西太平洋暖池研究綜述*

胡石建 胡敦欣

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋環(huán)流與波動重點實驗室, 青島 266071; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋動力過程與氣候功能實驗室, 青島 266071)

西太平洋暖池研究綜述*

胡石建1,2①胡敦欣1,2

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋環(huán)流與波動重點實驗室, 青島 266071; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋動力過程與氣候功能實驗室, 青島 266071)

西太平洋暖池(Western Pacific warm pool)是全球海溫最高的海域, 匯聚了巨大的熱能, 在地球氣候系統(tǒng)中具有非常重要的作用。本文綜述了近30年來有關(guān)西太平洋暖池的研究進展, 包括西太平洋暖池的維持機制、不同時間尺度下西太平洋暖池的變異特征和物理機制, 以及西太平洋暖池的觀測和數(shù)值模擬等領(lǐng)域的研究進展。西太平洋暖池的維持是現(xiàn)有地形下大氣過程和海洋過程相互作用導(dǎo)致的, 在季節(jié)內(nèi)到世紀尺度均存在很強的變化。其中, 季節(jié)內(nèi)變化的驅(qū)動機制主要包括與大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-Julian oscillation)相關(guān)的對流和海表面熱通量變化, 以及海洋波動等海洋動力過程; 季節(jié)變化主要是由太陽輻射的季節(jié)變化所導(dǎo)致的; 在年際尺度上, 西太平洋暖池作為厄爾尼諾-南方濤動(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)的一部分, 其振蕩具有顯著的年際變化; 太平洋代際振蕩(Pacific decadal oscillation, PDO)和大西洋代際振蕩(Atlantic multi-decadal oscillation, AMO)驅(qū)動著西太平洋暖池的年代際變化; 世紀尺度的變化顯示全球變暖背景下西太平洋暖池存在擴張趨勢。人類對西太平洋暖池的系統(tǒng)觀測始于海洋觀測衛(wèi)星的使用, 隨后歷經(jīng) TOGA、TAO/TRITON、TOGA-COARE、WOCE、Argo、SPICE、NPOCE等多個觀測計劃, 極大地促進了西太平洋暖池的研究。但截止到第五次耦合模式比對計劃(Coupled Model Intercomparison Project 5), 多數(shù)氣候模式仍未能克服熱帶模擬偏差, 對西太平洋暖池的模擬效果較差, 表明在西太平洋暖池動力學(xué)的理解和模擬方面仍有較大的進步空間。

西太平洋; 暖池; 季節(jié)內(nèi)變化; 年際變化; 年代際變化; 熱帶海洋氣候; ENSO

在地球氣候系統(tǒng)中, 熱帶海洋由于具有 極高的海溫而發(fā)生強烈的海氣相互作用, 并導(dǎo)致局地乃至全球氣候系統(tǒng)在高頻天氣到低頻氣候尺度的變異, 深刻影響著地球人類生活的方方面面。西太平洋暖池(Western Pacific warm pool)是熱帶海洋中重要的組成部分, 與東印度洋暖池和南海暖池一起構(gòu)成全球海溫最高的海域, 匯聚了巨大的熱能, 是緯向沃克環(huán)流(Walker circulation)和經(jīng)向哈德里環(huán)流圈(Hadley cell)上升支所在, 在氣候系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。

暖池的定義主要考慮到大氣深對流的海表溫度閾值, 一般認為暖池是海洋中溫度高于 28～29°C的水體。西太平洋暖池則是熱帶大洋暖池在西太平洋的部分, 以區(qū)分東印度洋暖池、南海暖池和西半球暖池(其中南海暖池在冬季較弱而成為印太暖池的一個豁口),但不同的文獻可能因研究的具體問題的差異而對于西太平洋暖池的定義有所不同(以下提及暖池均特指西太平洋暖池)。部分學(xué)者使用28°C 等溫面作為暖池的邊界(Wyrtki, 1989; Picaut et al., 1996; 張啟龍和翁學(xué)傳, 1997; Yan et al., 1997; 翁學(xué)傳等, 1998; Fu and Kimura, 1998; 李萬彪和周春平, 1999; Fasullo and Webster, 1999; 周春平, 2001; 趙永平等, 2002; Eldin et al., 2004; 張啟龍等, 2004; Clement et al., 2005; Zhang et al., 2007; 齊慶華等, 2008; Wang and Mehta, 2008; Watanabe, 2008a, 2008b; Gan and Wu, 2012; Hu S J and Hu D X, 2012; Kim et al., 2012; Sun et al., 2013), 也有學(xué)者使用28.5°C等溫面(Fu et al., 1986; Webster and Lukas, 1992; Clarke et al., 2000; Wang and Enfield, 2001, 2003; 楊宇星等, 2007; 王宏娜, 2009; 陳錦年和王宏娜, 2009; Cravatte et al., 2009; 胡石建, 2013)、27.5°C等溫面(Graham and Barnett, 1987; 邱東曉等, 2007)或 29°C等溫面(McPhaden and Picaut, 1990; Picaut et al., 1997; Ridout and Reynolds, 1998)作為暖池的邊界。此外, 還有少數(shù)學(xué)者采用固定區(qū)域作為暖池的范圍, 如李崇銀和穆明權(quán)(1999)采用 10°S～10°N, 140°E～180°E,黃榮輝和陳光華(2007)采用 0°～16°N, 125°E～ 165°E, 而 Zhan等(2013)則定義 0°～16°N, 125°E～165°E為西太平洋暖池。在28°C等溫面定義下的西太平洋暖池, 其面積大約為2500萬km2, 體積為2.0×1015m3, 深度為80m左右(Wyrtki, 1989), 其熱心平均位置約為0.4°S, 169.0°E, 深度為38m(Hu S J and Hu D X, 2012)。西太平洋暖池是一個溫度相對較均勻的水體, 但觀測資料顯示, 在發(fā)生“西太平洋暖池分裂”等異常事件時, 暖池內(nèi)部會出現(xiàn)異常強冷事件, 西太平洋暖池的結(jié)構(gòu)會發(fā)生分裂(胡石建, 2013)。

