“多谷”型拉尼娜事件的过程及机理研究

Most of previous work focus on the cyclic mechanism of ENSO,that say, the phase transition between El Niño and La Niña. In observation, there are multi-cooling processes during La Niña, named as "multi-trough" pattern La Niña. There is lack of understanding about this phenomenon. Based on reanalysis data, intermediate coupled model and climate forecast model, we will study the "multi-trough" pattern La Niña during the past 60 years. By analysing the developing processes of the oceanic and atmospheric field, we try to find the key physical processes, which affect the "multi-trough" pattern La Niña events and the relative contribution of affecting factors. This work will be favorable for the understanding of ENSO, developing forecasting model and improving the prediction skill.

以往关于ENSO的研究工作中提出的理论主要解释ENSO循环，即El Niño-La Niña位相的转换。实际观测发现拉尼娜事件中往往出现连续几次变冷，即“多谷”型拉尼娜，目前对这一现象发生的机理尚缺乏深入的认识。本项目将利用再分析资料，中等复杂程度模式及气候预测模式研究近60年中出现的“多谷”型拉尼娜事件。通过分析各事件中海洋、大气场的演变特征，找出影响“多谷”型拉尼娜事件的关键物理过程，得到各影响因素的相对贡献。该项目的实施对于增强对ENSO的认识，改进预测模式，提高预测水平有重要意义。

近年来“多谷”型拉尼娜事件频繁发生（如1998-2001，2007-2009，2010-12，2016-18），但国际上（IRI）现有模式很难预测出“多谷”型拉尼娜事件的二次变冷过程。本项目基于再分析资料，研究了“多谷”型拉尼娜事件二次变冷过程的特征。刻画了伴随热带中东太平洋冷海温异常演变的大气海洋完整动力过程。首先东风异常在赤道中太平洋加强，同时东太平洋出现风应力异常辐散，随着时间推移增强并西传。东赤道太平洋次表层弱的负海温异常伴随上升流为表层提供冷水来源。随季节推进，冷异常和上升流增强并向西传播。这些变化是和季节性减弱的赤道潜流和季节性增强的南赤道流相联系的。且有利于更多的冷水在赤道中太平洋堆积。伴随水平流辐合，次表层冷水向上伸展并在表层露头。次表层冷水上翻导致的海表温度冷异常激发局地海气相互作用引起海气异常发展，从而导致二次变冷。.本项目利用中国科学院海洋研究所张荣华研究员开发的中等复杂程度耦合模式（Intermediate Coupled Model，简称ICM；IOCAS ICM）开展敏感性试验。再分析资料的诊断表明温跃层反馈（垂直平流和扩散），夹卷到混合层海温及其与温跃层扰动的关系及大气风强迫是影响二次变冷的两个关键因素。因此基于ICM进行了敏感性试验，研究风应力及温跃层反馈在二次变冷中的作用。结果表明，年际风强迫同温跃层反馈在海温演化过程中具有同等重要的作用。如果东风应力异常强度低于一定程度，ICM不能模拟出二次变冷过程。同样如果次表层海洋夹卷低于一定程度，ICM不能模拟出二次变冷过程。.基于气候系统模式CESM构建了ENSO模拟预测系统。基于前面研究结果，优化大气风场及次表层动力过程参数，并进行回报试验。通过与再分析资料的比较校验，该系统基本能够再现中低纬度的海洋、大气的空间分布和时间演变的规律。通过对“多谷”型拉尼娜事件的预报检验，该模式可以预报出二次变冷过程。.以上研究结果可用于ENSO监测预测业务工作。