvw、分别代表纬向、经向、垂向的平均流速;uvw、分别代表纬向、经向、垂向的流速异常;x、y、z 分别代表纬向、经向、垂向上的距离;t 代表时间。方程等号左侧项为海温异常时间导数,右侧前 6 项为海温异常的线性动力加热(LDH),7 至 9 项为海温异常的非线性动力加热(NDH),R 代表残余项,包括海气界面热通量、次网格过程及耗散作用等。1.2.3 PDO 位相和 ENSO 事件的判定 本文采用 NOAA CPC 对 ENSO 的定义来挑选ENSO 事件,即 3 个月滑动平均的 Nino3.4 指数170120W,5S5N 区域内的海面温度异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)的空间平均,以连续 5 个月 Nino3.4 指数大于 0.5(小于0.5)来判定为 ENSO El Nio(La Nia)事件。PDO 是通过对北太平洋(2070N,110E100W)区域的 SSTA 进行经验正交分解得到第一模态,对其时间系数进行 11 年的滑动平均后,大于 0 的年代即为 PDO 的正位相,小于 0 的年代即为 PDO 的负位相(Mantua et al,1997)。从图 1 的 Nino3.4 指数和 PDO 指数所示,19501975 年和 20022021年为 PDO 的负位相,而 19762001 年为 PDO 的正位相。在 PDO 的正位相期间发生了 7 次 El Nio 事件和 6 次 La Nia 事件,在 PDO的负位相期间发生了 13 次 El Nio 事件和 11 次 La Nia 事件,事件个例如表 1所示。图 1 19502021年 Nino3.4指数和 PDO指数的时间序列 图中虚线为判定 ENSO事件的0.5阈值 Fig.1 Time series of Nino3.4 index and the PDO index.Dashed lines indicate the 0.5 thresholds for ENSO events 李承勇等:PDO 对 ENSO 非对称性的年代际调整及其机制 39 1 表 1 PDO 正负位相发生的 El Nio 和 La Nia 事件 Tab.1 El Nio and La Nia events in the different PDO phases PDO正位相 PDO负位相 El Nio 1976/77,1977/78,1982/83,1986/88,1991/92,1994/95,1997/98 1951/52,1957/58,1963/64,1965/66,1968/69,1969/70,1972/73,2002/03,2004/05,2006/07,2009/10,2015/16,2018/19 La Nia 1983/84,1984/85,1988/89,1995/96,1998/2000,2000/01 1950/51,1954/56,1964/65,1970/71,1973/74,1975/76,2007/08,2010/11,2011/12,2017/18,2020/21 2 PDO不同位相下的 ENSO非对称性 El Nio 事件和 La Nia 事件的振幅呈现出明显的非对称现象(图 1),El Nio事件的强度可以达到 2以上,而 La Nia 事件的强度往往都是小于 2的。然而,这种不对称性也呈现出明显的年代际变化,且和PDO 位相有紧密的联系,如 19762001 年 PDO 的正位相期间,El Nio 事件的强度明显强于 La Nia 事件,而在 19501975 年 PDO 的负位相期间这种不对称不太明显。为定量刻画 ENSO 振幅的不对称性与 PDO位相的联系,本文计算了不同 PDO位相下海表面温度异常(SSTA)的偏度。如图 2 所示,在 PDO 正位相期间,赤道东太平洋 SSTA出现显著的正偏度,且从东部向西呈舌状逐渐降低,至赤道西太平洋转为较弱的负偏度,说明 El Nio 事件明显强于 La Nia 事件。和PDO 正位相相比,虽然 PDO 负位相期间赤道东太平洋的 SSTA也呈现正偏度,但明显弱于 PDO正位相期间的 SSTA。由此可以说明,PDO 确实能导致 ENSO非对称呈现出年代际差异。