西太平洋暖池的維持是現(xiàn)有地形下大氣過程和海洋過程相互作用導(dǎo)致的(Clement et al., 2005)。大尺度大氣深對流(Wallace, 1992)、卷云(Ramanathan and Collins, 1991)和大尺度大氣環(huán)流(Fu et al., 1992)都對西太平洋暖池空間結(jié)構(gòu)的維持具有重要作用, 但 Pierrehumbert (1995)基于云反射和云的溫室效應(yīng)相抵消的假設(shè), 認為深對流云對于熱帶太平洋氣候態(tài)海表溫度(sea surface temperature, SST)的建立無凈效用, 并肯定了海洋熱輸送的作用。事實上, 海洋環(huán)流在西太平洋暖池維持中的作用早就被一些海洋學(xué)家所認識到。Wyrtki(1989)認為, 暖池的變化是南、北半球副熱帶環(huán)流相互作用的結(jié)果。通過研究北赤道流、南赤道流、北赤道逆流、印度尼西亞貫穿流和黑潮的流量及其在暖池的停留時間, Wyrtki(1989)認為,流經(jīng)暖池區(qū)的洋流對暖池本身的維持具有重要作用。袁東亮(1991)通過開展約化重力模式敏感性數(shù)值實驗, 發(fā)現(xiàn)西太平洋暖池對西邊界流棉蘭老流反應(yīng)敏感, 在棉蘭老流和西邊界的聯(lián)合作用下, 模式中的赤道暖池庫出現(xiàn)向南漂移的現(xiàn)象。Clement等(1996)利用Zebiak-Cane耦合模式發(fā)現(xiàn)海表熱通量的變化與海洋異常上升流導(dǎo)致的垂向熱量輸送基本平衡, 提出海洋動力調(diào)溫器是調(diào)制熱帶 SST的機制。Fu和 Kimura(1998)運用一個簡單海氣耦合模式模擬了暖池的形成, 認為海洋Rossby波振幅的不穩(wěn)定增長是暖池形成的動力學(xué)機制。值得注意的是, 不論是大氣過程還是海洋過程, 均以當代地形特征為條件。

數(shù)值模擬和古氣候研究顯示, 地形可以影響海洋環(huán)流系統(tǒng), 從而對西太平洋暖池的維持產(chǎn)生重要作用(袁東亮, 1991; 翦知湣等, 2003; 周祖翼等, 2004)。Watanabe (2008a, 2008b)通過開展一系列敏感性數(shù)值實驗, 認為赤道風場使得海水在東印度洋-西太平洋區(qū)域輻合, 從而形成暖池, 但其基本表現(xiàn)出多個平衡態(tài), 平衡態(tài)之間的轉(zhuǎn)變主要取決于太平洋海盆寬度和印度洋海盆寬度之間的比率。

近年來, 國際上關(guān)于西太平洋暖池本身的研究聚焦于兩個方面, 一個是在不同時間尺度西太平洋暖池的變異特征和物理機制,另一個則是對西太平洋暖池的觀測和數(shù)值模擬研究。在此, 本文就以上內(nèi)容對過去近 30年(20世紀80年代以來)的研究成果進行總結(jié)綜述。

1 西太平洋暖池多時間尺度變異

西太平洋暖池在多個時間尺度上均具有顯著變化特征, 不同頻率的變化具有相對不同的物理機制?，F(xiàn)有的研究主要針對從季節(jié)內(nèi)到世紀尺度變異而展開。

1.1 季節(jié)內(nèi)變化

西太平洋暖池的溫度、面積、邊界、海表熱通量, 以及暖池區(qū)的海洋環(huán)流等物理量的季節(jié)內(nèi)變化非常顯著(如 Kessler et al., 1995; Hendon and Glick, 1997; Zhang, 1997; Shinoda and Hendon, 1998; Sengupta et al., 2001; Sato et al., 2010; 胡石建, 2013; Hu et al., 2013, 2015; Zhang et al., 2014)。Hu和Wei(2013)利用 2003～2008年的地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實時觀測陣(Array for real-time geostrophic oceanography, Argo)數(shù)據(jù)研究了全球海洋水深2000m內(nèi)溫度的季節(jié)內(nèi)變化。結(jié)果表明, 近表面的季節(jié)內(nèi)變化主要位于60°E以西, 10°S～10°N及南極繞極流區(qū)域, 部分海域 2000m 處仍可見, 其最大信號出現(xiàn)在赤道三大洋的溫躍層, 最大標準差超過了1.2°C。胡石建(2013)發(fā)現(xiàn), 暖池面積的季節(jié)內(nèi)變化振幅達1.7×1012m2, 與年際變化振幅(1.8×1012m2)接近, 其不規(guī)則周期為 60d左右。

暖池區(qū)季節(jié)內(nèi)變化的驅(qū)動機制主要包括與大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-Julian oscillation, MJO)相關(guān)的對流和海表面熱通量變化, 以及海洋波動等海洋動力過程。有關(guān)西太平洋暖池區(qū) SST 季節(jié)內(nèi)振蕩的研究很多(Lin and Johnson, 1996; Cronin and McPhaden, 1997; Hendon and Glick, 1997; Lau and Sui, 1997; Zhang, 1997; Shinoda and Hendon, 1998; Shinoda et al., 1998, 1999; Moore and Kleeman, 1999; Lin et al., 2000, 2006; Sengupta et al., 2001; Kutsuwada and McPhaden, 2002; Bernie et al., 2005; Agudelo et al., 2006; Sato et al., 2010)。Hendon和Glick(1997)認為, 潛熱通量和海表面太陽輻射是驅(qū)動暖池 SST季節(jié)內(nèi)變化的主要因素。Shinoda和Hendon(1998)進一步指出, 西太平洋短波輻射和潛熱通量對SST的季節(jié)內(nèi)變化同等重要, 其中短波輻射的日變化可以明顯地影響 SST的季節(jié)內(nèi)變化振幅。Kessler等(1995)則強調(diào)了海洋波動的作用, 認為大氣MJO激起海洋的Kelvin波可以引起中東太平洋緯向海流異常, 從而引起SST異常; 而 Zhang(1997)則指出, 赤道西太平洋溫度的季節(jié)內(nèi)振蕩和海表面風速及風做功密切相關(guān)。Sato等(2010)利用衛(wèi)星和現(xiàn)場觀測資料發(fā)現(xiàn), 當對流季節(jié)內(nèi)變化最大信號經(jīng)過時, SST下降, SST變化最大可達1.5～2.0°C,其中在暖池南部, SST在對流最大值到來之前突然降低, 同時指出暖池南部向上的 Ekman抽吸可能對 SST的這種下降有貢獻, 而暖池北部Ekman抽吸相對較弱。胡石建(2013)通過西太平洋暖池區(qū)熱收支分析認為, MJO一方面通過影響暖池區(qū)對流活動和海表熱通量的季節(jié)內(nèi)變化來影響暖池 SST的季節(jié)內(nèi)變化,另一方面通過產(chǎn)生 Kelvin波和驅(qū)動中東太平洋緯向流季節(jié)內(nèi)變化來影響暖池東邊界 SST的季節(jié)內(nèi)變化, 尤其發(fā)現(xiàn)在赤道太平洋海域,緯向平流的季節(jié)內(nèi)變化對 SST季節(jié)內(nèi)變化的貢獻較大, 而經(jīng)向平流的季節(jié)內(nèi)變化則在西邊界區(qū)域較為顯著。

