气候学——第五章 ENSO系统
关于ENSO事件及其对中国气候影响研究的综述
关于ENSO事件及其对中国气候影响研究的综述一、概述ENSO事件，即厄尔尼诺南方涛动事件，是太平洋赤道带海洋和大气相互作用失去平衡而产生的一种气候现象。
它主要表现为赤道东太平洋海水温度的异常变化，以及与之相关的海洋环流和大气环流的调整。
这一气候现象不仅影响太平洋地区的气候，而且通过大气环流的调整，对全球气候产生重要影响。
中国，作为世界上最大的发展中国家，其气候系统受到多种因素的影响，其中ENSO事件的影响尤为显著。
ENSO事件通过改变中国上空的大气环流，进而影响降水、温度等气候要素，从而对中国的农业生产、水资源管理、能源供应等方面产生深远影响。
对ENSO事件及其对中国气候影响的研究，不仅有助于深化对气候系统变化规律的认识，而且对于提高中国应对气候变化的能力，保障国家经济社会可持续发展具有重要意义。
近年来，随着气候变化问题的日益突出，国内外学者对ENSO事件及其对中国气候影响的研究也日益深入。
研究内容涵盖了ENSO事件的成因、发展机制、预测预报，以及对中国降水、温度等气候要素的影响等方面。
同时，随着观测手段和数据处理技术的不断进步，对ENSO事件及其影响的监测和评估能力也在不断提高。
尽管取得了显著进展，但ENSO事件及其对中国气候影响的研究仍面临诸多挑战。
例如，如何准确预测ENSO事件的发生和发展趋势，如何全面评估其对中国气候的影响程度，以及如何有效应对其带来的不利影响等，都是需要进一步研究和探讨的问题。
ENSO事件及其对中国气候影响的研究是一个复杂而重要的课题。
未来，随着气候变化问题的进一步加剧和人们对气候系统认识的不断深入，这一领域的研究将更加深入和广泛，为应对气候变化、保障国家可持续发展提供重要的科学支撑。
1. ENSO事件简介ENSO，即厄尔尼诺南方涛动，是热带太平洋地区海水温度与大气环流之间相互作用引发的一系列气候现象。
这一现象的显著特征表现为厄尔尼诺和拉尼娜两种异常状态。
厄尔尼诺期间，赤道东太平洋海域的海水温度异常升高，而拉尼娜期间则相反，该海域的海水温度异常降低。
ENSO集合预报系统简介
ENSO集合预报系统简介联系人：郑飞（zhengfei@），大气物理研究所大气物理研究所ENSO集合预报系统自2006年起开始实时预报并得到不断完善，具有优良的预报性能。
通过改进预报的初值场和弥补模式的预报偏差（基于过去20年240个独立预报样本检验），ENSO预报技巧在预报6个月时达到了0.85的相关系数（目前国际上较好的预报技巧范围是0.78~0.86）。
同时该系统的ENSO预报时效也延长到了12个月，到预报12个月时，预报技巧仍然能够保持在0.72左右。
尤其是对极端事件的预报时效和强度均得到了显著的提高。
ENSO集合预报系统（图1）主要包括：（1）一个中等复杂程度的海气耦合模式[1-2]；（2）一个海气耦合资料同化系统[3-5]，能够同时同化大气和海洋多种观测资料，有效地减小了初始表层和次表层的海温以及海流场的误差，提升ENSO 预报技巧；（3）一个预报误差随机扰动模式[6]，有效地弥补模式缺失过程导致的预报偏差，延长ENSO模式的预报时效，进一步提高模式的预报精度。
该系统的预报流程如下图所示：图1 大气所ENSO集合预报系统的预报流程图。
主要参考文献：[1] Keenlyside, N., and R. Kleeman, 2002: Annual cycle of equatorial zonal currents in the Pacific. J. Geophys. Res., 107(C8), 3093, doi:10.1029/2000JC000711.[2] Zhang, R.-H., S. E. Zebiak, R. Kleeman, and N. Keenlyside, 2005: Retrospective El Nino forecast using an improved intermediate coupled model. Mon. Wea. Rev., 133, 2777– 2802.[3] Zheng, F., J. Zhu, R.-H. Zhang, and G.