ENSO事件下赤道中東太平洋海溫場非對稱性特征

張文珺 李建平

摘 要 利用1950—2020年冬季HadISST逐月海面溫度（sea surface temperature，SST）資料、SODAv2.2.4逐月SST和三維海洋流速同化資料以及NCEP/NCAR 2 m高度上的逐月氣溫（surface air temperature，SAT）資料，使用非對稱合成差分析方法、海洋混合層熱量收支診斷方法等，探究El Ni?o事件和La Ni?a事件下造成赤道東太平洋（E區：110°W～80°W，10°S～10°N）、赤道中太平洋（C區：160°E～170°W，10°S～10°N）SST異常場顯著不同非對稱性特征的可能海洋動力過程，分析ENSO事件非對稱強迫下2 m高度上SAT異常場的非對稱空間響應。結果表明：E區El Ni?o事件的強度顯著強于La Ni?a事件，C區則相反。非線性動力學加熱作用對E區和C區El Ni?o年和La Ni?a 年SST異常場的非對稱分量都起到了正反饋作用，是造成這兩個區域SST異常場產生正、負非對稱分量的主導動力因子。?？寺斔妥饔貌焕贓區SST異常場正非對稱分量的形成，但有利于C區SST異常場負非對稱分量的形成。平均流、緯向平流和溫躍層的非對稱正反饋作用阻礙了C區SST異常場負非對稱分量的形成。2 m高度上SAT異常場的非對稱分布與SST異常場的非對稱分布較為一致，但SAT異常場正、負非對稱分量的顯著范圍明顯減小，部分區域的非對稱結果不顯著。

關鍵詞 ENSO；非對稱性；熱收支分析

中圖分類號：P732.7文獻標志碼：A文章編號：2096-3599（2024）01-0001-13

DOI：10.19513/j.cnki.hyqxxb.20220408001

收稿日期：2022-04-08；修回日期：2022-05-13

基金項目：國家自然科學基金重大項目（41790474）；山東省自然科學基金重大基礎研究項目（ZR2019ZD12）

第一作者簡介：張文珺，女，碩士研究生，主要從事ENSO非對稱性、極端降水等研究，zhangwenjun2233@foxmail.com。

通信作者簡介：李建平，男，博士，教授，主要從事氣候動力學與可預報性、季風與海氣相互作用等研究，ljp@ouc.edu.cn。

Asymmetric characteristics of SSTs in the central and eastern equatorial Pacific under ENSO events

ZHANG Wenjun^{1，2，3，4}， LI Jianping^{1，2，3，4，5}

（1. Frontiers Science Center for Deep Ocean Multispheres and Earth System， Ocean University of China， Qingdao 266100， China; 2. Key Laboratory of Physical Oceanography of Ministry of Education， Ocean University of China， Qingdao 266100， China; 3. College of Oceanic and Atmospheric Sciences， Ocean University of China， Qingdao 266100， China; 4. Academy of the Future Ocean， Ocean University of China， Qingdao 266100， China; 5. Laboratory for Ocean Dynamics and Climate， Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology （Qingdao）， Qingdao 266237， China）

Abstract The study uses monthly sea surface temperature （SST） data from HadISST， monthly SST and three-dimensional ocean current velocity assimilation data from SODAv2.2.4， and monthly surface air temperature （SAT） at 2 m from NCEP/NCAR during 1950-2020 in winter. Combined with the asymmetric composite difference analysis method and mixed layer heat budget analysis method， the possible ocean dynamic processes of significantly asymmetric SST anomaly over the eastern （E region： 110°W-80°W， 10°S-10°N） and central （C region： 160°E-170°W， 10°S-10°N） equatorial Pacific under El Ni?o and La Ni?a events are explored. The asymmetric spatial responses of SAT anomaly at 2 m under asymmetric forcing of ENSO events are also analyzed. The results show that El Ni?o events are significantly stronger than La Ni?a events in the E region， while the C region is the opposite. The contribution of nonlinear dynamic heating to the asymmetric components of SST anomaly in El Ni?o and La Ni?a years over the E and C regions is positive feedback， and it is the dominant dynamic factor that causes the positive and negative asymmetric components of SST anomaly in these two regions. Ekman pumping is unfavorable for the formation of the positive asymmetric component of the SST anomaly in the E region， but favorable for the formation of the negative asymmetric component of the SST anomaly in the C region. The formation of the negative asymmetric component of SST anomaly in the C region is damped by the positive feedback of mean circulation， zonal advection， and thermocline feedback. The asymmetric distribution of SAT anomaly at 2 m is consistent with the asymmetric spatial distribution of SST anomaly. However， the significant range of positive and negative asymmetric components of SAT anomaly is evidently reduced， and the asymmetric results in some areas are not significant.