西太平洋暖池區(qū)具有顯著的中尺度海洋過程, 在副熱帶逆流(subtropical counter current, STCC)區(qū)表層中尺度渦旋很強烈, 在西邊界區(qū)域則有很強的次溫躍層渦旋, 這些中尺度渦旋活動對黑潮、棉蘭老流等西邊界流的季節(jié)變化有重要影響(Hu et al., 2013; Zhang et al., 2014)。但海洋的中尺度過程對西太平洋暖池季節(jié)內(nèi)變化是否產(chǎn)生及如何產(chǎn)生影響則有待于進一步深入研究。

1.2 季節(jié)變化

在季節(jié)尺度上, 以往研究認為, 西太平洋暖池的變化較弱(周春平和李萬彪, 1998;楊宇星, 2006; 楊宇星等, 2007), 但北半球夏季西太平洋暖池較大, 而冬季較小。Wyrtki (1989)指出, 西太平洋暖池在北半球夏季大15%, 而在北半球冬季小15%。張啟龍和翁學(xué)傳(1997)發(fā)現(xiàn), 暖池具有顯著的季節(jié)變化, 其中北半球夏季(8月)是暖池的強盛期, 而春(5月)秋(11月)季節(jié)是冬夏暖池之間的過渡期而較弱, 但是暖池中心的溫度沒有明顯的季節(jié)變化。周春平和李萬彪(1998)指出, 西太平洋暖池面積的季節(jié)變化和太陽輻射的季節(jié)變化有關(guān), 暖池中心的季節(jié)變化較小。張啟龍等(2003)分析發(fā)現(xiàn), 暖池熱含量場的經(jīng)驗正交函數(shù)(empirical orthogonal function, EOF)第一模態(tài)為 12個月的季節(jié)變化模態(tài), 熱含量變化最大的區(qū)域為暖池南北側(cè), 南北暖池熱含量存在的反位相季節(jié)變化是太陽輻射的變化引起的。楊宇星等(2007)認為, 西太平洋暖池面積的季節(jié)變化相對較弱。Hu S J和Hu D X (2012)定義了西太平洋暖池熱心(Western Pacific warm pool heat center, WPHC), 并利用62年的客觀分析資料計算了 WPHC的時間序列,發(fā)現(xiàn) WPHC具有很明顯的季節(jié)變化, WPHC經(jīng)度、緯度、深度的季節(jié)變化振幅分別為8°、11°和2m。WPHC在3月達到最南, 并在9月達到最北, 他們指出, 這是由太陽直射位置的南北移動決定的。此外, Hu S J和Hu D X (2012)還發(fā)現(xiàn), WPHC的深度具有很明顯的半年變化。

1.3 年際變化

西太平洋暖池是 ENSO循環(huán)中非常重要的一環(huán), 隨著冷暖位相的交替, 暖水在西太平洋輻聚/輻散, 因此具有周期與ENSO接近的、振幅很強的年際變化, 西太平洋暖池區(qū)海洋環(huán)流多數(shù)也與ENSO循環(huán)有關(guān)系(Hu S J and Hu D X, 2014; Chen et al., 2015; Hu et al., 2015, 2016; Hu and Sprintall, 2016)。Yan等(1992)發(fā)現(xiàn), 1983～1987年西太平洋暖池的SST增溫、面積增加, 而在 1987年之后均下降, 他們認為主要機制包括 ENSO事件等。張啟龍和翁學(xué)傳(1997)用最大熵譜分析認為, 西太平洋暖池表層面積的年際變化主要周期為 3.8年和4.9年, 且與El Ni?o事件密切相關(guān), 暖池面積在El Ni?o期間面積最大, 而在“反厄爾尼諾”期間最小。周春平和李萬彪(1998)利用COADS資料也認為, 西太平洋暖池的面積在El Ni?o年最高。方立新等(2004)的結(jié)果表明,暖池的年際變化周期為3.3年。楊宇星(2006)則認為, 暖池年際變化主要存在3～6年和1.5年的振蕩。但是, 胡石建(2013)發(fā)現(xiàn), 西太平洋暖池熱心位置的年際變化和 ENSO循環(huán)密切相關(guān), 但西太平洋暖池的熱含量則在很多時段與 ENSO位相并不符合, 年際時間尺度上經(jīng)向風場在赤道太平洋輻合/輻散, 引起海水和熱量在赤道太平洋輻合/輻散, 這才是西太平洋暖池熱含量年際變化的原因。

1.4 年代際變化與長期趨勢

西太平洋暖池具有顯著的年代際變化和長期(世紀尺度)變化趨勢。楊宇星(2006)認為,在 1950～1999年西太平洋暖池面積存在年代際跳躍, 且有體積增大、強度增強的趨勢。邱東曉等(2007)指出, 27.5°C等溫面定義的西太平洋暖池體積具有顯著的準 10年周期振蕩,在 1976～1986年前后還存在年代際突變等特征, 1976年以前偏冷, 而 1986年則轉(zhuǎn)為“熱”暖池。胡石建(2013)利用全局經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huang transform, HHT)發(fā)現(xiàn), 暖池熱心經(jīng)度的 IMF-6為年代際主模態(tài), 且周期為30年和40年, 而對140年暖池表面積的全局經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解進行分析發(fā)現(xiàn),暖池面積的年代際主模態(tài)為 IMF-7, 周期為20～30年。Cravatte等(2009)使用 Extended Reconstructed SST(Smith and Reynolds, 2004)和Hadley Ice SST(Rayner et al., 2003)資料研究了西太平洋暖池的長期變化, 發(fā)現(xiàn)在1955～ 2003年暖池區(qū)(137°E和165°E)障礙層厚度存在增加趨勢, 暖池平均溫度上升了0.29°C, 面積明顯擴張(擴張速度為14×1010m2/a), 體積增長。但由于暖池的低頻變化較大, 對線性趨勢的估計有較大影響, 因此胡石建(2013)提出“滑動趨勢法”, 該方法可以有效消除時間序列中較短時間尺度自然波動(如年代際)對趨勢估計的影響。利用“滑動趨勢法”, 胡石建(2013)估計了1955～2003年暖池的擴張趨勢為11×1010m2/a, 修正了Cravatte等(2009)結(jié)果中因年代際振蕩引入的約 30%的相對誤差。西太平洋暖池面積在1874～2005年的132年間以3.2×1010m2/a的速度擴張, 其熱心以每年0.007°的速度向東移動。