图 2 PDO正位相(a)和 PDO负位相(b)下 SSTA偏度分布 图中白色区域为数据缺失区域 Fig.2 Skewness of SSTA in(a)positive and(b)negative phases of the PDO.The white area is the missing data area 为了进一步了解 PDO 对赤道东太平洋 SSTA 的偏度的影响,本文对 PDO 正负位相期间发生的 El Nio 事件和 La Nia 事件成熟阶段(12 月次年 2 月)的赤道太平洋 SSTA 进行合成分析(图 3)。结果显示,在 PDO 正位相期间,El Nio 事件成熟阶段的 170E以东的海温显著升高,升温极值位于 120E附近,可以达到 2以上(图 3a);而 La Nia 成熟阶段赤道中东太平洋海温降低,降温极值位于 160W 附近且小于2(图 3c)。值得注意的是,100E 至太平洋东边界海区在 La Nia 成熟阶段的降温小于 0.5,这与该海区在 El Nio 成熟期的 1.5以上的升温构成明显的差别。因而,El Nio 事件和 La Nia 事件的海温强度的残差在 170W 以东表现为正值,并且向东逐渐递增,最大强度差达到了 1.2(图 3e)。海温异常的偏度以及 El Nio 和 La Nia 的海温变化的残差均说明 PDO正位相期间的 ENSO 振幅非对称性十分明显。虽然 PDO负位相期间 El Nio 事件成熟阶段的东太平洋也表现为海温升高,但其升温幅度明显比 PDO正位相期间更低,最大升温幅度仅为 1.5左右(图 3b)。同期的 La Nia 事件成熟阶段的东太平洋海温降低幅度也低于 PDO正位相期间,最大降温幅度低于 1.5C(图 3d)。需要注意的是,虽然 PDO负位相期 40 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 图 3 PDO 正位相的 El Nio(a)、La Nia(c)、El Nio+La Nia(e)和 PDO 负位相的 El Nio(b)、La Nia(d)、El Nio+La Nia(f)成熟阶段赤道太平洋 SSTA分布 图中白色区域为数据缺失区域 Fig.3 Composites of mature phase mean SST anomaly(units:C)over the tropical Pacific during(a)El Nio event and(c)La Nia event and(e)El Nio event+La Nia event in positive PDO phase and(b)El Nio event and(d)La Nia event and(e)El Nio event+La Nia event in negative PDO phase.The white area is the missing data area 间 ENSO 海温振幅较弱,但 El Nio 与 La Nia 的海温异常的空间分布非常相似,且 El Nio 的升温幅度与La Nia 的降温幅度较为接近。这导致 170W 以东海温残差表现为较弱的正值,且强度明显小于 PDO正位相期间,范围也局限在赤道附近(5S5N)(图 3f)。综上所述,PDO负位相期间的 El Nio 事件和 La Nia 事件在强度和空间分布上都十分相似,ENSO 振幅非对称性明显弱于 PDO 正位相期间。3 PDO 不同位相下次表层 NDH 对次表层温度的作用 前人研究指出,中东太平洋次表层 NDH 可以抑制次表层的降温速率,引起 ENSO 事件在振幅和空间上的非对称(Hayashi et al,2017)。图 4展示了 1959年1 月到 2011 年 12 月 3 个月滑动平均的 Nino3.4 指数和赤道中东太平洋次表层(50150m,18080W,1S1N)NDH 指数。从图中可以看出次表层 NDH通常是正值,且与 El Nio事件的发展几乎同步,但与La Nia 事件的发展反向,这说明次表层 NDH 有利于加快 El Nio 期间的升温速率,但减慢 La Nia 期间的降温速率。鉴于 El Nio 与 La Nia 几乎相同的发展时间,这种 NDH 引发的海温发展速率差能引起最终海温振幅的差异,即 ENSO 振幅非对称。同时,次表层 NDH 在 PDO 不同位相下有明显的变化,次表层NDH 在 PDO 的正位相期间整体较强(0.18月1),而在 PDO 负位相期间整体较弱(0.11月1)。