Keywords El Ni?o-Southern Oscillation （ENSO）; asymmetry; heat budget analysis

引言

El Ni?o-Southern Oscillation（ENSO）事件是熱帶地區最強的海-氣耦合現象，作為熱帶海面溫度（sea surface temperature，SST；簡稱“海溫”）年際變率的主導模態一直備受關注^［1-5］。ENSO事件的頻繁發生給人們的生產生活、交通、農業等都造成了巨大的影響^［6-20］。因此，針對ENSO事件的研究具有十分重要的意義。

以往的研究表明ENSO事件冷暖位相在振幅上存在非對稱性^［21］，東太平洋異常SST在El Ni?o年的空間范圍明顯大于La Ni?a年^［22］。全球SST偏度系數的異?？臻g分布同樣顯示赤道東太平洋存在強烈的正偏度，而西太平洋為負偏度^［23］。因此不能完全將La Ni?a事件作為El Ni?o事件的相反位相對待^［24-27］。

研究表明海洋中的內部動力過程在造成ENSO冷暖位相振幅非對稱的過程中起主導作用^{［26，28］}。顯著的SST正異?？梢哉T發赤道太平洋東部深對流產生比La Ni?a事件更大范圍的El Ni?o事件^［25］。在La Ni?a時期更為活躍的熱帶不穩定波的負反饋機制也能夠削弱La Ni?a事件的振幅大小，從而有利于ENSO冷暖位相振幅非對稱的形成^［29］。此外，海洋非線性動力加熱過程會使La Ni?a事件中SST增高，進而達到減小La Ni?a強度的作用^［30-31］。有研究將海洋反饋過程在造成ENSO振幅非對稱性中所起的作用量化后發現，El Ni?o時期的海洋正反饋作用更強使得在太平洋東部El Ni?o暖異常更強^［32］。Hayashi等^［33］通過對氣候模式的分析發現ENSO振幅非對稱性在很大程度上與沿赤道太平洋次表層非線性動力過程有關。在年代際尺度上，Pan等^［34］發現El Ni?o自1980年前后，存在振幅上的年代際非對稱現象，在1980年之前（后），赤道東太平洋異常的向東流會產生負（正）非線性緯向平流，從而造成El Ni?o事件振幅在年代際上的非對稱變化。

前人對ENSO事件非對稱性已有不少研究，但對本文中發現的赤道中東太平洋海溫表現為顯著不同的非對稱性特征及其可能的影響因子并沒有進行深入探討，同時對除非線性動力加熱項以外其他影響非對稱分量的可能海洋內部動力過程探究較少。因此，利用非對稱合成差分析方法和海洋熱量收支診斷方法等，在前人研究基礎上對造成赤道中東太平洋海溫顯著非對稱性特征的可能海洋內部動力過程及其對表面氣溫的影響展開研究，進一步補充與ENSO事件相關的非對稱性研究，為ENSO事件的預報、預測提供科學的參考依據。

1 資料與方法

1.1 數據

研究時段為1950年1月—2020年12月冬季（冬季表示當年12月—次年2月），使用的數據如下：（1）英國氣象局哈得來中心提供的1950—2020年空間分辨率為1°×1°（經度×緯度）的全球范圍SST資料1.1版本（HadISST1； https：//www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadisst/）^［35］；（2）美國馬里蘭大學提供的1950—2020年空間分辨率為0.5°×0.5°（經度×緯度）的全球范圍逐月SST以及緯向、經向和垂向流速海洋同化資料（simple ocean data assimilation，SODA）2.2.4版本（SODAv2.2.4；http：//apdrc.soest. hawaii.edu/erddap/griddap/hawaii_soest_c71f_e12b_37f8.html），其垂直方向為不等間距的40層^［36］；（3）美國國家環境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）和美國國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）（NCEP/NCAR）提供的1950—2020年空間分辨率為2.5°×2.5°（經度×緯度）的全球范圍2 m高度氣溫場（surface air temperature，SAT）資料^［37］；（4）美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）氣候預測中心（Climate Prediction Center，CPC）（NOAA-CPC）提供的海洋尼諾指數（Oceanic Ni?o Index，ONI；https：//ggweather.com/enso/oni.htm）。

1.2 方法

1.2.1 ENSO事件的挑選

利用NOAA-CPC提供的ONI選取ENSO事件。如圖1所示，該指標通過計算Ni?o 3.4區域（170°W～120°W，5°N～5°S）連續3個月平均的異常SST得到。本研究定義的El Ni?o事件為異常SST大于或等于1.0℃的事件，La Ni?a事件為異常SST小于或等于-1.0℃ 的事件^{［34，38］}。