西太平洋暖池的年代際變化被認為和太平洋代際振蕩(Pacific decadal oscillation, PDO)和大西洋代際振蕩(Atlantic multi-decadal oscillation, AMO)有聯(lián)系。Gan 和 Wu(2012)使用HadISST資料指出PDO和AMO是西太平洋暖池面積年代際變化的主要驅(qū)動力, PDO正位相增大西太平洋暖池年代際變化的時間尺度, 而AMO正位相則降低西太平洋暖池年代際變化的時間尺度?；谝粋€多元回歸模型, Gan和Wu(2012)利用PDO和AMO時間序列預(yù)測了西太平洋暖池的年代際變化特征。胡石建(2013)分析了西太平洋暖池年代際變化與PDO/AMO之間的統(tǒng)計關(guān)系, 指出西太平洋暖池的年代際變化有可能是 PDO主模態(tài)和AMO主模態(tài)的聯(lián)合作用, 其中AMO超前暖池20年, 最強相關(guān)系數(shù)為-0.61, 而PDO指數(shù)超前暖池的年代際主模態(tài)約4年, 最大相關(guān)系數(shù)達0.52。

暖池的長期趨勢與人類活動和自然變率均有關(guān)系。Xie等(2014)認為, 印太暖池自20世紀80年代以來的擴張代表對流層從印太暖池區(qū)獲得的總熱量增加。Weller等(2016)診斷了人類和自然波動分別對20世紀50年代以來觀測的印太暖池擴張的貢獻, 發(fā)現(xiàn)溫室氣體強迫是印太暖池面積和強度增加的主要原因,而與PDO相關(guān)的自然變率的作用雖然顯著但是相對較小。

2 西太平洋暖池的觀測和數(shù)值模擬

2.1 熱帶太平洋和西太平洋暖池的觀測歷史

眾所周知, 觀測、理論和數(shù)值模擬是海洋科學(xué) 3個基本的研究手段, 其中觀測是理論研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。任何理論分析或者數(shù)值模擬的結(jié)果在未被觀測所證實前, 都是應(yīng)當被懷疑的(Wunsch, 2002)。雖然海洋觀測被越來越多的人所重視, 但部分人, 甚至是一些非常有影響力的科學(xué)家仍然認為“海洋是如此簡單, 只需要少量的XBT簡單測量一下即可, 剩下的事情只要在家里運行數(shù)值模式就行了”( Wunsch, 2002), 這值得我們反思。事實上, 海洋科學(xué)是一門基于觀測的科學(xué), 現(xiàn)有描述旋轉(zhuǎn)球坐標系下集對流、風強迫和湍流的理論從未充分認識到真實的海洋(Stewart, 2006)。在對西太平洋暖池的認識過程中, 最為重要的是對真實暖池的實際觀測。

研究暖池的歷史并不長, 在20世紀80年代以前, 人們對暖池的了解還很少。1982～ 1983年El Ni?o事件預(yù)報的失敗促使美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)開始發(fā)展自動溫度線采集錨系(autonomous temperature line acquisition system, ATLAS mooring), 對熱帶太平洋進行監(jiān)測。1985年, 世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)、國際科學(xué)理事會(International Council for Science, ICSU)及世界氣 候 研 究 計 劃 (World Climate Research Programme, WCRP)開始實施熱帶海洋與全球大氣計劃(Tropical Ocean Global Atmosphere Program, TOGA), 調(diào)查熱帶海洋的季節(jié)到年際變化及其對全球氣候的影響, 尤其是理解與 ENSO相關(guān)的海氣耦合系統(tǒng)的年際變化(McPhaden et al., 1998)。TOGA特別關(guān)注的問題包括西太平洋暖池的熱收支、海洋模式對暖池溫度模擬偏高等有關(guān)西太平洋暖池的科學(xué)問題。在TOGA計劃實施的過程中, 1992年11月至1993年2月間開展了熱帶海洋全球大氣和海氣耦合響應(yīng)試驗(Tropical ocean global atmosphere coupled ocean atmosphere response experiment, TOGA-COARE)(Webster and Lukas, 1992), 對西太平洋暖池區(qū)的大氣海洋過程進行了針對性的現(xiàn)場調(diào)查, 獲得了有關(guān)西太平洋暖池維持和變異等相關(guān)的一系列重要數(shù)據(jù),包括中國科學(xué)院海洋研究所“科學(xué)一號”和中國科學(xué)院南海海洋研究所“實驗三號”在內(nèi)的多艘中國科考船和研究機構(gòu)參加了 TOGA-COARE試驗(Lau and Sui, 1997; Sui et al., 1997; Wang et al., 2002)。

1985～1994年的 10年間, 集海洋表層氣象觀測和次表層海洋觀測于一身, 并通過衛(wèi)星傳輸實時數(shù)據(jù)的ATLAS系統(tǒng)逐漸布放于廣闊的熱帶太平洋海域, 形成了名為“熱帶大氣海洋”(tropical atmosphere ocean, TAO, http: // www.pmel.noaa.gov/tao/)的觀測陣列。1994年TOGA結(jié)束后, 在國際氣候變化與預(yù)測計劃(International Climate Variability and Predictability Progect)、全球海洋觀測系統(tǒng)(global ocean observing system, GOOS)和全球氣候觀測系統(tǒng)(global climate observing system, GCOS)的資助下, TAO陣列繼續(xù)工作。2000年1月1日, TAO陣列合并由日本海洋-地球科學(xué)與技術(shù)研究中心(Japan Agency for Marine- Earth Science and Technology, JAMSTEC)維護的TRITON陣列, 并正式改名為TAO/TRITON (triangle trans ocean buoy network)陣列。

1987年, WCRP、IOC、海洋科學(xué)委員會和國際科學(xué)聯(lián)盟組織發(fā)起世界大洋環(huán)流實驗(World Ocean Circulation Experiment, WOCE)。該計劃于 1990年開始實施, 為期 10余年(1990～2002年)。WOCE主要利用常規(guī)和強化海洋觀測及數(shù)值模擬等手段, 研究全球海洋環(huán)流及其對氣候系統(tǒng)的影響, 并于 1990～ 1998年建立起一個包括現(xiàn)場船測、浮標陣列和衛(wèi)星遙感在內(nèi)的全球觀測系統(tǒng)。這其中包括針對西太平洋暖池的浮標陣列等多項觀測計劃, 獲取了大量寶貴的觀測資料。