-Q. Zhou, 2006: Ensemble hindcasts of SST anomalies in the tropical Pacific using an intermediate coupled model. Geophys. Res. Lett., 33, L19604, doi:10.1029/2006GL026994.[4] Zheng, F., J. Zhu, and R.-H. Zhang, 2007: The impact of altimetry data on ENSO ensemble initializations and predictions. Geophys. Res. Lett., 34, L13611, doi:10.1029/2007GL030451.[5] Zheng, F., and J. Zhu, 2010: Coupled assimilation for an intermediated coupled ENSO prediction model. Ocean Dyn., 60, 1061−1073, doi: 10.1007/s10236-010-0307-1.[6] Zheng, F., J. Zhu, H. Wang, and R.-H. Zhang, 2009: Ensemble hindcasts of ENSO events over the past 120 years using a large number of ensembles. Adv. Atmos. Sci., 26(2), 359–372, doi: 10.1007/s00376-009-0359-7.。
enso变率 和厄尔尼诺海温 -回复
enso变率和厄尔尼诺海温-回复Enso变率和厄尔尼诺海温的关系是气候学研究中的重要课题之一。
Enso 变率是指赤道太平洋地区的温度和海洋表面高度的变化，而厄尔尼诺则是指太平洋上一股暖化的亚热带海洋表层水流。
本文将从Enso变率和厄尔尼诺的定义开始，逐步分析和解释它们之间的联系。
首先，我们来了解一下Enso变率。
Enso是指El Niño Southern Oscillation（厄尔尼诺南方涛动）的缩写，是一种与赤道太平洋相关的气候现象。
它与温度、气压和风向等多种气候要素有关。
Enso变率表示了太平洋海洋表面温度和大气环流系统之间的相互作用。
在Enso正常状态下，太平洋赤道地区的海洋温度比较稳定，没有明显的变化。
然而，当出现Enso变率时，海洋表面温度会出现异常的变化。
接下来，我们探讨一下厄尔尼诺。
厄尔尼诺是Enso变率中的一种表现形式，是指赤道太平洋地区的海洋表面水温升高。
厄尔尼诺现象通常会引发全球范围内的气候变化，包括干旱、洪灾和风暴等极端天气事件。
厄尔尼诺的发生通常与赤道太平洋上的大气环流紊乱有关。
与厄尔尼诺相对应的是拉尼娜现象。
拉尼娜是指赤道太平洋地区的海洋表面水温下降。
拉尼娜现象在气候变化中也起着重要作用，它与厄尔尼诺形成一种周期性变化。
那么，Enso变率和厄尔尼诺海温之间的关系是什么呢？Enso变率的产生是由于厄尔尼诺和拉尼娜现象的交替出现。
正常情况下，厄尔尼诺和拉尼娜发生的频率大致是相等的，但它们的强弱会有所不同。
Enso变率的机制可以追溯到厄尔尼诺现象引发的大气环流异常。
在厄尔尼诺发生时，赤道太平洋上的海洋温度升高，导致大气环流的紊乱和变化。
海洋表面温度的升高会增强大气层的上升气流，从而改变全球范围内的气候模式。
然而，Enso变率的具体机制还存在一定的不确定性。
有些研究认为，Enso 变率是由海洋表面和大气之间的相互作用引起的，而另一些研究则认为，大气环流本身是Enso变率的主要驱动因素。
ENSO简介
ENSO事件不仅仅作为一个事件发生， 而且还是周而复始的一种循环，其周期大约 2～7年，故又称ENSO循环。
厄尔尼诺和拉尼娜则是ENSO循环过程 中冷暖两种不同位相的异常状态。
厄尔尼诺也称为ENSO暖事件； 拉尼娜也被称为ENSO冷事件。
主要内容
第一节 海洋的基础背景知识 第二节 ENSO含义 第三节 ENSO形成机制及其对气候 的影响
第一节 海洋的基本背景知识
一．海洋对大气的重要性 二．海水温度分布的主要特征 三．洋流和信风
一、海洋对大气的重要性
