Meridional Wind Stress Anomalies over Tropical Pacific and the Onset of El Nino. Part Ⅰ: Data Analysis

对热带太平洋海表经向风应力异常与EI Nino事件之间的关系进行了诊断分析。结果表明，超前的经向风应力距平场与NINO3区(150°-90°W，5°S-5°N)的海面温度异常(SSTA)有显著的超前相关，这种相关性在超前6个月甚至更早一些就有显示。利用奇异值分解方法分析超前的经向风应力距平场与太平洋海表温度异常场之间的耦合模，结果表明对应于赤道中东太平洋的海面温度异常升高，大气风应力场在超前6个月甚至更早的时候，在赤道中东太平洋表现为辐合的经向异常风应力场，即赤道以北为北风异常应力，赤道以南为南风异常应力。这种耦合模的时间系数与NINO3 SSTA指数所表示的El Nino事件有很好的对应关系，表明这种耦合模反映的正是超前的经向风应力异常与El Nino事件所对应的海表温度异常之间的相关模态。通过与热带西太平洋纬向风应力异常的比较，赤道中东太平洋辐合的经向风应力异常与El Nino事件发生的同样具有重要的联系。     

El Nio事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用 Ⅱ.模式结果分析

为了分析 ＥＩ Ｎｉｏ事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用，建立一个类似于Ｚｅｂｉａｋ的简单热带海洋数值模式，在观测到的风应力异常的强迫下，模拟赤道太平洋地区 １９７１年１月至 １９９８年８月海表温度异常的变化。结果表明，模式对观测的Ｎｉｏ３区海表温度异常（ＳＳＴＡ）有很好的模拟能力。模拟和观测Ｎｉ区ＳＳＴＡ之间的相关系数可达 ０．９０。模式对 Ｅｌ Ｎｉｏ事件期间赤道太平洋海表温度异常随时间变化也有较好的模拟能力。为了分析Ｅｌ Ｎｉｏ期间ＳＳＴＡ的空间分布及其随时间变化的动力学机制，还对１９８６～１９８９年 ＥＮＳＯ循环期间赤道太平洋地区观测的 ＳＳＴＡ的传播特征及其形成机制进行了分析。模式较好地模拟出了观测到的赤道太平洋地区ＳＳＴＡ的传播特征，即从１９８６年底至１９８７年 ４月， ＳＳＴＡ具有向东传播的特征，从 １９８７年 ６月至 １９８８年 ２月具有向西传播的特征。动力学分析的结果表明，赤道中西太平洋地区的缔向风应力异常对 Ｅｌ Ｎｉｏ事件的发生和消亡具有重要作用。赤道中西太平洋地区的西风异常可强迫出东传的Ｋｅｌｖｉｎ波，这个东传的 Ｋｅｌｖｉｎ波对正 ＳＳＴＡ的东传起主要作用，当这个东传的 Ｋｅｌｖ     

风应力对SST气候场和年际变率作用的诊断及数值研究

相关方法分析Nino3区SSTA和风应力的关系，发现前期风应力距平场与Nino3区SSTA有很好的相关关系，这种相关性超前8个月时就有所显现。影响Nino3区SSTA的主要风应力区域的位置随风应力超前的时间缩短均向中太平洋扩展。数值试验方法研究不同区域的风应力对热带太平洋SST作用的结果表明，强相关区域的风应力对形成和维持热带太平洋SST的气候场的作用不明显，而对SST的年际变率有重要贡献；相反，强相关区域以外的风应力对形成和维持热带太平洋SST的气候场起重要作用，但是对SST的年际变率所起的作用很不理想。     

