《ENSO南方涛动》PPT课件
气候学——第五章 ENSO系统
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。
沃克环流与ENSO
• 《热带环流强度变化与我国夏季降水异常的关系》何敏
• 《厄尔尼诺》 秦大河•百科、维基百科thanks
摘自：百科沃克环流与ENSO• 赤道太平洋东部海温的异常变化以及厄尔尼诺现象的出现,与 前期西太平洋西部一南海海温变化以及西太平洋纬向垂直环 流圈的活动有密切的关系。 • 在低SOI期,Nino3 区海温异常偏高,沃克环流减弱东移,ENSO 循环处于暖位相(El Nino事件);在高SOI期,Nino3区海温异常 偏低，沃克环流加强,ENSO循环处于冷位相(La Nina事件)。 • Walker环流圈由加速转为减速(减速转为加速) 阶段,较El Nino (La Nina)事件起始月提前2(4)个月。 • Walker环流圈在El Nino (La Nina)事件期间减速(加速)； El Nino事件前20个月Walker 环流圈开始加速、上层西风加 速早且稳定;
沃克环流与ENSO
• Walker 环流上层西风异常减弱(增强) 的大、小与El Nino(La Nina) 事件强、弱的关系比低层东风异常与海洋异 变强度的关系更为密切。 • 西太平洋纬向环流圈强度的变化对赤道太平洋东部海温的变 化有重要的控制作用，西太平洋纬圈环流强度的变化超前于 赤道东太平洋海温变化2-3个月，约一个季度。西太平洋季风 区纬向环流异常变化可能是赤道太平洋东部海温异常的(SO: Southern Oscillation) ：
主要指发生在东南太平洋与印度洋及印尼地区之间的反相气压 振动。即东南太平洋气压偏高时印度洋及印尼地区气压偏低,反 之亦然。
• 厄尔尼诺-南方涛动现象（El Niño-Southern Oscillation，简称ENSO）：
（1）热带气旋、台风增多，即在西北太平洋生成和登陆我国的热带气旋增多。 （2）我国东北春夏易出现干旱，气温偏高。 （3）我国南方易发生干旱，华北洪涝。 （4）冬季较寒冷，寒潮多发，南方易出现冻雨、风雪。
厄尔尼诺南方涛动指数(ENSO)
此图像来自 1997 年 12 月，显示正常的海洋表面温度的变化。鲜艳的红颜色 （水温比正 常值温暖） 东太平洋指示厄尔尼诺现象的存在。
One of the most prominent aspects of our weather and climate is its variability. This variability ranges from small-scale phenomena such as wind gusts, localiz
海洋表面温度监测沿赤道的四个区域:
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Niño 1 (80°-90°W and 5°-10°S)
•
Niño 2 (80°-90°W and 0°-5°S)
•
Niño 3 (90°-150°W and 5°N-5°S)
•
这两个图（右）显示此 corrolation。此页最上方的图显示正常厄尔尼诺 3.4 水温的变化。 底部图显示为同一时期的南方涛动指数。当在塔希提岛的压力低于澳大利亚达尔文，厄尔尼 诺 3.4 温度高于正常，厄尔尼诺现象 ENSO 暖事件就发生了 。
Conversely, when the pressure in Tahiti is higher than Darwin, Australia the temperature in Niño 3.4 is lower than normal and La Niña is occurring; the cool episode of ENSO.