1998年, 美國等國家的海洋、大氣科學(xué)家推出了“Argo計劃”對全球上層2000m海洋的溫度和鹽度進行剖面觀測并通過衛(wèi)星實時傳輸數(shù)據(jù)。 截止到2010年, Argo計劃得到全球34個國家和組織的參與, 共投放了 7000多個浮標, 至今每天仍有3000多個Argo浮標在全球各大洋運行, 我國也積極參與了 Argo計劃(http: // www.argo.gov.cn/legend/china. htm#01)。Argo計劃的實施標志著海洋現(xiàn)場觀測進入新紀元(Gould et al., 2004)。

進入 21世紀后, 西太平洋海洋觀測研究又掀起了新的研究熱潮, 西北太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(Northwestern Pacific Ocean Circulation and Climate Experiment, NPOCE) (Hu et al., 2011)、西南太平洋環(huán)流與氣候試驗(Southwest Pacific Ocean Circulation and Climate Experiment, SPICE)(Ganachaud et al.,2007)和 GAIA(Lee, 2011)等國際研究計劃先后啟動實施。其中, SPICE關(guān)注于赤道西南太平洋海域的海洋環(huán)流與海氣相互作用, GAIA由韓國海洋研究與發(fā)展研究所(Korea Ocean Research and Development Institute, KORDI)設(shè)計實施, 目標是研究赤道溫躍層混合, 計劃于 2009～2019年在西邊界流和赤道區(qū)域(沿TAO/TRITON測線)開展包括錨定浮標在內(nèi)的觀測研究; 而 NPOCE則是由胡敦欣等中國科學(xué)家發(fā)起并于2010年正式啟動的, 是CLIVAR批準支持的國際合作項目, 致力于觀測、模擬和理解西北太平洋海洋環(huán)流及其在西太平洋暖池等區(qū)域和全球氣候中的作用(Wang and Hu, 2010; Hu et al., 2011)。

除了現(xiàn)場觀測, 西太平洋暖池觀測的另一個重要途徑是人造地球衛(wèi)星的大面觀測。1978年6月22日, 美國發(fā)射了世界上第一顆海洋衛(wèi)星Seasat-A, 我國于2002年5月15日發(fā)射了第一顆海洋衛(wèi)星“海洋一號”(HY-1A),隨后相繼又發(fā)射了 HY-1B衛(wèi)星(2007年 4月11日)、HY-2衛(wèi)星(2011年8月16日)。值得一提的是, 2011年6月10日, 美國國家航空航天局(NASA)發(fā)射了第一顆海表鹽度觀測衛(wèi)星——“寶瓶座(Aquarius)”衛(wèi)星。衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集極大地推進了西太平洋暖池的研究,如前文所回顧, 前人許多重要的研究都是基于衛(wèi)星的大面觀測結(jié)果。

2.2 西太平洋暖池的數(shù)值模擬

通過耦合模式對西太平洋暖池進行模擬和數(shù)值預(yù)報是西太平洋暖池研究的一項重要課題。世界氣象組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署于1988年建立的政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)每隔5～7年發(fā)布一次涉及全球氣候變化科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟問題的評估報告。到目前為止, IPCC 已對外發(fā)布了 5次評估報告(assessment report, AR)。第五次評估報告(AR5)旨在更新第四次評估報告(AR4)以來有關(guān)氣候變化的科學(xué)、技術(shù)和社會經(jīng)濟影響方面的認識。由于國際上的氣候模式較多, 其中一項重要的工作是對不同氣候模式的比對, 即氣候模式比對計劃(Coupled Model Intercomparison Project, CMIP)。孫燕( 2011)系統(tǒng)評估了IPCC AR4 模式對印太暖池的模擬情況, 發(fā)現(xiàn)這些模式多存在冷舌過度西伸、西太平洋暖池面積過小且局限于赤道附近的缺陷, 雙熱帶輻合帶(intertropical convergence zone, ITCZ)現(xiàn)象依然非常明顯。當前已發(fā)布的比對計劃是第五次比對計劃(CMIP5)(Taylor et al., 2012), 但對西太平洋暖池的模擬結(jié)果仍不樂觀。圖1(見文后彩圖)展示的是CMIP5模式下SST氣候態(tài)和衛(wèi)星觀測結(jié)果的對比, 可見大部分模式模擬的西太平洋暖池偏小, 冷舌偏西, 熱帶模擬偏差仍然非常明顯。

3 結(jié)語

本文綜述了近30年以來國際上關(guān)于西太平洋暖池研究的進展情況, 從多時間尺度西太平洋暖池的變異特征和物理機制、西太平洋暖池的觀測研究和數(shù)值模擬研究 3個方面進行了梳理。總結(jié)前人研究結(jié)果可以看出, 通過前人不懈的努力, 已在西太平洋暖池的維持和變異機制方面取得了顯著成績, 在暖池的現(xiàn)場和衛(wèi)星觀測方面, 以及數(shù)值模擬方面均具有突出進展。但仍需注意到, 目前對暖池的觀測仍然不足, 表現(xiàn)為以Argo和TAO為代表的觀測系統(tǒng)分辨率較粗, 難以觀測暖池細致的空間結(jié)構(gòu)。雖然暖池和障礙層對氣候很重要,

但現(xiàn)有觀測在垂向上的精度缺陷使其難以細致觀測暖池和障礙層的垂向結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬方面, 多數(shù)模式還存在熱帶模擬偏差, 這給預(yù)報西太平洋暖池和熱帶氣候系統(tǒng)造成了較大影響, 從而使得更進一步研究西太平洋暖池(尤其是東邊界)的動力學(xué)過程并改進氣候模式迫在眉睫。

圖1 CMIP5模式多年平均(1970～2000年)SST(顏色)和西太平洋暖池(黑色等值線)與觀測結(jié)果(藍色線, 即圖(n))對比Fig.1 A comparison between multi-year averaged CMIP5 SST (color) with Western Pacific Warm Pool (black) and observations (blue lines and graph (n))圖(n)為NOAA High Resolution Blended Analysis SST數(shù)據(jù)的觀測結(jié)果, 圖(a)～圖(m)所用數(shù)據(jù)為CMIP5模式數(shù)據(jù), 對應(yīng)的模式分別為CanCM4、GFDL-CM2p1、GFDL-CM3、GFDL-ESM2G、GFDL-ESM2M、GISS-E2-H、GISS-E2R、HadCM3、HadGEM2-AO、IPSL-CM5A-LR、MRI-CGCM3、NorESM1-M和bcc-csm1-1