NUMERICAL STUDY ON THE ROLE OF VORTICAL AND DIVERGENT COMPONENTS OF WIND STRESS IN ENSO CYCLE

The 1960-1991 monthly mean FSU (Florida State University)wind stress data aredecomposed into a vortical and a divergent component with each of which to force the model oceanin the context of a two-layer tropical Pacific model.Evidence suggests that for the seasonalvariation the ocean forcing does not produce a realistic cold tongue using either of the componentsand the tongue will not be effectively improved in its intensity and pattern even if the componentsare doubled or halved:the utilization of climatic mean wind stress(no decomposition is done of thewind stress)that contains its seasonal variation will lead to a realistic SST distribution on which isimposed,separately,the interannual anomalies of each of the components so as to get the SSTApattern:under the action of the interannual anomaly of the vortical(divergent)component therearises qnite intense SSTA oscillation marked by noticeable ENSO periods(feeble SSTA withhigher oscillation frequency for obscure ENSO periods),thereby illustrating that the roles of thetwo components differ from each other in the genesis of SST variation on a seasonal and aninterannual basis such that a realistic cold tongue pattern follows under the joint effects on themodel ocean of the two components of wind stress while rational E1 Nino/La Nina phenomenaresult under the forcing of an anomalous wind stress vortical component.Moreover,the divergentcomponent is innegligible in generating a mean climatic condition of the ocean sector but of lessimportance compared to the vortical component in ENSO development.     

NUMERICAL STUDY ON THE ROLE OF VORTICAL AND DIVERGENT COMPONENTS OF WIND STRESS IN ENSO CYCLE*

The 1960-1991 monthly mean FSU (Florida State University)wind stress data are decomposed into a vortical and a divergent component with each of which to force the model ocean in the context of a two-layer tropical Pacific model.Evidence suggests that for the seasonal variation the ocean forcing does not produce a realistic cold tongue using either of the components and the tongue will not be effectively improved in its intensity and pattern even if the components are doubled or halved:the utilization of climatic mean wind stress(no decomposition is done of the wind stress)that contains its seasonal variation will lead to a realistic SST distribution on which is imposed,separately,the interannual anomalies of each of the components so as to get the SSTA pattern:under the action of the interannual anomaly of the vortical(divergent)component there arises qnite intense SSTA oscillation marked by noticeable ENSO periods(feeble SSTA with higher oscillation frequency for obscure ENSO periods),thereby illustrating that the roles of the two components differ from each other in the genesis of SST variation on a seasonal and an interannual basis such that a realistic cold tongue pattern follows under the joint effects on the model ocean of the two components of wind stress while rational E1 Nino/La Nina phenomena result under the forcing of an anomalous wind stress vortical component.Moreover,the divergent component is innegligible in generating a mean climatic condition of the ocean sector but of less importance compared to the vortical component in ENSO development.     

El Nino事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用 II.模式结果分析

为了分析ElNio事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用，建立一个类似于Zebiak的简单热带海洋数值模式，在观测到的风应力异常的强迫下，模拟赤道太平洋地区1971年1月至1998年8月海表温度异常的变化。结果表明，模式对观测的Nio3区海表温度异常(SSTA)有很好的模拟能力。模拟和观测Nio3区SSTA之间的相关系数可达0.90。模式对ElNio事件期间赤道太平洋海表温度异常随时间变化也有较好的模拟能力。为了分析ElNio期间SSTA的空间分布及其随时间变化的动力学机制，还对19861989年ENSO循环期间赤道太平洋地区观测的SSTA的传播特征及其形成机制进行了分析。模式较好地模拟出了观测到的赤道太平洋地区SSTA的传播特征，即从1986年底至1987年4月，SSTA具有向东传播的特征，从1987年6月至1988年2月具有向西传播的特征。动力学分析的结果表明，赤道中西太平洋地区的纬向风应力异常对ElNio事件的发生和消亡具有重要作用。赤道中西太平洋地区的西风异常可强迫出东传的Kelvin波，这个东传的Kelvin波对正SSTA的东传起主要作用，当这个东传的Kelvin波到达东边界，由于东边界的反射作用，在东边界产生西传的Rossby波，这个西传的Rossby波对赤道中东太平洋地区正SSTA的西传起主要作用。东传Kelvin波和反射的Rossby波对ElNio期间赤道东太平洋正SSTA二次峰值的形成具有重要作用。     