由此可见,次表层 NDH 的强弱和 PDO 位相存在密切联系,PDO 正位相期间的次表层 NDH 更强。图 5 为 PDO 不同位相下 NDH 和 NDH 三维分量的年代际平均值的经度-深度图。从图中可以看出,次表层的 NDH 在 PDO 正负位相期间均对次表层海温的发展有正贡献作用,这有利于加快次表层海洋的升温速率,且这种升温速率主要由非线性纬向温度平流(NDHx)主导。而非线性经向温度平流(NDHy)的正值主要集中在东太平洋的混合层(050m),非线性垂直平流(NDHz)则使赤道西太平洋温跃层上方(50100m)的海水增温。在 PDO 的负位相期间,中东太平洋次表层NDH 的贡献很明显弱于 PDO 正位相期间,这种减弱主要是由于 NDHx 的减弱引起的。同时,赤道东太平洋温跃层也在 PDO 负位相时期变浅,温跃层的年代际变化似乎与次表层 NDH的变化有关。前人研究发现,La Nia发展阶段次表层 NDH的加热效果可将 LDH 引发的次表层冷却效果减少 30%(Hayashi et al,2017)。为了确定次表层 NDH 在不同PDO位相下对次表层温度变化的贡献,图 6展示了东太平洋次表层(50150m,18080W,1S1N)LDH 和李承勇等:PDO 对 ENSO 非对称性的年代际调整及其机制 41 1 图 4 19592011年次表层 NDH和 Nino3.4指数的时间序列 Fig.4 Time series of the subsurface NDH and Nino3.4 SSTA for 19592011 图 5 PDO正位相期间的 NDH(a)、NDHx(b)、NDHy(c)、NDHz(d)、和 PDO负位相期间的 NDH(e)、NDHx(f)、NDHy(g)、NDHz(h)在 1S1N之间的长期平均值 图中黑线为气候态 20C等温线 Fig.5 (a)The Long-term mean of the NDH averaged over 1S1N in the positive PDO phase and its(b)zonal,(c)meridional,and(d)vertical components,(e)the long-term mean of the NDH averaged over 1S1N in the negative PDO phase and its(f)zonal,(g)meridional,and(h)vertical components.The thick black line are the climatological 20 isotherm NDH 之间的线性关系拟合图。为了区分 El Nio 事件和 La Nia事件,本文选择对 LDH正值和负值分别进行拟合。如前文所述及图 6 所示,次表层 NDH 在 ENSO发展阶段几乎为正值,而 LDH在 El Nio发展阶段为正值,在 La Nia发展阶段为负值,即 LDH促进 ENSO事件的发展。在 PDO 正位相期间(图 6a),当负 LDH 增加的时候,正 NDH 也随之增加;当正 LDH 增加时,NDH很小,NDH对于负 LDH的线性回归系数=0.303,也就是说 NDH减少了 30%的由 LDH引起的次表层冷却,导致 La Nia事件减弱,这与 Hayashi等(2017)指出的 NDH将 LDH 引起的次表层冷却减小 30%的观点一致。而在PDO 负位相期间,NDH 对于负 LDH 的线性回归系数=0.058,这表明次表层 NDH阻碍 La Nia发展阶段次表层降温的效果仅有 PDO 正位相期间的 19%左右0.058/(0.303)=19.1%,NDH 对 LDH 引起的次表层冷却的抑制作用明显弱于 PDO正位相期间。42 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 图 6 PDO正位相(a)和 PDO负位相(b)期间的 LDH与 NDH线性拟合图 图中洋红色实线为 LDH与 NDH的拟合直线;为线性回归系数 Fig.6 Scatter plots of LDH and NDH in the(a)positive PDO phase and in the(b)negative PDO phase 4 PDO 不同位相下的 ENSO 非对称变化机制分析 前面两节探讨了 PDO 不同位相下的 ENSO 非对称以及次表层 NDH 对次表层温度的影响,结果表明PDO 正位相下的 ENSO 非对称以及次表层 NDH 都强于 PDO负位相。