基于遥感数据的厄尔尼诺指数及应用研究

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赤道太平洋存在两种不同类型的厄尔尼诺事件,分别为以赤道东太平洋海温异常升高为主要特征的东太平洋型(EP,eastern tropical Pacific)厄尔尼诺事件和以赤道中太平洋海温异常升高为主要特征的中太平洋型(CP,central tropical Pacific)厄尔尼诺事件。本论文围绕两种类型厄尔尼诺事件,应用遥感数据深入分析了两类厄尔尼诺事件子类别划分、周期变化以及与副热带太平洋海气要素的海气耦合关系等主要问题,从海洋动力参数、大气动力参数的角度出发,分别探讨了两类厄尔尼诺事件与副热带北太平洋海温变化关键区及海平面气压的关联关系,试图揭示在全球变化及太平洋年代际振荡转换背景下,EP型和CP型厄尔尼诺事件的发展特征、周期振荡及对中国东南地区降水可能产生的影响。本文主要研究内容及结论概括如下:  1)对国际上主流的海表面温度遥感数据、实测数据及再分析产品进行了详细的精度评价及对比。利用泰勒图及统计分析方法,对全球长时间序列海表面温度遥感数据(AVHRR,Advanced Very High Resolution Radiometer)、实测数据(ICOADS,International ComprehensiveOcean-Atmosphere Data Set)及再分析产品(包括HadISST,Hadley Centre Sea Ice and Sea SurfaceTemperature Data Set; OISST,Optimum Interpolation Sea Surface Temperature; ERSST,ExtendedReconstructed Sea Surface Temperature Data Set; Kaplan)的载荷参数及精度进行了全面的对比及评价。除了总结各种海表温度产品在不同区域及整体的精度与表现外,本论文还具体分析了不同海表面温度数据的反演算法在太平洋中高纬度地区产生误差的原因。这部分内容为后续研究工作的开展提供了数据基础。  2)从厄尔尼诺事件发展规律的角度出发,利用海表温度遥感数据,提出了一种面向过程的厄尔尼诺分类指数,用来分别描述两类厄尔尼诺事件的子类别。首先,新定义的面向过程的厄尔尼诺分类指数,能够清楚的区分不同类型厄尔尼诺事件的发生-发展-衰落过程以及不同阶段中海表面温度异常升高的振幅强度及持续时间。其次,新指数可以描述厄尔尼诺事件不同发展时期海温异常变化关键区的位置。再次,通过与现有的多种厄尔尼诺指数对比,新指数具有较为严格的定义,能够监测到程度弱、持续时间短的厄尔尼诺事件。总结厄尔尼诺事件发生-发展-消亡不同阶段下表现出的不同时空分布特征,更细致地区分了不同类型厄尔尼诺事件,对深入理解不同类型厄尔尼诺背后的物理机制及预测预报极端气候事件方面均具有重要意义。  3)针对副热带海表面温度及海平面气压变化对赤道海温及两类厄尔尼诺的响应问题,构建了热带及副热带海表面温度变化关键区与两类厄尔尼诺贡献程度的定量回归方程,发展了副热带海平面气压与两类厄尔尼诺的耦合模态。首先利用统计分析方法,划分出热带及北太平洋的不同海温变化关键区域,分别是赤道Ni(n)o四区、加利福尼亚西南部、阿留申低压区以及白令海区域;进而利用回归分析方法定量获得两类厄尔尼诺事件中不同关键海区的海温变化相对贡献程度,发现不同关键海区对两类厄尔尼诺事件的贡献存在显著差异,尤其是副热带北太平洋海区差异明显。此外引入新型的非线性典型相关分析方法,分析了热带中东太平洋海温(Ni(n)o3和Ni(n)o4区)与副热带海平面气压的非线性耦合关联模态,揭示了对副热带北太平洋海平面气压与两类厄尔尼诺事件间非线性不对称耦合关联关系。结果表明赤道中东太平洋海表面温度与副热带海平面气压的非线性耦合模态分别表现出EP El Ni(n)o-AleutianLow和CP El Ni(n)o-North Pacific Oscillation非对称耦合模态。  4)针对太平洋年代际振荡位相转换背景下,两类厄尔尼诺事件对中国东南地区降水表现出的显著不同调制作用问题,本文利用多变量统计分析及趋势分析方法,对比讨论了太平洋年代际振荡背景下两类厄尔尼诺事件与中国东南地区降水的响应特征差异。结果表明,中国东南地区对两类厄尔尼诺事件的响应更为显著,其中EP型厄尔尼诺事件时,中国东部降水多于CP型厄尔尼诺事件。太平洋年代际振荡暖位相背景下,中国降水集中在江淮地区;太平洋年代际振荡冷位相背景下,中国降水带向东南方向转移。受到太平洋年代际背景的调控作用,中国东南地区降水频次及振幅强度均有所提升。
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