风应力的旋转和辐散分量在ENSO循环中作用的数值试验研究

将 1 960～ 1 991年的月平均 FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分 ,分别用以强迫模式海洋。所用的模式为一个 2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明 ,就季节变化而言 ,不论是用旋转分量还是散合分量强迫海洋 ,都不能产生合理的冷舌 ,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一 ,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善。若采用气候平均的含有季节变化的风应力 (未对旋转和辐散分量进行分离 ) ,则可产生与实际相符的海表温度分布。在此基础上 ,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分 ,通过对海洋的强迫 ,可产生海表温度异常。在年际异常旋转分量的强迫下 ,可产生较强的 SSTA振荡且具有明显的 ENSO周期 ;而在辐散辐合年际异常风应力的强迫下 ,则产生较弱的 SSTA,且振荡频率较高 ,ENSO周期不很明显。这些结果说明 ,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成中具有不同的作用 ,即合理的冷舌分布需要风应力旋转分量和散合分量同时作用于海洋方可产生 ,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的 EL Nino/ La Nina现象。同时 ,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的 ,但在 EN-SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。     

热带海温异常影响夏季环流的机制研究

利用正压涡度方程模式对赤道东太平洋和赤道西太平洋暖池区海温异常影响夏季大气环流的机制进行了研究,结果表明:太平洋海温异常会对大气环流产生明显的影响,我国上空环流受其直接影响较小,大气对赤道东太平洋海温升高的响应比对西太平洋暖池海温降低响应明显.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高都使极涡明显减弱,对中低纬度大气高度场的影响相反.赤道东太平洋海温升高,中低纬度地区槽脊活动表现不明显,而西太平洋暖池海温降低,会使大气高度场产生明显的槽脊扰动.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高,会使涡度场、经向风形成沿驻波波列传播的扰动场.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高同时发生时,经向风场使北半球所有的地方都产生了扰动(两条波列路径仍然清楚),沿纬圈和经向都呈有规律的正负相间的分布,扰动表现为驻波特征.     

QBO Features of Tropical Pacific wind Stress Field with the Relation to El Nino

Analysis has been implemented of 1970-1992 tropical Pacific wind stress anomaly and sea surface temperature anomaly (SSTA) datasets, indicating that quasi-biennial oscillation (QBO) of the tropical Pacific WS and SSTA is featured both by a standing and a progressive form, the former emerging in the most intense centers of action and the latter travelling east- or west-ward out of the SSTA sources. Results show that the SSTA is in the warm (cold) phase as zonal component of euqatorial wind stress anomaly gets weakened (reinforced) and the QBO of wind stress anomaly is well related to the El Nino cycle.     

热带太平洋地区SSTA和风应力场的海气耦合模态

按国家气象局“八五”攻关力专家组提出的有关近海热带气候强度突变的标准，对１９７０－１９９１年在我国的近海发生强度突为的热带气旋进行了分类统计，发现如下气候特征：平均每年有８－９个热带气旋移到我国近海时发生强度突变，其中突然减弱的居多，占总个数的７９．６％，突然增强的只占总个数的２０．４％，突然增强只发和天５－１０月，而突然减弱到５－１２月均可发生；突然增强主要出现在浙闽沿海、南海中部，珠江口外西侧     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。     

台风突然加强与环境场关系的气候分析

使用ＥＯＦ分析方法对２０年热带太平洋地区风应力场资料和ＳＳＴＡ资料进行分析，研究它们的空间分布特征模态和时间变化特征，发现风应力场的第一特征向量一海温距平场的第一特征向量的时间系数具有相同的变化特征，它们反映了海洋和大气在这个时空尺度上的相互作用和耦合关系，并与Ｅ１Ｎｉｎｏ循环有较好的对应关系。     