下面就 PDO 不同位相下 ENSO非对称和次表层 NDH之间的关系进行分析。从赤道太平洋(1S1N)温度异常的偏度的经度-深度图(图 7)中可以看到,无论 PDO 正位相还是负位相,赤道东太平洋温跃层下方的海温异常均呈现正偏度,且明显强于海面温度异常的正偏度。次表层海温异常的正偏度沿着温跃层从东向西逐渐减小,至西太平洋转为负偏度,同时温跃层以上的海温异常在赤道中西太平洋呈现负偏度。需要指出的是,PDO 正位相期间赤道东太平洋次表层海温异常的正偏度明显强于 PDO 负位相期间,次表层温度异常(SubTA)的偏度与 SSTA 的偏度有很明显的对应关系(图 7b)。图 7 1S1N之间 PDO正位相(a)和负位相(b)期间温度异常偏度的经度-深度分布 Fig.7 Longitude-depth sections of the skewness of the temperature anomaly averaged over 1S1N in(a)positive PDO phase and(b)negative PDO phase 李承勇等:PDO 对 ENSO 非对称性的年代际调整及其机制 43 1 图 8 为不同 PDO 位相下 El Nio 事件和 La Nia 事件在赤道太平洋地区的 SSTA 和 SubTA 经向-时间分布。从图中可以看出,SubTA 的演变过程和 SSTA 十分相似,但超前于 SSTA 出现,为 ENSO冷暖事件的发展起正贡献作用。因此,可以通过分析 SubTA 的演变来分析不同 PDO 位相下的 ENSO非对称。在 PDO 正位相期间,El Nio 事件和 La Nia 事件的正负 SubTA 都起源于赤道太平洋西部并向东扩展,El Nio 事件的正 SubTA 较强且极值位于 100W 左右(图 8b),而 La Nia 事件的负 SubTA较弱且极值位于 130W 左右(图 8f)。El Nio 事件和 La Nia 事件正负 SubTA 强度和位置的差异使PDO 正位相期间东太平洋次表层区域呈现如图 7 所示的正偏度。而在 PDO 负位相期间,虽然 ENSO 事件的正负 SubTA 也起源于太平洋西部并也向东扩展,但 El Nio 事件的正 SubTA 比 PDO 正位相期间更弱,和 La Nia 事件的负 SubTA 相当,而且正负SubTA 的极值均位于 120W 左右(图 8d、8h)。因此,PDO 负位相期间,El Nio 事件中 SubTA 的减弱以及 La Nia 事件中更偏东的负 SubTA,使 PDO 负位相期间东太平洋的海温偏度弱于 PDO 正位相 期间。图 8 PDO正位相 El Nio(a)、PDO负位相 El Nio(c)、PDO正位相 La Nia(e)、PDO负位相 La Nia(g)期间的 SSTA(5S5N)和 PDO 正位相 El Nio(b)、PDO 负位相 El Nio(d)、PDO 正位相 La Nia(f)、PDO 负位相 La Nia(h)期间的SubTA(1S1N,50150m)的经度-时间分布 Fig.8 Time-longitude composite of SSTA(5S5N)of El Nio in(a)positive PDO phase and(c)negative PDO phase,SSTA(5S5N)of La Nia over in(e)positive PDO phase and(g)negative PDO phase,SubTA(1S1N and 50150 m depth)of El Nio in(b)positive PDO phase and(d)negative PDO phase and SubTA(1S1N and 50150 m depth)of La Nia in(f)positive PDO phase and(h)negative PDO phase 为了进一步分析 PDO 不同位相下 ENSO 非对称变化的原因,本文选择对 PDO 不同位相期间 El Nio事件和 La Nia 事件的发展阶段(411 月),在 SubTA的偏度差别最大的区域(13090W)进行热收支分析(图 9a、9b)。