海-陆-气相互作用-第二讲-西太平洋暖池

海-陆-气相互作用
周顺武、智海
南京信息工程大学大气科学学院
——西太平洋暖池
—the Warm Pool in the Western Pacific
一、暖池的基本特征
大洋暖池 (Warm Pool) 又称热库或暖堆， 一般指 的是热带西太平洋及印度洋东部多年平均海表温度 (SST) 在28℃以上的暖海区， 它的总面积约占热带海
二、暖池的年际变化
1. 暖池指数（面积）的年际变化
2.
3. 4.
暖池厚度的年际变化
暖池高温中心的年际变化 近几年来暖池的基本特征
暖池指数的年际变化
下图分别为热带印度洋(阴影) 和太平洋(曲线) 暖
池的体积指数(见图a) 和强度指数(见图b) 距平的变化
曲线，这里的距平指已去除了暖池的季节变化。可以
SST≥28℃（29℃）的暖水域中心为虚线（实线）
暖池中心的季节变化
比较图a和图b，在纬线方向上，西太平 洋暖池中心大体上与东印度洋暖池中心的变
化相反；而在经线方向上，西太平洋暖池中
心大体上与东印度洋暖池中心的变化一致， 特别是二者在8月份都到了最北端。
3、海温的季节变化及其成因
下表列出了西太平洋暖池(WPWP)、东太平洋 (EP) 和东印度洋(EIOWP)选取的具有代表性的区 域。分别计算这些区域内SST的多年月平均值，结 果如下图 (a, b, c)。可以看出，区域范围越小，越 靠近暖池中心，平均温度越高，季节性变化越小。 比较上节可以看到，暖池面积季节变化和平均温
的年际变化。其中，黄河流域和华北地区包括了50个测站， 而江淮流域包括了28个测站，这些资料经过了校准。从图1可 看到1978，1981，1985，1988年江淮流域的降水偏少，尤其 在1978，1985，1988年夏季江淮流域降水偏少2～3成，并发
生了干旱。在这些年份的夏季，黄河流域和华北地区的降水
热带西太平洋暖池和东印度洋暖池面积的变化
暖池面积的年际变化及与ENSO关系
下图给出了大洋暖池面积指数1949年1月 到1990年12月的年际变化距平图，图中数字 同时给出了ENSO强度指数，数字下的线段的 长度代表ENSO持续的时间。结果也表明暖池 面积的年际变化最高值在El Nino年。
大洋暖池面积指数的年际变化距平图
发现，暖池的体积指数和强度指数在年际年代际尺度
上有很好的相关关系，其中印度洋暖池的体积指数和
强度指数之间的相关系数为0.89，西太平洋暖池体积
指数与强度指数之间的相关系数达0.95，而印度洋和 西太平洋暖池之间的相关系数均约为0.55，均远远超 过0.01的信度检验。
印度洋、西太平洋暖池的体积指数(a) 和强度指数(b) 距平时间序列
29℃；另一个中心是冷舌， 位于东太平洋赤道附近及
以南；第三个中心位于太平洋东部赤道以北中美沿岸，
为小的暖中心。三个中心的位置和强度随季节的变化
决定了这一地区海表面温度、近海面气温、各种热量
交换、水分等不同季节的热力学分布特征。
多年平均（1957-2004）年平均海温 （℃）
多年平均（1957-2004）夏季海温 （℃）
5 张启龙, 翁学传. 热带西太平洋暖池的某些海洋学特征分析. 海洋科学集刊, 1997, 38: 31-38.
热带西太平洋暖池的热状 态及其上空的对流活动对 东亚夏季气候异常的影响
黄荣辉等
前 言
本文利用1978－1989年热带太平洋暖池表层与次 表层的海温距平，高云量资料与降水观测资料分 析了夏季热带西太平洋的海温与上空的对流活动，
平洋热含量减小，赤道东太平洋海温升高，有可能导致El
Nino事件；反之，暖池面积小时暖水西撤，暖水在热带西
太平洋堆积，热含量加大，赤道东太平洋海温下降，有可 能导致La Nina事件。因此，暖池面积指数也可视同Nino3 区SSTA，作为一个ENSO事件的监测指标，从暖池在 ENSO事件形成过程中的重要作用看，这一指标更具实际 物理意义。
符淙斌等，热带太平洋物理气候图，北京：气象出版社， 1990，30-35.
暖池体积指数和强度指数
分别定义了暖池体积指数和强度指数以表征暖池
的暖水水体的大小和其强度，暖池体积指数定义
如下: WPI _ c (st 27.5)
i , j ,k
其中st 表示在第k 层深度上( i , j ) 格点上的海水温
度，δ( x ) 是指包围在海温> 27. 5℃等温面以上的
所有格点数之和。
气候平均的海水温度(阴影区) 及1～12月27.5℃等温 线在不同深度上的分布
暖池强度指数
暖池强度指数定义如下:
WPI _ i (st 27.5) (st 27.5)
i , j ,k
该指数表征暖池区暖水体上总体海水温度的高 低，反映了暖池区上混合层中海水的热含量。
Workshop on TOGA-COARE. ORSTOM, 1989, 99-109. 2 翁学传, 张启龙, 颜廷壮. 热带西太平洋暖池及其与南方涛动和 副热带高压关系. 海洋科学集刊, 1998, 4: 35-40. 3 MCPHADEN M J . Genesis and evolution of the 1997/1998 El
Nino. Science’s Compass, 1999, 283: 950-954.