陳錦年, 王宏娜. 2009. 西太平洋暖池熱狀況變化特征及其東傳過程. 海洋與湖沼, 40(6): 669-673

方立新, 陳戈, 方朝陽, 等. 2004. 基于 AVHRR/SST的西太平洋暖池近期變化研究. 中國海洋大學(xué)學(xué)報, 34(1): 103-108

胡石建. 2013. 西太平洋暖池變異及其機制研究. 北京: 中國科學(xué)院大學(xué)博士學(xué)位論文

黃榮輝, 陳光華. 2007. 西北太平洋熱帶氣旋移動路徑的年際變化及其機理研究. 氣象學(xué)報, 65(5): 683-694

翦知湣, 李保華, 王吉良. 2003. 從微體化石看西太平洋暖池的形成與演化. 第四紀研究, 23(2): 185-192

李崇銀, 穆明權(quán). 1999. 厄爾尼諾的發(fā)生與赤道西太平洋暖池次表層海溫異常. 大氣科學(xué), 23(5): 513-521

李萬彪, 周春平. 1999. 熱帶西太平洋暖池對中國降水和沿海自然災(zāi)害的影響. 北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 35(5): 672-679

齊慶華, 張啟龍, 侯一筠. 2008. 西太平洋暖池緯向變異及其對 ENSO 的影響. 海洋與湖沼, 39(1): 65-73

邱東曉, 黃菲, 楊宇星. 2007. 東印度洋-西太平洋暖池的年代際變化特征研究. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 37: 525-532

孫燕. 2011. IPCC模式對印太暖池模擬的研究. 青島:中國海洋大學(xué)博士學(xué)位論文

王宏娜. 2009. 熱帶太平洋次表層海溫變化及其與ENSO循環(huán)的研究. 青島: 中國科學(xué)院海洋研究所博士學(xué)位論文

翁學(xué)傳, 張啟龍, 顏廷壯. 1998. 熱帶西太平洋暖池及其與南方濤動和副熱帶高壓關(guān)系. 海洋科學(xué)集刊, (40): 35-41

楊宇星, 黃菲, 王東曉. 2007. 印度洋-太平洋暖池的變異研究. 海洋與湖沼, 38(4): 296-303

楊宇星. 2006. 印度洋暖池的變異及其對亞洲氣候的影響. 青島: 中國海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文

袁東亮. 1991. 太平洋西部邊界及邊界流對赤道暖水庫形成和演化的影響. 青島: 中國科學(xué)院海洋研究所博士學(xué)位論文

張啟龍, 翁學(xué)傳, 程明華. 2003. 西太平洋暖池海域熱含量場的變異及其影響. 海洋與湖沼, 34(4): 389-396

張啟龍, 翁學(xué)傳, 侯一筠, 等. 2004. 西太平洋暖池表層暖水的緯向運移. 海洋學(xué)報, 26(1): 33-39

張啟龍, 翁學(xué)傳. 1997. 熱帶西太平洋暖池的某些海洋學(xué)特征分析. 海洋科學(xué)集刊, (1): 31-38

趙永平, 吳愛明, 陳永利, 等. 2002. 西太平洋暖池的躍變及其氣候效應(yīng). 熱帶氣象學(xué)報, 18(4): 317-326

周春平, 李萬彪. 1998. 大洋暖池特征變化和成因的研究. 北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 34(1): 40-49

周春平. 2001. 大洋暖池及其影響. 北京: 氣象出版社

周祖翼, 金性春, 王嘹亮, 等. 2004. 印尼海道的兩度關(guān)閉與西太平洋暖池的形成和興衰. 海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì), 24(1): 7-14

Agudelo P A, Curry J A, Hoyos C D, et al. 2006. Transition between suppressed and active phases of intraseasonal oscillations in the Indo-Pacific warm pool. Journal of Climate, 19(21): 5519-5530

Bernie D J, Woolnough S J, Slingo J M, et al. 2005. Modeling diurnal and intraseasonal variability of the ocean mixed layer. Journal of Climate, 18(8): 1190-1202

Chen Z H, Wu L X, Qiu B, et al. 2015. Strengthening Kuroshio observed at its origin during November 2010 to October 2012. Journal of Geophysical Research: Oceans, 120: 2460-2470

Clarke A J, Wang J G, Van Gorder S. 2000. A simple warm-pool displacement ENSO model. Journal of Physical Oceanography, 30(7): 1679-1691

Clement A C, Seager R, Cane M A, et al. 1996. An ocean dynamical thermostat. Journal of Climate, 9(9): 2190-2196

Clement A C, Seager R, Murtugudde R. 2005. Why are there tropical warm pools? Journal of Climate, 18(24): 5294-5311

Cravatte S, Delcroix T, Zhang D X, et al. 2009. Observed freshening and warming of the western Pacific warm pool. Climate Dynamics, 33(4): 565-589 Cronin M F, McPhaden M J. 1997. The upper ocean heat balance in the western equatorial Pacific warm pool during September-December 1992. Journal of Geophysical Research, 102(C4): 8533-8553

Eldin G, Delcroix T, Rodier M. 2004. The frontal area at the eastern edge of the western equatorial Pacific warm pool in April 2001. Journal of Geophysical Research, 109(C7): C07006

Fasullo J, Webster P J. 1999. Warm pool SST variability in relation to the surface energy balance. Journal of Climate, 12(5): 1292-1305

Fu C B, Diaz H F, Fletcher J O. 1986. Characteristics of the response of sea surface temperature in the central Pacific associated with warm episodes of the Southern Oscillation. Monthly Weather Review, 114(9): 1716-1739

Fu G, Kimura R. 1998. On study of formation of the West Pacific Warm Pool and its effect upon the atmospheric disturbance in a simple coupled ocean-atmosphere model-Part I. The establishment of a simple coupled ocean-atmosphere model. Journal of Ocean University of Qingdao, 28(3): 353-362

Fu R, Del Genio A D, Rossow W B, et al. 1992. Cirrus-cloud thermostat for tropical sea surface temperatures tested using satellite data. Nature, 358(6385): 394

Gan B L, Wu L X. 2012. Possible origins of the western pacific warm pool decadal variability. Advances in Atmospheric Sciences, 29(1): 169-176