从图中可以看出,在 PDO 正位相期间,El Nio 事件和 La Nia 事件发展阶段的次表层 LDH对 SubTA 的时间变率都是起促进作用,而次表层NDH 在 El Nio 事件和 La Nia 事件中都是正值,起到了增强 El Nio事件中正 SubTA的升温速率以及减弱 La Nia 事件中负 SubTA 的降温速率的作用,这与图 6 所示结果一致,因此次表层 NDH 使东太平洋次表层呈现为明显的正偏度(图 9a)。虽然 LDH 也存在非对称性,但是 LDH 对 SubTA 非对称的贡献量只有0.09月1,而 NDH 对 SubTA 非对称的贡献量有0.52月1,NDH对 SubTA非对称的重要性明显强于LDH。而 PDO 负位相期间 El Nio 事件和 La Nia 事件发展阶段的 NDH 明显弱于 PDO 正位相期间,同时LDH 对 SubTA 非对称的贡献量只有 0.06月1,而NDH 对 SubTA 非对称的贡献量有 0.24月1,NDH对 SubTA 非对称的重要性也明显强于 LDH。因此,随着次表层 NDH的减弱,其对 El Nio 事件正 SubTA升温速率的增强效果以及对 La Nia 事件负 SubTA降温速率的减弱效果也相应地减弱,从而导致了 PDO负位相期间东太平洋次表层偏度的降低(图 9b)。44 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 图 9 PDO正位相(a)和 PDO负位相(b)El Nio事件和 La Nia事件中 SubTA的时间变率、NDH和 LDH以及 PDO正位相(c)和 PDO负位相(d)El Nio事件和 La Nia事件中的 NDHx、NDHy和 NDHz 图中各项均在 1N1S,13090W和 50150 m间计算所得 Fig.9 The subsurface temperature tendency terms(left)-(right)along the x-axis:the temperature tendency,the subsurface NDH,and the subsurface LDH in(a)positive PDO phase and(b)negative PDO phase.The subsurface temperature tendency terms(left)-(right)along the x-axis:the subsurface NDHx,the subsurface NDHy,and the subsurface NDHz in(c)positive PDO phase and(d)negative PDO phase.All the terms are averaged over the far eastern equatorial Pacific(1N1S,13090W and 50150 m depth)for the developing period of the composite ENSO events 为探究 NDH 的三维分量对次表层海温异常偏度的影响,本文将 NDH 进一步分解为 NDHx,NDHy 和NDHz(图 9c、9d)。从图中可以看出,东太平洋次表层NDHx 是 NDH 的主导分量,NDHy 及 NDHz 对 NDH的贡献相较于 NDHx 小得多。NDHx 倾向于使 El Nio 事件和 La Nia 事件的 SubTA变暖,这有利于增强(抑制)El Nio(La Nia)事件次表层的增温(降温)。因此,正 NDH主要由 NDHx贡献,也就是说东太平洋次表层的正偏度主要由 NDHx 引起。值得注意的是PDO 正负位相的 El Nio 事件和 La Nia 事件中次表层 NDH、NDHx 的变化和图 5 中 PDO 正负位相次表层年代际平均值的变化基本一致,因此 PDO不同位相下 NDHx 的变化是影响东太平洋 ENSO 非对称变化的主要原因。为了揭示 PDO 不同位相下 ENSO 事件东太平洋的次表层 NDHx 的不同,本文对比分析了 El Nio 事件和 La Nia 事件发展阶段东太平洋次表层的海洋温度异常场(TA)和纬向流异常场(ua)(图 10)。由图可知,对于 El Nio 事件发展阶段来说,负的纬向 TA梯度和正的 ua,导致了正的 NDHx,从而增强了 El Nio 事 图 10 PDO不同位相下 ENSO事件发展阶段 1S1N之间的温度异常(a,d,g,j)、纬向速度(b,e,h,k)和 NDHx(c,f,i,l)