基于卫星遥感的多参数厄尔尼诺时空演变过程研究

Satellite remote sensing provides variety of marine parameters to detect the spatio-temporal process of El Niño events. Nowadays, El Niño index is mainly constructed with sea surface temperature anomalies. Sometimes, it is difficult to distinguish the evolution of two types El Niño events, especially in the initial phase of El Niño events. This project takes advantage of spatio-temporal correlation analysis algorithm to monitor the evolution of El Niño events with seven marine parameters (i.e. sea surface temperature, sea level height, sea surface wind, sea surface precipitation, chlorophyll-a concentration, brightness temperature and outgoing longwave radiation). The time series cover 1998-2017. Partial correlation analysis and composite analysis are applied to build El Nino indices. This study is expected to distinguish two types El Niño events accurately, and expand the quantitative applications of marine remote sensing data sets.

目前国内外对两类厄尔尼诺的判识主要利用海面温度单一参数构建指数进行监测，有时难以判断或区分两类厄尔尼诺事件的发展演变过程，特别是在厄尔尼诺事件形成的初期阶段更是如此。基于卫星遥感获得的海洋参数数据种类丰富，为厄尔尼诺事件的时空演变过程研究提供了多参数数据来源。为此，本次研究基于1998-2017年卫星遥感海洋参数数据，统一多海洋参数数据的时空尺度，利用面向特征的时空分析算法提取多海洋参数时空变化关键海区，通过多参数时空关联分析算法，进一步分析厄尔尼诺时空演变过程中不同海洋参数的响应特征，在以上工作的基础上，利用偏相关分析及合成分析方法建立两类厄尔尼诺的判识指数，正确区分两类厄尔尼诺的演变过程，进而拓展卫星遥感海洋参数数据在厄尔尼诺时空演变过程分析和监测诊断方面的可用性。

本项目基于长时序卫星遥感海洋参数数据，开展多源遥感海气变量两类厄尔尼诺判识指数的构建研究，分析与两类厄尔尼诺相关的不同类型海气相互作用。本次研究提出一项新的技术方法，将两类厄尔尼诺事件期间的复杂耦合特征分离为热带-副热带类型和海盆-局地尺度的类型；21世纪的厄尔尼诺现象主要以副热带和局地尺度的耦合特征为主，20世纪期间的厄尔尼诺现象主要以热带和海盆尺度的耦合特征为主，构建的指数解释了为什么1997-98年和2015-16年极端厄尔尼诺现象尽管强度相似，但其演变过程及其对全球的影响却不同。多类型厄尔尼诺对西北太平洋热带气旋的强度、生命周期、路径都有不同的调制过程，相比混合型厄尔尼诺事件，强EP型及CP型厄尔尼诺伴随热带气旋的强度更强、持续时间更长和发生频率更多；热带太平洋暖海温距平、垂直风切变、涡动能、相对湿度等大尺度环境背景场条件分析结果表明：强CP型厄尔尼诺时，更多的热带气旋在140°E以东生成，其主要受到垂直风切变振幅减小和赤道中太平洋暖海温异常西移的影响。当中印半岛异常反气旋环流结合西北太平洋副高西伸，热带气旋往往向西北移动并伴随涡动能增强及垂直风切变减弱。本次研究分析在太平洋年代际振荡背景下，CP型厄尔尼诺在发展期和衰落期对我国东部降水时空分布的不同调制作用。太平洋年代际振荡冷位相时，CP型厄尔尼诺衰落期的中国东部降水少于CP型厄尔尼诺发展期；异常大气环流驱动水汽输送并结合西太副高的西伸，导致降水空间分布模态的变化。西北太平洋异常气旋环流和持续的西太副高更有利于东部夏季降水的增加；CP型厄尔尼诺的缓慢发展与北印度洋暖异常的快速发展呈正相关关系。此外，本项目开拓国产气象卫星风云极轨卫星的厄尔尼诺监测及诊断分析，不仅拓展卫星遥感的应用领域，还为改进国产卫星海温及向外长波辐射等资料提供实用性方案，利用数据经验正交函数方法实现对国产卫星的全球海温资料微波和可见光融合处理，得到的逐日全球海温重构资料为极端气候事件厄尔尼诺及其与台风的背景场分析提供数据。