不同梯度及强度ENSO对北半球冬季气候的影响机理研究

The El Niño–Southern Oscillation (ENSO) is the dominant low-frequency climate mode resulting from coupled ocean-atmosphere interactions in the tropical Pacific, which exerts a crucial impact on the Northern Hemisphere winter climate. The gradients between east and west Pacific vary among different ENSO events, resulting in the variation of the atmospheric teleconnection over the mid-high latitude region. In addition, large-scale atmospheric circulation shows the nonlinearity response to strong and weak ENSO events. They work together to make the impact of ENSO on the Northern Hemisphere very complicated. In the present study, using observational and reanalysis data, we will study the impact of the ENSO events with different intensity and gradient on the extra-tropical Northern Hemisphere climate. Then, using ECHAM5 and NEMO3 model, we will further discuss the underlying physical mechanism and the modulation effects of the Indian and the Atlantic Ocean onto the climate impact of different types of ENSO. In light of the findings, it would improve the understanding of ENSO diversity and its impact on the Northern winter climate anomalies, and is good for perfecting the theoretical framework of the impact of ENSO on the extra-tropical Northern Hemisphere climate.

ENSO是全球海-气耦合系统年际变化的主导模态，是影响北半球热带外地区气候变率的重要因子之一。ENSO事件期间，伴随东-西太平洋海温异常梯度的变化，相应的对流活动调整，进而导致中高纬大气遥相关的变异。此外，大尺度大气环流对强、弱ENSO事件呈现出非线性的响应特征。这些属性导致ENSO影响北半球中高纬地区气候的物理过程和机理非常复杂，至今尚未厘清。本项目拟利用最新海洋和大气观测资料，系统研究不同梯度及强度ENSO事件与北半球热带外地区冬季不同气候要素的联系，运用大气环流模式ECHAM5和海洋模式NEMO3，探索不同类型ENSO影响北半球冬季气候的物理过程和可能机制，讨论在此过程中与不同类型ENSO相联系的太平洋以外海温异常关键区对相应ENSO事件气候影响的潜在调制作用。该项目工作的开展，将有助于更全面地认识ENSO的多样性及影响，完善不同类型ENSO事件影响北半球冬季气候的理论框架。

北半球中高纬度地区人口密集，气象灾害常常给当地造成严重的社会和经济损失。El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是年际尺度热带地区海气相互作用的主模态，对北半球中高纬度地区冬季气候异常有重要调制作用。然而，ENSO自身多样性导致其对中高纬度大气环流的强迫并不稳定。基于ENSO强度和纬向海温异常梯度对ENSO事件分类，厘清不同梯度和强度类型ENSO事件对中高纬气候异常的联系和影响具有重要科学意义。项目取得主要研究成果如下：（1）基于Niño3.4指数和ENSO梯度指数，发现强El Niño事件往往对应强的纬向海温异常梯度，而弱El Niño事件可根据纬向梯度强弱再分为强梯度型和弱梯度型两类；（2）揭示强梯度弱El Niño通过中纬度西风急流的波导作用，将扰动能量传播至北大西洋地区，激发出类似副位相北大西洋涛动的大气异常，厘清三类El Niño事件通过激发不同类型大气遥相关影响北美冬季表面气温的物理过程和机制；（3）基于ENSO梯度指数和北极海冰指数建立预测模型，该模型对秋季西北太平洋热带气旋生成频次具有很好预测效果。