与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构

利用多年逐月海温距平和风应力距平观测资料,运用线性回归和EOF分析方法,分析了与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构。结果显示,与ENSO线性相关的风应力异常场在时间尺度上表现为低频变化,在水平结构上主要表现为四个典型分布。其中,分布型1主要表现为日界线以东赤道地区东风异常和赤道风应力场辐散;分布型2主要表现为日界线以东赤道地区西风异常和经向异常风应力向赤道气流;分布型3主要表现为日界线以东赤道偏南地区西风异常和风应力场辐合,日界线以西为东风异常;分布型4主要表现为160°W以东的弱东风异常和160°W以西的西风异常。与ENSO线性无关的风应力场主要表现为高频过程,在水平空间结构上其典型场主要位于赤道外地区。还用与ENSO有关的那部分回归风应力异常场强迫海洋距平模式,成功地再现了ENSO的主要信号。这表现观测揭示的典型风应力异常型对于El Nino的产生是根本性的。      

ENSO对黑潮海区风应力异常影响的初步探讨

利用近50a黑潮海区风应力场与Nino3区海温指数序列进行相关分析后发现,ENSO对黑潮海区经向风应力影响的“关键时段”为秋、冬季至次年初夏时期,对纬向风应力影响的“关键时段”为冬季至次年春季。黑潮海区风应力距平场与赤道中东太平洋SSTA场的扩展SVD分析及相应的合成分析揭示了ENSO期间黑潮海区风应力异常结构的演变：秋季,中国的东海、琉球群岛附近海域首先出现南风应力异常;冬季,吕宋岛以北、台湾以东的海域出现西南风应力异常,其影响范围和强度在次年2月前后达到最强,其后迅速减弱,至5月,风应力异常基本消失。赤道中东太平洋SSTA对黑潮海区经向风应力异常的影响范围较大,强度更显著。     

THE VARIATION OF THE SPRING PRECIPITATION IN GUANGZHOU AND ITS PRECURSORY SIGNALS

Guangzhou spring rainfall mainly exhibits interannual variation of Quasi-biannual and interdecadal variation of 30 yrs, and is in the period of weak rainfall at interdecadal time scale. SST anomalies (SSTA) of Nino3 are the strongest precursor of Guangzhou spring rainfall. They have significant positive correlation from previous November and persist stably to April. Nino3 SSTA in the previous winter affects Guangzhou spring rainfall through North Pacific subtropical high and low wind in spring. When Nino3 SSTA is positive in the previous winter, spring subtropical high is intense and westward, South China is located in the area of ascending airflow at the edge of the subtropical high, and water vapor transporting to South China is intensified by anticyclone circulation to the east of the Philippines. So Guangzhou spring rainfall is heavy. When Nino3 SSTA is negative, the subtropical high is weak and eastward, South China is far away from the subtropical high and is located in the area of descending airflow, and water vapor transporting to South China is weak because low-level cyclonic circulation controls areas to the east of the Philippines and north wind prevails in South China. So Guangzhou spring rainfall is weak and spring drought is resulted.     

AIR-SEA COUPLING FEATURES FROM THE WARM PHASE TO THE COLD PHASE OF ENSO CYCLES IN THE SEVENTIES TO THE EIGHTIES*

Using the sea surface temperature and wind anomalies(SSTA and SSWA for short) of the tropical Pacific from January 1970 to December 1989,main spatial patterns of tropical Pacific SSTA and SSWA coupling features in the transform course from the warm phase to the cold phase of El Nino-southern Oscillation(ENSO) cycles are discussed.The main conclusions are as follows:(1)air-sea coupling patterns at the mature stage of El Nino(La Nina) are main spatial ones of tropical Pacific SSWA and SSTA coupling:(2)at the mature stage of El Nino,the interaction of the anticyclonic anomaly wind,generated by the forcing of distinct meridional SSTA gradient in the Northern Hemisphere tropical central Pacific.with the California cold current and SSTA is mainly responsible for weakening of El Nino;(3)the second sea temperature increase along the South American coast in the decaying course of El Nino results from the eastward movement of the weakened positive SSTA in the tropical central-eastern Pacific forced by anomalous west wind stress:(4)La Nina results from the joint effect of Walker circulation,Ekman drift and negative SSTA in the tropical central-eastern Pacific.     