Ganachaud A, Kessler W, Brassington G, et al. 2007.SPICE: South Pacific circulation and climate experiment//American Geophysical Union Fall Meeting 2007 Abstracts, 0537. San Francisco, CA: AGU

Gould J, Roemmich D, Wijffels S, et al. 2004. Argo profiling floats bring new era of in situ ocean observations. Eos, Transactions American Geophysical Union, 85(19): 185-191

Graham N E, Barnett T P. 1987. Sea surface temperature, surface wind divergence, and convection over tropical oceans. Science, 238(4827): 657-659

Hendon H H, Glick J. 1997. Intraseasonal air-sea interaction in the tropical Indian and Pacific Oceans. Journal of Climate, 10(4): 647-661

Hu D X, Hu S J, Wu L X, et al. 2013. Direct measurements of the Luzon undercurrent. Journal of Physical Oceanography, 43(7): 1417-1425

Hu D X, Wang F, Wu L X, et al. 2011. Northwestern Pacific Ocean Circulation and Climate Experiment (NPOCE) Science/Implementation Plan. Beijing: China Ocean Press

Hu D X, Wu L X, Cai W J, et al. 2015. Pacific western boundary currents and their roles in climate. Nature, 522(7556): 299-308

Hu R J, Wei M. 2013. Intraseasonal oscillation in global ocean temperature inferred from Argo. Advances in Atmospheric Sciences, 30(1): 29-40

Hu S J, Hu D X, Guan C, et al. 2016. Interannual variability of the Mindanao Current/Undercurrent in direct observations and numerical simulations. Journal of Physical Oceanography, 46(2): 483-499 Hu S J, Hu D X. 2012. Heat center of the western Pacific warm pool. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 30(1): 169-176

Hu S J, Hu D X. 2014. Variability of the Pacific North Equatorial Current from repeated shipboard acoustic Doppler current profiler measurements. Journal of Oceanography, 70(6): 559-571

Hu S J, Sprintall J. 2016. Interannual variability of the Indonesian Throughflow: the salinity effect. Journal of Geophysical Research, 121(4): 2596-2615

Kessler W S, McPhaden M J, Weickmann K M. 1995. Forcing of intraseasonal Kelvin waves in the equatorial Pacific. Journal of Geophysical Research, 100(C6): 10613-10631

Kim S T, Yu J Y, Lu M M. 2012. The distinct behaviors of Pacific and Indian Ocean warm pool properties on seasonal and interannual time scales. Journal of Geophysical Research, 117(D5): D05128

Kutsuwada K, McPhaden M. 2002. Intraseasonal variations in the upper equatorial Pacific Ocean prior to and during the 1997-1998 El Ni?o. Journal of Physical Oceanography, 32(4): 1133-1149

Lau K M, Sui C H. 1997. Mechanisms of short-term sea surface temperature regulation: observations during TOGA COARE. Journal of Climate, 10(3): 465-472

Lee J H. 2011. Updates on POSEIDON and GAIA ocean-climate projects//Partnership for Observation of the Global Oceans. Seoul, South Korea: POGO

Lin J L, Kiladis G N, Mapes B E, et al. 2006. Tropical intraseasonal variability in 14 IPCC AR4 climate models. Part I: convective signals. Journal of Climate, 19(12): 2665-2690

Lin J W B, Neelin J D, Zeng N. 2000. Maintenance of tropical intraseasonal variability: impact of evaporation-wind feedback and midlatitude storms. Journal of Atmospheric Sciences, 57(17): 2793-2823

Lin X, Johnson R H. 1996. Kinematic and thermodynamic characteristics of the flow over the western Pacific warm pool during TOGA COARE. Journal of the Atmospheric Sciences, 53(5): 695-715

McPhaden M J, Busalacchi A J, Cheney R, et al. 1998. The Tropical Ocean-Global Atmosphere observing system: a decade of progress. Journal of Geophysical Research: Oceans, 103: 14169-14240

McPhaden M J, Picaut J. 1990. El Ni?o-Southern Oscillation displacements of the western equatorial Pacific warm pool. Science, 250(4986): 1385-1388 Moore A M, Kleeman R. 1999. Stochastic forcing of ENSO by the intraseasonal oscillation. Journal of Climate, 12(5): 1199-1220

Picaut J, Ioualalen M, Menkes C, et al. 1996. Mechanism of the zonal displacements of the Pacific warm pool: implications for ENSO. Science, 274(5292): 1486-1489

Picaut J, Masia F, Du Penhoat Y. 1997. An advectivereflective conceptual model for the oscillatory nature of the ENSO. Science, 277(5326): 663-666

Pierrehumbert R T. 1995. Thermostats, radiator fins, and the local runaway greenhouse. Journal of the Atmospheric Sciences, 52(10): 1784-1806

Ramanathan V, Collins W. 1991. Thermodynamic regulation of ocean warming by cirrus clouds deduced from observations of the 1987 El Ni?o. Nature, 351(6321): 27-32

Rayner N A, Parker D E, Horton E B, et al. 2003. Global analyses of sea surface temperature, sea ice, andnight marine air temperature since the late nineteenth century. Journal of Geophysical Research, 108(D14): 4407

Ridout J A, Reynolds C A. 1998. Western Pacific warm pool region sensitivity to convective triggering by boundary layer thermals in the NOGAPS atmospheric GCM. Journal of Climate, 11(7): 1553-1573

Sato N, Yoneyama K, Takayabu Y N, et al. 2010. Variability of the oceanic surface and subsurface layers in the warm pool associated with the atmospheric northward-propagating intraseasonal variability. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 57(13-14): 1201-1211

Sengupta D, Goswami B N, Senan R. 2001. Coherent Intraseasonal oscillations of ocean and atmosphere during the Asian summer monsoon. Geophysical Research Letters, 28(21): 4127-4130

Shinoda T, Hendon H H, Glick J. 1998. Intraseasonal variability of surface fluxes and sea surface temperature in the tropical Western Pacific and Indian Oceans. Journal of Climate, 11(7): 1685-1702

Shinoda T, Hendon H H, Glick J. 1999. Intraseasonal surface fluxes in the tropical Western Pacific and Indian Oceans from NCEP reanalyses. Monthly Weather Review, 127(5): 678-693

Shinoda T, Hendon H H. 1998. Mixed layer modeling of intraseasonal variability in the tropical Western Pacific and Indian Oceans. Journal of Climate, 11(10): 2668-2685

Smith T M, Reynolds R W. 2004. Improved extended reconstruction of SST (1854-1997). Journal of Climate, 17(12): 2466-2477