根據以上分類標準，結合本研究的時間段1950—2020年，挑選出的ENSO事件如表1所示。分別有15次El Ni?o事件和11次La Ni?a事件，選取的樣本數量具有統計學意義，符合本文的研究需求。

1.2.2 非對稱合成差分析方法

使用的非對稱合成差分析方法（圖2）來自Karori等^［9］的研究，將其整理成如下表達式：

其中：A⁺和A^-表示某物理量A通過一定正負標準差篩選后所得到的正事件和負事件，F表示與強迫相關的物理量（例如SST異常場），R表示與響應有關的物理量（例如SAT異常場），F（A⁺）和F（A^-）分別表示強迫F的正事件和負事件，Δ_F表示F對應的非對稱分量，R（A⁺）和R（A^-）分別表示響應R的正事件和負事件，Δ_R表示R對應的非對稱分量。如果Δ_F的數值與0相比，二者的差異并不顯著，則說明F（A⁺）與F（A^-）在振幅上沒有明顯的差異，同時也表示在強度上，F（A⁺）和F（A^-）是對稱的，即：該強迫對應的正事件F（A⁺）與負事件F（A^-）強度相當。

相反的，如果Δ_F的數值與0相比是比較顯著的，會出現兩種情況。第一種是當Δ_F的數值顯著大于0，表示F（A⁺）比F（A^-）的振幅強很多，即：該強迫對應的正事件F（A⁺）比負事件F（A^-）顯著強很多。另一種情況是Δ_F的數值顯著小于0，表示F（A⁺）比F（A^-）的振幅弱很多，即：該強迫對應的正事件F（A⁺）比負事件F（A^-）顯著弱很多。對于響應R的分析也與上式相同。這種非對稱合成差分析方法不僅可以研究對應物理量的非對稱性特征，還可以研究其對稱特征。此外，正事件和負事件之間的顯著差異可以通過顯著性t檢驗來計算。

1.2.3 熱量收支診斷方法

所使用的海洋熱量收支診斷方程^［39-40］如下：

方程右邊的每項分別表示如下：

f_TD=Q。??? （8）

其中：上標 “-”和側標“′”分別表示該物理量的氣候平均值和異常值，T、u、v、w分別表示海洋的溫度、緯向流速、經向流速和垂向流速，H表示平均有效混合層深度（取50 m），“sub”表示50～100 m次表層平均深度。f_MC表示平均流（mean circulation，MC）作用，f_ZA表示緯向平流（zonal advection，ZA）反饋作用，f_EK表示?？寺‥kman，EK）輸送反饋作用，f_TH表示溫躍層（thermocline，TH）反饋作用，f_NDH表示非線性動力加熱（nonlinear dynamical heating，NDH）作用，f_TD表示熱力學耗散（thermodynamical damping，TD）作用，f_R表示殘余（residual，R）項。ZA、EK和TH項是海洋動力過程中最主要的3項^［41-42］。NDH項主要與El Ni?o和La Ni?a之間振幅的非對稱性有關^{［26，28］}。本文主要分析MC、ZA、EK、TH和NDH這5項對赤道中東太平洋SST異常場顯著非對稱性關鍵區的作用，揭示上述5項對SST異常場非對稱性分布的可能貢獻。

1.2.4 統計學方法

除以上方法外，還用了合成分析、顯著性t檢驗的統計學方法。通過合成分析能夠得到不同事件下某氣象變量的平均值，從而探究這種氣象變量在某一事件下的總體特征。本文使用的非對稱合成差分析方法主要是將El Ni?o事件下某物理量的合成結果與負的La Ni?a事件下某物理量的合成結果作差，得到該物理量的非對稱空間分布。關于非對稱合成差分析方法的顯著性檢驗，檢驗的樣本是某物理量的正事件和負的負事件，這與傳統的正事件、負事件的顯著性檢驗相比，分母所對應的數值不變，分子對應的正事件與負的負事件的差值結果相比于正事件與負事件的差值結果明顯減小，使得在進行非對稱性分析時計算出的顯著性檢驗數值相對較小，如果以置信水平為95%、99%等條件進行顯著性檢驗是相對嚴格的。因此，在計算非對稱性分析的顯著性檢驗時，適當降低置信水平是必要的。