不同区域海温对亚洲夏季副热带西风急流变异主模态的影响

利用1979—2014年ERA Interim再分析资料和NCAR CAM5.1大气环流模式,围绕海温对夏季亚洲急流变异主模态的影响展开研究。首先通过理论分析和动力诊断方法,对急流主模态的物理特征进行分析,并证实了海温与急流变异的显著联系。随后基于观测结果设计数值试验方案,探究不同区域海温对急流演变的具体贡献。结果表明,急流第一模态与太平洋及印度洋异常海温紧密联系,在二者相似的贡献下,高层异常风场表现为沿急流轴线南北偏移的纬向对称分布;急流第二模态的上、下游风场则受到不同海表热源影响,在印度洋、太平洋及北大西洋异常海温的协同作用下,亚洲上空形成了四极型纬向非对称的风场分布。该结果有利于更加综合地认识亚洲夏季副热带急流的变异特征,也为研究海温对急流的影响效应提供了新的依据。     

地球自转年际变化作用于全球海温异常的观测事实和数值试验

本文通过12年144个月的全球海温距平格点资料分析得到El Nino和反El Nino事件只是全球海温异常变化的一个部分，全球各大洋海温变化具有一定的联系。通过一个简化的一层海洋模式对全球海温异常变化的模拟发现，地球自转速度变化首先引起纬向风的异常，再由异常的纬向风切应力作用于洋流和海温的异常，这一简化的海洋模式基本上模拟出了全球各大洋海温时空分布实况的变化特征。具体表现为:地球自转速度减慢（加快）时，大洋低纬度东部升温（降温），太平洋的西北部和西南部降温（升温），大西洋和印度洋中高纬海域降温（升温）。     

AIR-SEA COUPLING FEATURES FROM THE WARM PHASE TO THE COLD PHASE OF ENSO CYCLES IN THE SEVENTIES TO THE EIGHTIES

Using the sea surface temperature and wind anomalies(SSTA and SSWA for short)of thetropical Pacific from January 1970 to December 1989,main spatial patterns of tropical PacificSSTA and SSWA coupling features in the transform course from the warm phase to the cold phaseof El Nino-southern Oscillation(ENSO)cycles are discussed.The main conclusions are as follows:(1)air-sea coupling patterns at the mature stage of ElNino(La Nina)are main spatial ones of tropical Pacific SSWA and SSTA coupling:(2)at themature stage of El Nino,the interaction of the anticyclonic anomaly wind,generated by the forcingof distinct meridional SSTA gradient in the Northern Hemisphere tropical central Pacific.with theCalifornia cold current and SSTA is mainly responsible for weakening of El Nino;(3)the secondsea temperature increase along the South American coast in the decaying course of El Nino resultsfrom the eastward movement of the weakened positive SSTA in the tropical central-eastern Pacificforced by anomalous west wind stress:(4)La Nina results from the joint effect of Walkercirculation,Ekman drift and negative SSTA in the tropical central-eastern Pacific.     

初始强迫风场对Zebiak-Cane海气耦合模式预报能力的影响研究

结合观测的海表温度距平（SSTA）对925hPa NCEP／NCAR再分析风应力距平（以下简称NCEP风应力距平）资料与FSU风应力距平资料进行了比较分析。对比分析了分别以NCEP、FSU风应力距平作为初始强迫风场时的Zebiak-Cane海气耦合模式（简称ZC耦合模式）的预报能力。结果表明：1980、1990年代NCEP风应力距平较FSU风应力距平与观测SSTA匹配更为合理。NCEP风应力距平不仅较FSU风应力距平对ZC海洋模式初始化效果好,尤其在1990年代更为显著,而且在1980、1990年代以NCEP风应力距平替代FSU风应力距平作为ZC耦合模式的初始强迫风场,都提高了该耦合模式预报能力,尤其是可提前6-8个月成功地预报出1997／1998年EI Nifio事件。进一步分析表明,在1997／1998年EI Nifio事件前兆、爆发阶段,NCEP风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA比FSU风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA更接近观测SSTA的水平冷、暖分布特征,这为ZC耦合模式提供了更为合理的预报初始强迫场,从而有利于提高其预报能力。