Stewart R H. 2006. Introduction to Physical Oceanography. Texas: A & M University

Sui C H, Lau K M, Takayabu Y N, et al. 1997. Diurnal variations in tropical oceanic cumulus convection during TOGA COARE. Journal of the Atmospheric Sciences, 54(5): 639-655

Sun Y, Sun D Z, Wu L X, et al. 2013. Western Pacific warm pool and ENSO asymmetry in CMIP3 models. Advances in Atmospheric Sciences, 30(3): 940-953

Taylor K E, Stouffer R J, Meehl G A. 2012. An overview of CMIP5 and the experiment design. Bulletin of the American Meteorological Society, 93(4): 485-498

Wallace J M. 1992. Effect of deep convection on the regulation of tropical sea surface temperature. Nature, 357(6375): 230-231

Wang C Z, Enfield D B. 2001. The tropical Western Hemisphere warm pool. Geophysical Research Letters, 28(8): 1635-1638

Wang C Z, Enfield D B. 2003. A further study of the tropical Western Hemisphere warm pool. Journal of Climate, 16(10): 1476-1493

Wang F, Hu D X. 2010. Introduction to international NPOCE program. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 28(4): 953

Wang H, Mehta V M. 2008. Decadal variability of the Indo-Pacific warm pool and its association with atmospheric and oceanic variability in the NCEP-NCAR and SODA reanalyses. Journal of Climate, 21(21): 5545-5565

Wang J H, Cole H L, Carlson D J, et al. 2002. Corrections of humidity measurement errors from the Vaisala RS80 radiosonde-application to TOGA COARE data. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 19(7): 981-1002

Watanabe M. 2008a. Two regimes of the equatorial warm pool. Part I: a simple tropical climate model. Journal of Climate, 21(14): 3533-3544

Watanabe M. 2008b. Two regimes of the equatorial warm pool. Part II: hybrid coupled GCM experiments. Journal of Climate, 21(14): 3545-3560

Webster P J, Lukas R. 1992. TOGA COARE: the coupled ocean-atmosphere response experiment. Bulletin of the American Meteorological Society, 73(9): 1377-1416

Weller E, Min S K, Cai W J, et al. 2016. Human-caused Indo-Pacific warm pool expansion. Science Advances, 2(7): e1501719

Wunsch C. 2002. Ocean observations and the climate forecast problem. International Geophysics, 83: 233-245

Wyrtki K. 1989. Some thoughts about the west Pacific warm pool//Proceedings of the Western Pacific International Meeting and Workshop on TOGA COARE. Nouméa: ORSTOM: 99-109

Xie F, Li J P, Tian W S, et al. 2014. Indo-Pacific warm pool area expansion, Modoki activity, and tropical cold-point tropopause temperature variations. Scientific Reports, 4: 4552

Yan X H, He Y, Liu W T, et al. 1997. Centroid motion of the western Pacific warm pool during three recent El Ni?o-Southern Oscillation events. Journal of Physical Oceanography, 27(5): 837-845

Yan X H, Ho C R, Zheng Q A, et al. 1992. Temperature and size variabilities of the Western Pacific WarmPool. Science, 258(5088): 1643-1645

Zhan R F, Wang Y Q, Wen M. 2013. The SST Gradient between the Southwestern Pacific and the Western Pacific Warm Pool: a new factor controlling the Northwestern Pacific tropical cyclone genesis frequency. Journal of Climate, 26(7): 2408-2415

Zhang C D. 1997. Intraseasonal variability of the upperocean thermal structure observed at 0° and 165°E. Journal of Climate, 10(12): 3077-3092

Zhang L L, Hu D X, Hu S J, et al. 2014. Mindanao current/undercurrent measured by a subsurface mooring. Journal of Geophysical Research, 119(6): 3617-3628

Zhang Q L, Zhang Q H, Hou Y J, et al. 2007. Zonal displacement of western Pacific warm pool and zonal wind anomaly over the Pacific Ocean. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 25(3): 277-285

Review on Western Pacific Warm Pool Study

HU Shi-Jian1,2*, Hu Dun-Xin1,2

(1. Key Laboratory of Ocean Circulation and Wave, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Laboratory for Ocean and Climate Dynamics, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China) *Corresponding author, Email: sjhu@qdio.ac.cn

The western Pacific warm pool (WPWP) is a region of highest oceanic temperature in the world, gathers huge heat, and plays a very important role in the climate system of the earth. This paper reviews progresses in the WPWP study during the past 30 years, including the mechanism underlying the formation of WPWP, multi-scale variability and corresponding physical causes, and progresses in observation and numerical simulation of the WPWP. The WPWP formation is thought to be a result of coupled atmospheric and oceanic processes in the context of modern topography. Strong variability of the WPWP can be detected on time scales from intra-seasonal to century time scales. Thereinto, the mechanism of the intra-seasonal variability includes variability in convection and sea surface heat flux associated with the Madden Julian Oscillation and ocean dynamics like oceanic waves. WPWP seasonality is mainly induced by the seasonal fluctuation in solar radiation. On an inter-annual time scale, the WPWP plays as a part of the El Ni?o-Southern Oscillation cycle and hence shows significant interannual variability. The Pacific Decadal Oscillation and Atlantic Multi-decadal Oscillation derive the inter-decadal variability of the WPWP, while on a century time scale, the WPWP shows an extending trend under the global warming. Systematical observation of the WPWP started from the application of ocean satellites, and then several observational projects including WCRP/TOGA, TAO/TRITON, TOGA-COARE, WOCE, Argo, SPICE and NPOCE were lunched successively, which have significantly promoted the WPWP study. But until the recent Coupled Model Intercomparison Project 5, most of the climate models failed to exclude the tropical SST bias, and simulation of the WPWP is not good enough yet, indicating a urgent need of better understanding the WPWP dynamics and simulating the observed WPWP.

Western Pacific Ocean; warm pool; intra-seasonal variability; interannual variability; inter-decadal variability; tropical climate; ENSO

P733

10.12036/hykxjk20160724001

* 資助項目: 中國科學(xué)院前沿科學(xué)研究重點計劃“拔尖青年科學(xué)家”項目(QYZDB-SSW-SYS023); 國家自然科學(xué)基金項目(41406016); 全球變化與海氣相互作用專項(GASI-03-01-01-05)。

① 通訊作者: 胡石建, 男, 副研究員, 主要從事海洋環(huán)流與氣候動力學(xué)研究, E-mail: sjhu@qdio.ac.cn

2016-07-25, 收修改稿日期: 2016-07-31