2 SST異常場的空間分布及其非對稱性特征

圖3a和圖3b分別給出了1950—2020年冬季ENSO事件冷、暖位相合成后SST異常的空間分布。當El Ni?o事件發生時（圖3a），SST正異常范圍集中在南北緯30°左右，東西方向從80°W附近的南美洲沿岸一直向西延伸到赤道中太平洋地區165°E附近，整體空間分布具有明顯的“馬蹄形”特征。SST正異常強度達到0.8℃的海區范圍集中在南北緯10°內，而強度達到1.2℃以上的范圍在主要位于南北緯5°內，呈窄長的細條狀沿赤道分布，該區域內SST正異常最大值為1.58℃。當La Ni?a事件發生時（圖3b），SST負異常范圍在南北方向上能延伸到南北緯30°以外，東西方向上能從70°W一直向西延伸到155°E左右，雖然La Ni?a事件在范圍上相對El Ni?o事件有所擴張，但SST負異常較強的區域（強度小于-0.8℃）卻比El Ni?o事件發生時更小，主要集中在100°W～165°E、10°S～10°N的區域內，SST負異常強度小于-1.0℃的區域呈塊狀分布在赤道兩側，且在180°～150°W的范圍內更為集中，SST負異常的最小值為-1.43℃。

通過對比El Ni?o事件與La Ni?a事件SST異?？臻g分布（圖3a、b）可以發現，El Ni?o事件發生時（圖3a），SST正異常超過1.2℃以上的海溫范圍從南美洲秘魯沿岸一直沿赤道向西延伸到170°W，SST正異常呈現連續的帶狀分布，中間沒有斷裂。但在La Ni?a事件發生時（圖3b），110°W～80°W、10°S～10°N范圍內，SST負異常的大值有很明顯的空缺，并且負異常大值區域在沿著赤道延伸時呈塊狀分布，表現的并不是很連續，這似乎說明在該經緯度范圍內，El Ni?o事件與La Ni?a事件的強度大小

和影響范圍并不一致，很可能會造成赤道東太平洋東部地區SST異常的非對稱性。此外，El Ni?o事件發生時（圖3a），SST正異常大于1.0℃的范圍比La Ni?a事件發生時（圖3b）SST負異常小于-1.0℃的范圍要大很多，并且El Ni?o事件下的SST正異常的中心位置更偏東，而La Ni?a事件下SST負異常的中心位置更偏西。對比冷暖事件下SST異常值的西邊界零線范圍（圖3a、b）可以發現，La Ni?a事件向西延伸的程度相比于El Ni?o事件更加偏西，使得其SST負異常中心也更加偏西，這很可能會導致赤道中太平洋SST異常場產生負非對稱分量。

為了更好地衡量ENSO事件冷暖位相的非對稱性，利用非對稱合成差分析方法（El Ni?o事件的合成結果與負的La Ni?a事件的合成結果作差）進一步對ENSO事件的非對稱性進行分析。圖3c表示的是El Ni?o事件與La Ni?a事件SST異常場的非對稱空間分布。正如前文所分析，在赤道東太平洋存在一個SST異常的正非對稱分量中心，其東西范圍從80°W一直向西延伸到110°W附近，并且該非對稱分量通過了置信水平為85%的顯著性t檢驗。該范圍SST異常的正非對稱分量基本都能達到0.8℃以上，其最大值為0.96℃，由此可見在該區域，El Ni?o事件時SST正異常與La Ni?a事件時SST負異常的強度之差最大接近1.0℃，表現出強烈的正非對稱性特征，與前文分析的110°W～80°W、10°S～10°N范圍內（圖3b），SST較強負異常范圍空缺的結果一致，說明在該區域范圍內El Ni?o事件SST正異常的強度顯著強于La Ni?a事件負異常的強度。

同樣，在赤道中太平洋地區也存在一個SST異常場表現為負非對稱性特征的顯著區域（圖3c），該負非對稱性特征區域的范圍主要集中在160°E～170°W、10°S～10°N的范圍內，其結果也通過了置信水平為85%的顯著性t檢驗。該區域異常SST的負非對稱分量基本都在-0.80℃以下，最小值達到-0.83℃，表現出強烈的負非對稱性特征，這對應于圖3b中，La Ni?a事件SST負異常中心更偏西，導致負非對稱分量也集中于赤道中太平洋地區。同時，該區域異常SST的負非對稱分量也說明在該范圍內，La Ni?a事件SST負異常強度顯著強于El Ni?o事件SST正異常強度。