海洋覆盖了全球面积的71%。由于海水和空气的 物理属性差别很大，例如海水的热容量约为空 气的3100倍，即1立方厘米的海水降低温度1℃ 所放出的热量，可以使3100立方厘米的空气增 高温度1℃。因此海洋的热容量要比大气大得多， 海洋温度微小变化能使得大气温度发生强烈的 响应，而地球系统中的水分循环更离不开海洋。
达尔文岛（红色）和塔希提岛（绿色）海平面气压距平的演变
南方涛动指数（SOI）：塔希提（Tahiti）岛与达尔文 （Darwin）岛之间的气压差。
气象学家沃克发现：
1. 当南方涛动指数较高时，东、西太平洋气压 差值增大，赤道地区盛行偏东风；
2. 当该指数较低时，则东风较弱，在西太平洋 地区甚至会出现西风。
南方涛动－Southern Oscillation
英国数学家沃克爵士（Sir. Gilbert Walker ）
气压跷跷板：热带东太平洋与热带 东印度洋气压场反相变化的跷跷板 现象（南方涛动现象）。
达尔文岛
塔希提岛
南方涛动（South Oscillation）
ENSO
一、ENSO环流与NINO分区，SOI、MEI指数简介长期气候数据分析表明赤道太平洋海温在年际尺度上具有显著的2~7年周期，赤道西太平洋和中东太平洋的表层海温距平（SSTA）往往呈现反相关的状态，相关系数极高。
由于巨大的海水热容量，太平洋海温的异常往往会对全球气候都产生至关重要的影响，这种过程主要是通过海温与赤道太平洋的Walker环流交互完成。
赤道Walker环流一般意义上是指赤道太平洋对流层内的纬向环流，由于一般来说赤道西太平洋总是暖区而东太平洋相对较冷，所以Walker环流一般在赤道西太平洋地区存在上升支，而中东太平洋区为下沉支，对应的纬向低空有东风，高空有西风，这样就构成了一个完整的正环流圈，这里所谓的正指从南极向北极看的话，环流为顺时针。
而更宽泛意义上的Walker 环流还应该包括中东太平洋下沉与墨西哥湾区上升构成的逆环流、北大西洋上的正环流，以及印度洋上的季风环流，这种更宽泛意义上的Walker也叫对流层赤道纬向环流。
在本文中，Walker环流仅指代对流层赤道太平洋环流，而赤道纬向环流指对流层赤道纬向环流。
需要指出的是，赤道纬向环流只是由于年平均赤道地区局地加热率的不同而产生的垂直环流，并不是说赤道太平洋高空就一定是西风，而赤道中东太平洋就一定有下沉气流——虽然常常如此。
在赤道太平洋上，对应于Walker的西升东降，西太平洋地区近地面具有一个显著的低压，而中东太平洋下沉区则是高压，西侧的低压一般常用澳大利亚达尔文市的海平面气压代表（Pd），而东侧的高压则用塔西提岛或复活节岛的海平面气压代表（Pt），两者的差就定义为南方涛动指数（SOI=Pt-Pb），或者是其中一个关键步骤（譬如再把它转换为标准化距平）。
在某些年份，赤道太平洋海温场的暖水急剧向东堆积，造成中东太平洋地区表层水温异常偏暖而西太平洋则偏冷。
随着东太平洋地区的海平面变暖，海面附近的空气受热抬升减弱这里原来的下沉气流，对应的西太平洋地区则出现异常的下沉气流减弱Walker上升支，这个过程就叫做Elnino（圣婴）事件，反过来当西太平洋偏暖而东太平洋偏冷时就是Lanina（反圣婴/圣女）事件。
ENSO事件对气候的影响教程
ENSO事件对气候的影响教程ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）是指热带太平洋区域发生的一种自然气候现象。
它以几年为周期，对全球气候产生广泛的影响。
本篇文章将为您介绍ENSO事件对气候的影响以及相关教程。
一、ENSO事件简介ENSO事件是指厄尔尼诺和拉尼娜两种反向气候现象的交替出现。
厄尔尼诺是太平洋东部海温异常升高，而拉尼娜则是太平洋东部海温异常降低。
这两种现象引起了热带太平洋区域的大气和海洋变化，进而对全球气候产生影响。
二、ENSO事件对气候的影响1.大气循环变化ENSO事件会改变热带太平洋区域的大气环流。
在厄尔尼诺事件中，热带太平洋上空的风向发生逆转，对流增强，而拉尼娜事件则相反。
这种大气环流变化会导致全球气候格局发生相应变化。
2.降水分布变化ENSO事件会对全球不同地区的降水分布产生重要影响。
在厄尔尼诺事件中，热带太平洋上部的海洋温暖会诱发大量降水，导致南美、非洲东部和印度等地区出现异常降水。
而拉尼娜事件则相反，这些地区会出现干旱。
另外，ENSO事件还会引起亚洲夏季风、北美降水和澳大利亚降水的变化。