4 黄荣辉, 孙凤英. 热带西太平洋暖池的热状态及其上空的对流 活动对东亚夏季气候异常的影响. 大气科学, 1994, 18 (2): 141-151.
各季度（代表月份）热带西太平洋暖池分布（表层） 中部阴影区为暖池终年存在的范围
大洋风场和暖水分布的比较
年平均洋面风场
年平均海表水温
4、西太平洋暖池定义
对西太平洋暖池的定义，迄今为止，没有完全统一
的标准，其有以下几种：
1. 以热带西太平洋表面温度高于28℃( 29℃)的海域[1, 2];
2. 是指10S～10N，140E～180范围的区域[3] ;
明显西撤，28℃线可撤至日界线以西170º E附近，
暖水在热带西太平洋海域堆积。
暖池面积指数与赤道东太平洋海温变化
暖池面积指数与热带西太平洋热力状况和赤道东太 平洋海温变化有密切关系，用10º S～10º N，140～
180º E区内0～400m平均热含量作为热带西太平洋热
力指标， 用Nino3区SSTA代表赤道东太平洋海温变
暖池形成的重要原因。
太阳辐射
太阳辐射包括太阳直接辐射、散射辐射和反射辐
射能量通量，主要部分相对地在短波区域(可见光谱
区)。晴天时太阳总辐射通量和大气透明状况及时间
和纬度有关。求得每月晴天总辐射量表征值，其季节 性变化如下图a。图b是实际的SST平均值的季节性变 化图。比较图a和b，二者的变化趋势是一致的，不同 的是图a 中的极大值出现在3月份和9月份，而图b中
多年平均（1957-2004）夏季（红色）、冬季 （灰色）和年平均（绿色）28℃等温线
2、暖池范围随季节的变化
下图分别为多年平均西太平洋和东印度洋暖池 面积的逐月变化。可以看出， 西太平洋暖池1、2 月 范围最小， 2月以后，范围迅速扩展，5月达到较大
范围，6、7月的范围稳定或稍有缩小，8月达到最大
化，计算暖池面积指数与二者之间的相关，相关系数
分别为-0.63和0.76，所用资料共43年516个月（1955
年1月～1997年12月），由于进行了5个月滑动，样本
自由度为103，相关置信度均超过了0.001。
分析指出[5]，暖池面积变化主要是暖池东界东西向移动所
致，以上结果表明，暖池面积大时有暖水东移，热带西太
西太平副热带高压与东亚夏季降水，特别是与我
国江淮流域旱涝之间的关系以及由于暖池上空对
流活动所引起的北半球夏季大气环流异常的遥相
关型。
热带西太平洋暖池热状况与东亚夏季降水之间的关系
图1 我国黄河流域与华北地区(a) 和江淮流域(b) 夏季(6－8月)降水距平百分率的年际变化
图l是黄河流域与华北地区和江淮流域6～8月降水距平百分率
面积减去相应月的多年平均值，求其距平以消除年 变化，并进行5个月滑动平均以滤去小扰动，获得暖 池的面积指数。
西太平洋暖池的范围随时间有很大变化，在El
Nino事件期间，暖池范围明显东扩，强大的El
Nino事件时，28℃线可以到达80º W的南美沿岸，
常常与位于北美墨西哥西岸近海海域的赤道东太
平洋暖池打通。但在La Nina事件期间，暖池范围
SST≥29℃的暖水域，其中心移动轨迹是一个西北到
东南倾斜的“8”；而SST≥28℃的暖水域中心移动轨 迹也类似于一个“8”，但其上面的“o”要小得多。图 b给出了东印度洋暖池中心移动的轨迹, 可见，SST≥ 29℃的暖水域，其中心移动轨迹也近似于一个西北 到东南倾斜的“8”。
热带西太平洋暖池
东印度洋暖池
（其中填色曲线表示印度洋暖池的变化，实线表示西太平洋暖池的变化）
暖池面积的年际变化
下图给出了热带西太平洋暖池和东印度 洋暖池面积的年际变化。图中两条曲线变化 趋势大体上是一致的，且高值主要出现在El Nino年。计算表明，西太平洋暖池和东印度 洋暖池的面积年际变化的相关系数是0.813， 呈很好的正相关关系。
小结
1. 三个暖池中心：位于热带西太平洋和印度洋东部 的暖中心范围和强度最大，位于太平洋东部赤道 以北中美沿岸，为小的暖中心。
2. 暖池形态具有明显的季节和年际变化，冬季暖池
位置偏南，分布范围最大，夏季暖池位于最北，
并且分布范围最大。暖池季节摆动在南非相对较
小，而东西摆动较大。 3. 太阳辐射和大洋风场是暖池形成的重要原因。
(但29℃的范围，反而变小) ，10月以后的范围迅速
缩小，西太平洋全年季节变化存在两次突然扩展的