由以上分析可知，El Ni?o事件與La Ni?a事件的SST異常場在赤道東太平洋東區和赤道中太平洋存在顯著的非對稱性特征，而這兩個區域的非對稱特征明顯不同，SST異常場在赤道東太平洋表現為正非對稱性特征，在赤道中太平洋則表現為負非對稱性特性。以往的研究中，并沒有對這兩個不同非對稱性特征區域的形成原因展開研究，那么赤道中東太平洋這兩個顯著的非對稱性特征區域究竟是如何形成的，又與怎樣的海洋內部動力過程相關，這是本文需要探討的科學問題。因此，選取上述赤道東太平洋SST異常場表現為正非對稱性特征的區域（E區：110°W～80°W， 10°S～10°N）和赤道中太平洋SST異常場表現為負非對稱性特征的區域（C區：160°E～170°W， 10°S～10°N）作為兩個SST異常場非對稱性關鍵區，并以此為切入點，進一步探究造成上述E區和C區SST異常場出現不同非對稱性特征的主導海洋動力過程。

3 海洋混合層異常熱量收支的非對稱性特征

3.1 赤道東太平洋E區

對海洋混合層進行熱量收支診斷分析有助于更好地探究造成E區、C區SST非對稱性特征的主要海洋內部動力因子。圖4a和圖4b分別表示El Ni?o年和La Ni?a年赤道東太平洋E區海洋混合層的異常熱量收支合成結果。在El Ni?o事件發生時（圖4a），E區的平均流作用項MC為負異常，溫躍層反饋項TH也為負異常，MC項與TH項的數值相對較大，分別為-0.28℃/月和-0.23℃/月。而緯向平均流反饋作用ZA則表現為較弱的負異常，其數值只有-0.02℃/月。該區域異常熱量收支表現為正異常的有Ekman輸送作用EK項和非線性動力學加熱作用NDH項這兩項，其數值分別為0.13℃/月和0.14℃/月，二者的數值大小相當。由以上5項的數值大小來說，EK項與NDH項造成的正反饋作用之和為0.26℃/月，這與MC、TH和ZA這3項共同造成的負反饋作用-0.53℃/月的絕對值相比是較小的。而由圖3a的分析可知，El Ni?o事件發生時E區SST為正異常，這說明除了EK項與NDH項的正反饋作用外，熱收支方程中的其他項對E區海溫正異常的形成可能也起到重要正反饋作用，因此造成該地區SST異常場顯著為正的結果。但EK項和NDH項是5項之中造成E區SST為正異常的主導2項。

對比La Ni?a事件發生時赤道東太平洋E區海洋混合層的異常熱量收支合成結果（圖4b），除EK項表現為-0.26℃/月的負反饋作用外，MC、ZA、TH、NDH項均表現為正反饋作用，其值分別為0.27℃/月、0.04℃/月、0.19℃/月、0.15℃/月，這4項正反饋作用的總和達到0.65℃/月。由上文分析可知，在La Ni?a事件發生時（圖3b），E區SST表現為負異常，這說明造成E區La Ni?a年海溫負異常的海洋動力因子除Ekman輸送下的負反饋作用，還有其他動力過程導致該區域SST顯著負異常，但就上述5項而言，EK項是造成E區La Ni?a年海溫負異常的主要動力過程。

值得注意的是，通過對比E區El Ni?o事件和La Ni?a事件發生時海洋混合層異常熱量收支合成結果的強度（圖4a、b），可發現MC、ZA、TH項在冷、暖位相的強度相差不多，而EK、TH和NDH項的強度相差較大，尤其EK項，其絕對值之差為-0.13℃/月。NDH項無論在El Ni?o年還是在La Ni?a年都表現為正異常，這說明很有可能是EK、TH和NDH項所主導的動力過程，使得E區SST異常場表現為顯著的非對稱性特征。

為深入探究造成赤道東太平洋E區SST異常場表現為顯著正非對稱性的原因，進一步采用非對稱合成差分析方法，對El Ni?o年和La Ni?a年異常熱量收支結果進行探究（圖4c）。其結果與上文推測結果一致，5項當中有兩項表現為弱的非對稱性，分別是平均流作用MC項和緯向平均流反饋作用ZA項，數值只有-0.01℃/月和0.02℃/月，其作用基本可以忽略不計。這說明在E區，水平和垂直溫度平流

即MC項和ZA項整體對該區域非對稱性貢獻較小，這一結論與宋迅殊^［43］的研究結論相符。而對造成E區SST異常場非對稱性特征作用明顯的過程主要有兩類：一類貢獻較大的是非線性動力加熱作用NDH項，該項無論在El Ni?o年還是在La Ni?a年都表現為正異常，造成的SST正異常數值為0.29℃/月；另一類貢獻較小的是與Ekman輸送有關的EK項，其數值為-0.13℃/月。TH項對非對稱性的形成也有一定的貢獻，其值為-0.04℃/月，但與NDH、EK的數值相比是較小的。