4.1ENSO南方涛动解析
SOI－南方涛动指数
用塔希提(Tahiti,17.5°S,149.6°W)与达尔文(Darwin,12.4°S,130.9°E) 两测 站的标准化月平均海平面气压之差。
SOI>0
表示东太平洋气压高于印度洋。
用塔希提(Tahiti,17.5°S,149.6°W)与达尔文(Darwin,12.4°S,130.9°E) 两测 站的标准化月平均海平面气压之差。
第四章
海气相互作用
4.1 ENSO事件与长期天气预报
4.2 印度洋海温变化对气候的影响
4.1 ENSO事件与长期天气预报
ENSO事件是一种在年际尺度上的热带太平洋大尺度海
气相互作用的现象，主要体现为热带太平洋和大气环 流的年际气候异常,并可以影响全球气候环境的变化。
ENSO
El Nino
Southern Oscillation
⑥ 国家气候中心关于厄尔尼诺(拉尼娜)事件(状态)的监测指标 主要以NINO Z区(亦称NINO综合区，即NINO1+2+3+4区)的 海温距平指数作为判定厄尔尼诺（拉尼娜）事件的依据。 当NINO 综合区海温距平指数≥0.5℃（≤0.5℃），并 预计这种状况能持续3个月及以上时，即认为进入厄尔尼 诺（拉尼娜）状态。 当NINO 综合区海温距平指数≥0.5℃（≤0.5℃）至少 持续6个月（过程中间可有一个月未达标准）则定义为一 次厄尔尼诺（拉尼娜）事件； 如若该区指数≥0.5℃（≤0.5℃）持续5个月，且5个 月的指数之和≥4.0℃（≤－4.0℃）时，也定义为一次 厄尔尼诺（拉尼娜）事件。
南方涛动(SO)
太平洋与印度洋间存在的一种大尺度的气压升降振荡。 当太平洋上气压变高（低）时，印度洋上从非洲到 澳大利亚气压变低（高），即两地气压的距平有反 向的变化。这种“跷跷板”现象大约3-7年重现。 南方涛动是四季气压场上都存在的现象，强度随季 节的改变变化不大；
厄尔尼诺现象的形成机制
厄尔尼诺现象的形成机制
厄尔尼诺现象（El Niño）是指在太平洋上大规模的海温变化，它主要体现在南美洲西部海岸附近的一种异常性气候现象，也被称作“厄尔尼诺-南方涛动”（ENSO）。
厄尔尼诺现象是一种全球性的气候现象，会影响有些国家的农业、渔业、旅游和其他行业的发展，因此了解它的形成机制很重要。
厄尔尼诺现象的形成机制主要是由太平洋海温、风场和大气环流的结合起来造成的。
厄尔尼诺现象的核心区在太平洋西南部的赤道带，其形成的主要机制有三个：
1. 太平洋海温：厄尔尼诺现象的形成主要是由太平洋海温变化引起的，南美洲西部海岸附近太平洋海温变化比较明显，厄尔尼诺现象一般出现在太平洋海温超过常年平均水平2-3℃时，而在厄尔尼诺现象下，太平洋海温可以超过常年平均水平5℃以上。
2. 大气环流：厄尔尼诺现象的形成也受到大气环流的影响，当太平洋海温升高时，南美洲西海岸附近的热带大气环流便会发生变化，即热带大气环流会从赤道向北倾斜，使得太平洋中部的热带雨带向西偏移，从而影响到南美洲西海岸的气候状况。
3. 风场：厄尔尼诺现象的形成也受到风场变化的影响，当热带大气环流向北偏移时，太平洋西南部的东风会加强，使太平洋西南部热带水团重新向东移动，从而影响到南美洲西海岸的气候状况。
以上就是厄尔尼诺现象的形成机制，即太平洋海温的变化、大气环流的变化以及风场的变化结合起来才能形成厄尔尼诺现象，它是一种全球性的气候现象，会影响有些国家农业、渔业、旅游等行业的发展，因此对它有足够的重视，以保护人类和环境的安全。
厄尔尼诺与南方涛动
1.5
Nino z
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5 2008年1月 2008年4月 2008年7月 2008年10月 2009年1月
Nino Z、Nino 3.4区海表温度距平指数（℃）和南方涛动指数（SOI）演变
ENSO
✓ENSO是指负的SOI(南方涛动指数)和厄尔 尼诺(赤道东太平洋暖水事件)的合称.
南方涛动(SO)
太平洋与印度洋间存在的一种大尺度的气压升降振荡。 当太平洋上气压变高（低）时，印度洋上从非洲到 澳大利亚气压变低（高），即两地气压的距平有反 向的变化。这种“跷跷板”现象大约3-7年重现。
✓南方涛动是四季气压场上都存在的现象，强度随季 节的改变变化不大；
太平洋
大西洋
印度洋
雅加达年平均气压距平值与全球各地相应气压值的相关场
2. Southern Oscillation
南方涛动
早在本上个世纪20～30年代，Walker在研究世界各 地海平面气压变化之间的关系时提出了世界三大涛动的 概念
涛动的定义：
在一个相邻两个地区，一个地区气压上升而另一 个地区的气压则下降。这种两个地区的气压此起彼 伏的变化，就称为“涛动”。
每个涛动系统包括两个相邻的气压变化趋势相 反的大气活动中心或地区。
中纬度地区纬向西风偏强。
北太平洋夏 威夷附近
PAPNN=AA型-B+C-D
PNA指示意 义 PAN>0
加拿大西部有 强的高脊维持 PAN<0 反之亦然
北美沿岸
北美沿岸
加拿大西部
美国东南部
4、 ENSO与全球大范围气候异常
前面已说明了 ENSO的发生，会造成大气环流的异常， 尤其是热带大气环流的异常，因而给全球范围带来明显 的气候异常。它的发生使世界上有些地方发生干旱而另 一些地方发生洪涝。
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。