3.风暴活动变化ENSO事件对全球的风暴活动也产生影响。
在厄尔尼诺事件中，热带太平洋风暴活动频繁，尤其是东太平洋地区。
而拉尼娜事件则会导致风暴活动减少。
4.温度异常ENSO事件还对全球温度产生一定的影响。
在厄尔尼诺事件中，全球平均温度升高，而拉尼娜事件则相反。
三、如何预测ENSO事件准确预测ENSO事件对气候研究和气候变化应对具有重要意义。
以下是常用的ENSO事件预测方法：1.传统气候模式通过运行大气和海洋模式，结合当前的观测数据，以及历史ENSO 事件的统计分析，来进行长期的预测。
2.统计方法通过对ENSO事件的历史数据进行统计分析，寻找与ENSO事件相关的气候指标，以此为基础进行预测。
3.机器学习方法利用机器学习算法，通过输入大量的观测数据和历史ENSO事件的数据，来构建预测模型，并进行短期和中期的预测。
ENSO简介
南方涛动－Southern Oscillation
英国数学家沃克爵士（Sir. Gilbert Walker ）
气压跷跷板：热带东太平洋与热带 东印度洋气压场反相变化的跷跷板 现象（南方涛动现象）。
达尔文岛
塔希提岛
南方涛动（South Oscillation）
达尔文与塔希提岛的气压负相关 （图中数值100）
主要内容
第一节 海洋的基础背景知识 第二节 ENSO含义 第三节 ENSO形成机制及其对气候 的影响
第一节 海洋的基本背景知识
一．海洋对大气的重要性 二．海水温度分布的主要特征 三．洋流和信风
一、海洋对大气的重要性
海洋覆盖了全球面积的71%。由于海水和空气的 物理属性差别很大，例如海水的热容量约为空 气的3100倍，即1立方厘米的海水降低温度1℃ 所放出的热量，可以使3100立方厘米的空气增 高温度1℃。因此海洋的热容量要比大气大得多， 海洋温度微小变化能使得大气温度发生强烈的 响应，而地球系统中的水分循环更离不开海洋。
表层洋流与赤道潜流
西
东
冷水上翻
在赤道东太平洋，表层暖的海水流走后，迫使 表层以下温度较低的海水上升，以替代流走的 海水，因此在这个地区形成巨大的涌升流，称 为冷水上翻区，使得该海域水温比周围要低。
秘鲁渔场的成因示意图
太平洋海温西高东低的原因？
1. 秘鲁寒流沿着大陆两侧北上，其中一部分在 赤道附近变成南赤道海流后向西移动；
（ENSO观测系统）
From Tropical Atmosphere & Ocean
ENSO的监测内容
ENSO监测主要包括：各区的海温指数、SOI指 数、信风指数和沃克指数等。
海表面温度：海表面温度是衡量气候变率的重 要指标，是ENSO监测和诊断最基本的变量。 赤道中、东太平洋被划分为以下4个ENSO监测 区（下图），各海区海表面温度的距平值即表 示各海区海表温度特征的指数。
第五b章enso及其对中国气候影响系统llp2010
ENSO事件的差异性（分类）
大量的观测研究表明,不同年代际背景下的ＥＮSＯ事件存在显著的 差异,主要表现在: 1)ＥＮＳＯ事件演变的差异性。 Rasmusson等对20世纪50年代到70年代的几次ENSO的海表温度距平 和海平面风场作了合成分析,指出SST正距平首先出现在南美西部沿岸, 然后沿赤道向西扩张,这一过程反映了ENSO演变的典型特征,即为西传型。 20世纪80年代,2次ENSO事件(1982/1983,1986/1987),特别是 1982/1983年的事件,不仅在强度上而且在时间的演变上与典型的ＥＮＳ Ｏ事件不同:ＳＳＴ正距平首先在日界线以西出现,然后向东传播到南美 沿海,这一过程被命名为东传型。 根据Wang（2004）对历史El Niño发生特征的总结，1976年之前的 El Niño 首先表现为东太平洋增暖，1976-1996期间的El Niño 首先表现 为西太平洋增暖，1997/1998年El Niño 表现为东-西太平洋同时增暖， 而2002/2003年El Niño事件非常独特，首先表现为中太平洋增暖（图1） 的。因此，有必要认识在这种不同El Niño发生背后所包含的动力学原因。 对于2002/2003年El Niño事件，我们的XBT断面观测揭示了非常强的西 太平洋次表层冷却（尤其在西北太平洋），配合海面风场的结构，以利 于加深我们对于El Niño爆发过程的认识。
什么是厄尔尼诺现象？
厄尔尼诺（El Niñ o）现象，又称圣婴现象， 是指赤道中东太平洋附近的海表温度持续异