值得注意的是，NDH與EK項雖然都對E區非對稱性的形成有很大貢獻，但二者的作用是相反的。NDH項的主要作用是導致E區SST異常產生正非對稱分量，而EK項的作用則是導致該區域SST異常產生負非對稱分量，由圖3c的分析可知，E區SST異常非對稱分量表現為正，這說明NDH項是導致E區SST異常產生顯著正非對稱分量的主要動力過程。NDH項使E區異常SST在El Ni?o年時不斷增加，同樣在La Ni?a年時，也使E區異常SST升高，這就導致了El Ni?o年和La Ni?a年E區SST異常場之間的不平衡，造成二者非對稱性分布，這與Jin等^［28］對NDH項非線性動力學加熱作用的解釋一致?？偟膩碚f，E區NDH項在不斷增加海溫非對稱分量的過程中，EK項和TH項卻起到抵消該非對稱分量的負反饋作用，但EK項和TH項的負反饋作用只有-0.17℃/月，與NDH項0.29℃/月的正反饋作用相比，并不影響E區SST異常場正非對稱分量的形成（圖3c），使得在E區范圍內，El Ni?o事件的強度顯著強于La Ni?a事件。

3.2 赤道中太平洋C區

圖5a、b分別表示El Ni?o年和La Ni?a年赤道中太平洋C區海洋混合層的異常熱量收支合成結果。對赤道中太平洋C區來說，當El Ni?o事件發生時（圖5a），平均流作用MC項與緯向平流項作用ZA項表現為正反饋作用，其數值分別為0.22℃/月和0.06℃/月，Ekman輸送相關的EK項和非線性加熱作用NDH項均表現為負反饋作用，其數值為-0.07℃/月和-0.15℃/月，值得注意的是，TH項在El Ni?o年對C區SST異常場的貢獻很小，幾乎為0，其作用在圖中幾乎可以忽略不計，這可能與該區域混合層深度有關。由圖3a的分析可知，El Ni?o年赤道中太平洋C區的SST表現為正SST異常，對比圖5a的結果，該SST正異常主要是由MC和ZA這兩項的正反饋作用貢獻的，其數值為0.28℃/月，同時MC項的正反饋作用比ZA項更強，幾乎是ZA項的3倍多，因此MC項是造成El Ni?o年C區正異常SST形成的主要海洋動力作用，ZA項為輔。二者在El Ni?o事件發生時，不斷對C區的SST加溫，造成正SST異常。在這個過程中，與Ekman輸送相關的EK項和非線性加熱作用NDH項對El Ni?o年C區正異常SST的形成則起到負反饋作用，使得C區SST不斷降溫。由于C區總的正反饋作用（0.28℃/月）強于總的負反饋作用（-0.22℃/月），使得該地區SST表現為正異常。

在La Ni?a事件發生時（圖5b），5項動力過程只有MC項數值較大，為-0.20℃/月，此時ZA項幾乎無作用，而EK項、TH項都為較小的正反饋作用，數值為0.06℃/月和0.03℃/月，NDH項則表現為較小的負反饋作用，其數值為-0.04℃/月。MC項的負反饋作用（圖5b）與El Ni?o年時的正反饋作用（圖5a）截然相反，該負反饋作用有利于在C區產生SST負異常信號，使得La Ni?a事件異常SST的合成結果在C區表現為負異常（圖3b）。同時有利于La Ni?a事件SST負異常產生的還有NDH項，雖然對該地區負異常海溫也有貢獻，但相對較少。EK項和TH項則不利于C區SST負異常信號的形成，但二者之和相對比較小，只有0.09℃/月，與MC項和NDH項有利于C區SST負異常產生的-0.24℃/月的貢獻相比，是不足以抵消的。因此，在La Ni?a年，C區的負異常SST信號主要受到MC項的負反饋作用，其次是NDH項的負反饋作用。

對比El Ni?o年和La Ni?a年C區海洋混合層的異常熱量收支合成結果可以發現，MC項在El Ni?o年時使得C區SST場異常增溫，在La Ni?a年時使得C區SST場異常降溫，在兩種事件下的貢獻值差不多，非對稱性特征并不明顯。EK項也是如此，只不過與MC項相比作用相反，其非對稱性特征也不明顯。但是對于NDH項來說，在El Ni?o年使得該地區異常降溫較大，而在La Ni?a年則異常降溫較小，存在非常明顯的非對稱性。類似的還有ZA項，在La Ni?a年幾乎沒有什么貢獻，但在El Ni?o年則表現為較大的正異常，這也可能導致C區的非對稱性特征。

