南方涛动

2018年04月19日09时07分
   风异常是大西洋厄尔尼诺现象的一种表现形式。世纪之交的英国气候学家吉尔伯特沃克开始着手确定马来西亚 - 澳大利亚季风和全球其他气候波动之间的关系,以期预测亚洲地区将干旱和饥荒带入亚洲的异常季风年份。没有意识到与厄尔尼诺有任何关系,他发现了一个连贯的热带印支太​​平洋地区大气压力的年际波动,他称之为南方涛动(SO)。在澳大利亚北部和印度尼西亚降雨量减少的几年中,该地区(例如现在达尔文和雅加达)的压力异常高,风力模式发生了变化。同时,南太平洋东部的压力异常低,与达尔文和雅加达的负相关。一个基于两个区域(东西减)之间的压力差异的南方涛动指数(SOI)在这种时间显示出低的负值,这被称为SO的“低相位”。在更为正常的“高阶段”期间,印度尼西亚的压力较低,东太平洋的压力较高,SOI的正值很高。在20世纪20年代和30年代发表的论文中,沃克给出了统计证据,证明全球范围内广泛的气候异常与SO压力“跷跷板”有关。
   在沃克调查后的20世纪50年代,有人指出,SOI的低相位年份与秘鲁沿海沿海高温时段相对应,但SO和厄尔尼诺现象之间没有任何物理联系,直到挪威美国气象学家 在二十世纪六十年代早期,雅各布贝克内斯试图了解1957 - 588年厄尔尼诺事件期间观测到的异常的大地理范围。Bjerknes制定了厄尔尼诺事件期间发生的大规模海洋 - 大气相互作用的第一个概念模型。自20世纪70年代初以来,他的模型经过深入研究而得到完善。
   在厄尔尼诺事件发生之前的一年或两年(SO的高相位年)之前,西部贸易风通常在赤道太平洋的赤道更强烈地吹,导致温暖的上层海水积聚在增厚的表层在海平面上升的西太平洋。与此同时,东太平洋上升较强的上行风导致较冷的地表水和南美洲的海平面下降。在厄尔尼诺前一年的末尾,印度尼西亚强烈的热带风暴活动区域向东移向国际日期线以西的赤道太平洋(其一般对应于第180经线经线),使东风逆转发生在该海域。这些风暴激发了极长的海浪,被称为开尔文波(不易察觉的观察者),即传播向东走向南美,在那里他们会相对温暖的水勾芡和海平面的海洋上层上升的海岸。
   西太平洋的热带风暴也发生在其他年份,尽管发生频率较低,并且产生类似的开尔文波,但厄尔尼诺事件并没有发生,波浪沿海岸向智利和加利福尼亚继续向极地方向发展,仪表测量。在厄尔尼诺还没有完全了解之前,还有其他事情发生:由于开尔文波沿着赤道向东行进,异常的东向流将西太平洋暖水带到东部,赤道太平洋中部的温暖表层加深国际日期线)。随着有利于上升的风带来更加温暖的地下水,更多的地表变暖到表面。(地下水现在变暖了,而不是变冷,因为上层的暖水现在比以前深得多)异常变暖为热带风暴中心向东进一步迁移创造了有利条件,给予了新的活力东风,更多开尔文波,以及额外的变暖。一种介质(例如海洋)中的每一次异常增量都会引起另一种介质(大气层)的异常,反之亦然,通过正反馈过程导致异常增长不稳定。在此期间,SO处于低相位。
   在这些不稳定的海洋 - 大气相互作用数月之后,整个赤道地带变得比正常温暖(2-5°C [3.6-9°F]),并且相当数量的温暖的上层海水从西边运到东太平洋。结果,海平面下降西部海平面上升10-20厘米(约4-8英寸),南美海岸的海面温度异常可能高于正常水平2-8°C。异常情况通常在恢复正常之前持续10-14个月。南美洲的暖化发生,即使上升的有利风持续不减:上涨的水现在比以前温暖,而不像以前那样凉爽,其相关营养物质较少,因此无法将海洋生态系统维持在先前的生产水平。
   目前海洋学研究的重点是了解导致厄尔尼诺现象消亡的情况以及数年后发生的另一次这样的事件。最普遍的假设是,第二类长赤道海浪 -罗斯贝波与浅表层 - 由厄尔尼诺引起,并向西传播到亚洲的大陆。在Rossby波的作用下,沿赤道往东的亚洲海岸以上升的开尔文波的形式反射出去,导致上层海洋暖层变薄,上层海洋变冷,随着风力混合更深,水冷到地表。这个过程被认为会启动一到两年的低于平均水平的条件,直到再次产生向西传播的Rossby波,作为切换机制,这次启动另一个厄尔尼诺序列。
   科学家的另一个目标是理解几百年甚至更长时间的气候变化,并对未来几代内将发生的变化做出预测。然而,在较短的时间尺度上,如厄尔尼诺现象,通过自然变化难以确定当前气候趋势与近期数据的关系。许多科学家试图通过改进全球测量数据来了解厄尔尼诺现象的变化机制,以确定海洋大气引擎如何在更长的时间尺度上运行。其他人正在研究保存在树木,沉积物和化石珊瑚中的史前记录努力重建过去的变化,包括像厄尔尼诺现象。他们的目标是消除这种短期变化,以便能够更准确地估计长期趋势。