常增暖现象。
El Niñ o在西班牙语中意为“圣婴”，也可译 作“上帝之子”，因为这种赤道中东太平洋 持续异常增暖事件通常在圣诞节前后开始发
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二、厄尔尼诺
El Nino是西班牙语，原意是“圣婴”，现用来指发生在 厄瓜多尔南部和秘鲁北部沿岸海面温度异常升高的现象。
第一次直接记录EL Nino事件是在1795年。一般平均每3— 4年就有一年春、夏（指南半球）海温上升特别强，造成比多 年平均高许多的正距平。通常11月或12月海温正距平最高， 1982—1983年1月在南美沿岸曾出现高达9ºC的正距平。一般厄 尔尼诺的正距平区可从南美沿岸沿赤道向西，直达或越过日界 线。
三、沃克环流
在赤道东太平洋亦为赤道冷水上翻区，故该区 的冷水域并非只是冷水的平流造成的。但这个冷水 域是赤道地区最强的，并因此而形成了著名的赤道 干旱带。在日界线以东0—10ºS范围内年降水量仅 500mm,但在西太平洋赤道附近年降水量在2000mm 以上，10ºN及10ºS附近两个半球的热带辐合带年降水 量高达5000mm。西太平洋从日界线往西到菲律宾是 所谓“暖池”，与赤道东太平洋的冷水域形成强烈 的温度对比。
1969年毕耶克尼斯（Bjerknes)首先指出这种东西向对比
的重要性。且认为赤道太平洋上空可能存在一个纬向环流圈。 赤道东太平洋冷水域上空大气是下沉运动，西太平洋印度尼西 亚海洋大陆上空大气对流强烈，以上升运动为主，而地面为东 风信风，高空对流层上层为西风，这样就形成一个闭合的东西 向环流圈。由于Bjerknes认为这个环流圈与南方涛动有密切的 关系，为了纪念南方涛动的作者，而把这个纬向环流圈称为沃 克环流。后来，人们把这个概念推广到沿整个赤道纬圈，指出 在印度洋上空有一个方向相反的纬向环流，东部上升，西部下 沉，而在大西洋上空有一个类似太平洋的纬向环流，此外，在 非洲上空可能还有一个小的闭合环流。
气候学 第五章 ENSO系统
一、南方涛动（SO=Southern Oscillation）
所谓南方涛动是由Walker和Bliss（1932）命名 的，指印度洋上各站（如开罗、印度西北、达尔文 港、毛里求斯、澳大利亚东南极开普敦）气压下降 时，太平洋各站（旧金山、东京、火奴鲁鲁、萨摩 亚及南美）的气压及爪哇的降水增加的趋势。
人们在研究厄尔尼诺与气候特别是与降的关系 时的具体做法：
对每个厄尔尼诺事件取2年时间，从-1年7月到+1 年6月，把每个站的月降水量换算为Γ分布的百分位距 平，然后把所有事件的降水百分位距平按月平均，得 到24个月的平均距平，再对平均距平作24个月谐波分 析，得到的振幅即表示厄尔尼诺的影响大小，用矢量 长度来表示。
南美沿岸本来是冷水上翻去。水中有丰富的浮游生物，是 鱼的最好的食物。冷水上翻减弱，浮游生物大量减少，渔跟着 大量死亡。
ENSO是厄尔尼诺和南方涛动的合称。因为许多研究都表明，赤道东太 平洋海表水温异常事件（EL Nino）同南方涛动（SO）有非常好的相关关系。 当赤道东太平洋SST出现正（负）距平时，南方涛动指数往往是负（正）值， 呈负相关。
实际上，降水与厄尔尼诺关系最密切的 是印度尼西亚干旱、澳大利亚干旱、印度干 旱、巴西东北的干旱及赤道中太平洋的多雨， 而其它地区的关系往往比较复杂。如中国书 第二类地区，既有时有影响，有时没影响。
至于ENSO对温度的影响不如降水那么 敏感，且以正相关为主，以热带地区为主。
故把热带太平洋区气压场和热带印度洋区气压 场反相变化的跷跷板现象称为南方涛动。
为了描写南方涛动，一般都用南方涛动指数 SO（SOI)：
SO=PS+PH+RI+FN+0.7PM-PJ-PC-TM-0.7PD-0.7RC 式中PS、PH、PM 、PJ 、PC、PD分别表示圣地亚
哥、夏威夷、马尼拉、雅加达、开罗和达尔文港的 气压；
四、 ENSO的气候影响
SO与南美和印度气温存在着负相关， 即厄尔尼诺时SO为负，南美和印度的气温 高。 SO与降水的相关更高。正相关最大在 澳大利亚、印度尼西亚、马来西亚到印度 一带，再向西可延伸到非洲东部。赤道中 太平洋，南美为负相关，即厄尔尼诺时， 从澳大利亚向西北到印度一带均干旱，而 赤道中太平洋到南美则多雨。