因此，為了進一步探究C區El Ni?o年與La Ni?a年異常熱收支合成結果的非對稱性特征，從而揭示導致C區表現為顯著負非對稱性的主導動力過程，同樣采用非對稱合成差分析方法，得到C區SST異常場的非對稱結果如圖5c所示。與上文推測的較為一致，ZA、TH、NDH項的動力過程都表現出較大的非對稱性，其數值分別是0.06℃/月、0.03℃/月、-0.19℃/月，而MC、EK項的非對稱性相對較小，分別為0.02℃/月和-0.01℃/月。這說明造成C區SST異常場非對稱性的主要是ZA、TH、NDH項這3項所對應的動力過程，而其中ZA和TH項對C區SST異常非對稱分量起到的是正反饋作用，即有利于C區SST異常場表現出正非對稱分量的結果，與圖3c中對C區表現出的顯著負非對稱分量結果不符合。相反的，NDH項則對C區SST異常場非對稱分量起到負反饋作用，即有利于C區SST異常場表現出負非對稱性的結果，并且NDH項的數值相對于ZA項和TH項是更大的，這也對應了圖3c中C區SST異常場負非對稱性比較顯著的結果。因此，NDH項是造成C區SST異常場顯著負非對稱性的主導動力過程，而ZA項和TH項則在C區SST異常場產生顯著負非對稱性的過程中起阻礙作用，EK項在這當中幾乎無作用。

通過橫向對比E區和C區La Ni?a年與El Ni?o年異常熱收支結果（圖4a—c和圖5a—c），可以發現：（1）El Ni?o年時，TH項在E區的數值相比于C區要大很多，而MC、ZA、EK、NDH與C區的異常熱收支結果相比符號相反（圖4a和圖5a）；（2）La Ni?a年時，除TH項，MC、EK、NDH項對E區和C區的反饋作用相反（圖4b和圖5b）；（3）對于非對稱合成差的結果（圖4c和圖4d），無論是E區還是C區，NDH項都是造成非對稱分量正、負分布的主導因子，不同的是E區EK項和TH項都不利于E區異常SST正非對稱特征的形成。C區的MC、ZA和TH項不利于C區異常SST負非對稱特征的形成。

4 2 m高度上SAT異常場的空間分布非對稱性特征

在上一節的研究中，對ENSO事件下赤道中東太平洋SST異常場及其非對稱性特征有了較為清晰的認識，同時對造成赤道中東太平洋E區和C區SST異常場非對稱性特征的海洋動力過程進行了探究，揭示了造成這兩個區域不同非對稱性特征的主導動力過程。由于海-氣相互作用，海洋的非對稱性特征對大氣也有一定的影響，二者緊密相關。為了進一步探究在ENSO事件非對稱性強迫下大氣的響應情況，進一步對2 m高度上SAT異常場的空間分布、非對稱性特征進行探討，這有助于理解在海洋非對稱強迫作用下大氣的響應情況。

圖6a和圖6b分別給出了1950—2020冬季El Ni?o事件和La Ni?a事件下2 m高度上SAT的異常場。當El Ni?o事件發生時（圖6a），SAT異常場與SST異常場（圖3a）空間分布大體相似，SAT正異常范圍同樣可以自80°W附近一直向西延伸到赤道中太平洋地區165°E附近，SAT正異常強度達到0.8℃的海區范圍集中在南北緯10°內，而強度達到1.2℃以上的范圍則在主要位于南北緯5°內，同樣呈沿赤道分布的窄長條狀。有所不同的是，SAT正異常強度達到1.2℃以上的范圍比SST（圖3a）的范圍更大，且SAT正異常的邊緣范圍更圓潤，“馬蹄形”特征更明顯，該區域內SAT正異常最大值為1.52℃。

而當La Ni?a事件發生時（圖6b），2 m高度上SAT的負異常中心能夠在南北方向上延伸到南北緯30°以外，東西方向上能從60°W一直向西延伸到150°E左右，雖然La Ni?a事件在范圍上相對El Ni?o事件更大，但SAT負異常強度小于-1.0℃的范圍卻比El Ni?o事件更小，主要集中在90°W～170°E、10°S～10°N的區域內。與SST負異常的小值區域（圖3b）相比，SAT的小值范圍明顯在南北方向上擴張，東西方向上也有延伸，其分布特征不再是SST異常小值范圍所對應的塊狀分布，而是與El Ni?o事件相似的條狀分布，同時強度小于-1.2℃以下的中心范圍則更加集中地分布在中太平洋赤道的南北兩側。同時，La Ni?a年SAT負異常值的絕對值在E區較大，根據非對稱合成差分析可知，E絕對值較大的負異常數值可能導致該區域異常SAT正非對稱分量減小。對于SST異常場（圖3c）表現為顯著非對稱特征的C區，SAT異常在El Ni?o事件和La Ni?a事件中雖然與SST異常場分布（圖3a、b）相似，但La Ni?a年SAT最小負異常絕對值1.30℃（圖6b）小于SST最小負異常絕對值1.43℃（圖3b），這可能會使該區域的負非對稱分量減小。

為了更好地衡量ENSO事件冷暖位相強迫下SAT的非對稱性特征，同樣利用非對稱合成差分析方法對2 m高度上SAT異常場非對稱性進行分析。圖6c表示在ENSO強迫下2 m高度上SAT異常場非對稱性特征的空間分布，結果與前文的推測較為符合，雖然SAT異常場的非對稱空間分布總體與SST異常場的非對稱空間分布（圖3c）相似，能夠表現出類似E區、C區的正、負非對稱分量，不同的是對于E區而言，其正非對稱分量的顯著范圍明顯減少，正非對稱性有所減弱，這可能是由于在La Ni?a事件發生時，SAT在該區域La Ni?a年負異常強度較強，使得該區域正非對稱性減弱，正非對稱分量范圍減少。對于C區來說，SAT異常場的負非對稱性特征相比于SST異常場也有所減弱，負非對稱分量的大值區域明顯減少，負非對稱分量在C區大部分區域只有-0.6℃左右?？偟膩碚f，在ENSO事件強迫下，2 m高度上的SAT場在E區、C區部分范圍非對稱結果并不顯著，這或許與大氣中的其他物理過程有關。

5 總結與討論

利用1950年1月—2020年12月HadISST資料以及SODAv2.2.4逐月SST、緯向流速、經向流速和垂向流速同化資料和NCEP/NCAR 2 m逐月SAT資料，結合非對稱合成差分析方法、海洋混合層熱量收支診斷方法等，對ENSO事件強迫下赤道中東太平洋E區、C區SST異常場顯著非對稱性的特征進行了分析，探究了造成E區和C區SST異常場顯著正、負非對稱性的可能海洋內部動力過程，對比了E區和C區主導海洋動力項在El Ni?o事件、La Ni?a事件以及非對稱分布結果下的異同，同時也分析了ENSO事件強迫下2 m高度上SAT的異?？臻g分布和非對稱分布。通過研究可得到以下結論：

（1）E區El Ni?o事件異常SST的合成結果顯著強于La Ni?a事件，該區域異常SST非對稱分量表現為顯著正分量。NDH項是造成E區異常SST非對稱分量顯著為正的主導海洋內部動力過程，而EK項不利于E區異常SST正非對稱分量的形成。

（2）C區La Ni?a事件異常SST的合成結果顯著強于El Ni?o事件，該區域異常SST非對稱分量表現為顯著負分量。與E區相同的是NDH項對該區域異常SST負非對稱分量的形成有較大貢獻，不同點在于盡管該區域EK項數值較小，但有利于C區異常SST負非對稱分量的形成。此外，MC、ZA項和TH項則不利于C區異常SST顯著負非對稱分量。

（3）E區總體上比C區異常熱量收支結果的絕對值更大，說明E區的海洋內部動力過程更劇烈。無論是在E區還是C區，NDH項都有利于該區域SST非對稱分量的形成。

（4）2 m 高度上SAT異常場及其非對稱空間分布與SST異常場較為一致，能表現出類似SST異常場中E區、C區的正、負非對稱分量，不同的是其正、負非對稱分量的顯著范圍明顯減小，這說明除ENSO外，大氣中的其他物理過程也可能影響該區域SAT異常非對稱分量的形成。

本文針對ENSO事件下造成赤道中東太平洋SST異常場非對稱性分布的海洋內部動力過程及2 m高度上SAT異常場的響應進行了研究，對ENSO事件的非對稱性研究起到了一定的補充作用，但在探究造成SST異常場顯著非對稱性特征的海洋動力過程中只考慮了熱量收支中與海洋內部動力有關的5項作用，并沒有對熱力學耗散項TD和殘余項R進行說明，這是本文的不足之處。同時在考慮ENSO事件非對稱強迫下的大氣響應時，僅對2 m高度上SAT異常場進行了分析，并沒有對其他大氣要素進行討論，這是今后需要補充的內容。ENSO事件冷暖位相的強弱與其SST的持續時間長短也有關系，這點在未來研究El Ni?o事件與La Ni?a事件的非對稱性時也應該考慮。由于ENSO事件的非對稱強迫及其大氣響應是比較復雜的物理過程，在ENSO事件強迫大氣的過程中，是否還有其他信號的參與從而導致不同的非對稱特征出現，這也是未來需要進一步研究的內容。

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