Dynamic research and analysis of the 2010 La Nina

利用“LASG／IAP气候系统海洋模式”（LASG/IAP Climate system Ocean Model,简称LICOM海洋模式）和全球简单海洋资料同化分析系统产成的SODA（simple ocean model assimilation）资料研究了2010年拉尼娜事件发生的动力机制。结果表明,2010年拉尼娜事件发生于2010年6月,是继2009年厄尔尼诺事件之后发生的一次较为特殊的一次冷事件,该事件将持续到2011年;该事件主要是由2010年西边界反射的东传上升Kelvin波和西太平洋异常东风激发的,而赤道太平洋纬向流异常在该事件的形成过程中也起着非常重要的作用。通过对本次拉尼娜事件动力机制和发生发展过程的研究分析,进一步加深了对拉尼娜事件动力机制的了解,同时对拉尼娜事件的预报及防灾减灾有重要意义。     

热带印度洋偶极子发生和演变机制的数值研究

对中国科学院大气物理研究所(IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的第三代海洋模式(L30T63 OGCM)进行了改进。分析了该模式1959年1月—1998年12月的40a积分结果，以此研究热带印度洋偶极子发生、发展和消亡的物理机制。对数值模拟结果的分析表明，赤道印度洋表面异常东风引起的异常环流结构是偶极子发生、发展的主要动力学原因，其表面异常东风转换为异常西风所引起的异常环流结构调整是偶极子消亡的主要动力学原因；海气界面热通量异常的交换对热带印度洋海表温度距平偶极子模态的形成和演变起着重要的作用；垂直输送作用是热带印度洋次表层海温偶极子模态发生和演变的主要物理机制。     

赤道东印度洋次表层高盐水的年际变化

本文利用2010—2019年东印度洋海洋学综合科学考察基金委共享航次数据、Argo(array for real-time geostrophic oceanography)和简单海洋再分析数据(simple ocean data assimilation,SODA),研究了赤道东印度洋次表层高盐水(subsurface high salinity water,SHSW)的年际变化,并探讨了其形成机制。仅限于春季的观测资料显示,来自阿拉伯海的高盐水位于东印度洋赤道断面次表层70～130m深度处,且具有显著的年际变化。基于月平均SODA资料的研究结果表明,不同时期SHSW盐度异常的变化趋势存在显著差异,2010—2015年趋势比较稳定,而2016—2019年则呈现出显著的上升趋势。通过对SHSW的回归分析表明,风场和次表层纬向流是控制该高盐水年际变化的主要因子。进一步的分析表明,赤道印度洋的东风异常导致水体向西堆积,产生东向压强梯度力,进而激发出次表层异常东向流,最终引起SHSW盐度异常升高。此动力关联在印度洋偶极子事件中尤为显著,这进一步反映了赤道东印度洋SHSW的年际变化受到印度洋偶...     

一个高分辨率太平洋-印度洋海盆环流模式的初步结果

利用LASG/IAP发展的一个0.25°×0.25°高分辨率太平洋-印度洋海盆环流模式，初步分析了模式在太平洋区域的模拟结果，并与海洋同化资料以及前人的研究结果作比较，检验此模式对该区域平均气候态、年际变化的模拟能力。分析表明，模式较好地再现了海表温度（SST）分布、赤道温跃层和纬向流结构、赤道流系分布形态、海表高度以及正压流函数空间分布特征；同时，对显著的El Ni?o和La Ni?a事件的模拟等方面与Simple Ocean Data Assimilation（SODA）2.0.2版本结果相近。此外，模式模拟北赤道流（NEC）分叉点位置的季节和年际变化以及吕宋海峡流量的年际变化与已有研究结果基本一致。进一步分析还发现，在年际尺度上，NEC分叉点位置和吕宋海峡流量与ENSO密切相关。     

风应力对印度洋上层环流的模拟研究

利用10aECMWF风应力资料强迫LASG／IAP L30T63大洋环流模式,模拟分析了印度洋海温变化的基本特征,重点分析了1982年印度洋偶极子事件。模式很好地模拟印度洋的季节变化;模拟的印度洋偶极子指数与实际资料大体上相似,但并非一一对应,且存在2～4月滞后,振幅也小于资料分析的结果;对1982年印度洋偶极子事件做个例分析,研究其发生、发展以及消亡的基本特征。     

IOCAS ICM及其ENSO实时预测试验和改进

厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)是仅次于季节变化的最强年际气候变率信号,对全球气候和天气产生重要影响。准确、及时、有效地预报ENSO事件的发生和演变具有重大的实用意义。以中国科学院海洋研究所冠名的中等复杂程度海气耦合模式(IOCAS ICM),每月定期进行ENSO实时预报试验。IOCAS ICM实时预报结果目前收录于美国哥伦比亚大学国际气候研究所(IRI),以作进一步的集成分析和应用。该模式的大气部分是一个描述对海表温度(SST)年际异常响应的风应力异常经验模式,海洋部分包括了动力海洋模块、SST距平模块(嵌套于动力海洋模块中)和次表层上卷海温(T_e)距平模块三部分。IOCAS ICM的特点之一是开发了次表层海温反算优化这一创新技术,可有效改进热带太平洋SST异常的模拟和预报。IOCAS ICM和其他海气耦合模式的最新预报结果(以2017年9月为初条件)表明,2017年年末热带太平洋会处于一个SST冷异常态,最大变冷中心集中在赤道东太平洋,但并不足以达到拉尼娜(La Ni?a)事件的水平,SST冷异常可能会在2018年春季逐渐减弱,转化为中性状态。此外,本文还对四维变分资料同化方法(4D-Var)以及条件非线性最优扰动方法(CNOP)在IOCAS ICM中的应用进行了讨论。     

2011年西北太平洋海平面异常及其与拉尼娜和负印度洋偶极子的联系

西北太平洋海平面异常模态在纯拉尼娜事件与拉尼娜和负印度洋偶极子（IOD）事件同时发生时表现出完全不同的形态。在纯拉尼娜事件期间，西北太平洋海平面呈现显著的正异常；而2010/2011拉尼娜事件期间西北太平洋海平面明显降低，呈显著的负异常，其与印度洋负IOD事件密切相关。研究结果表明，负IOD事件能在热带西太平洋驱动显著的西风异常，由此减弱了拉尼娜峰值期间西北太平洋海平面正异常。同时，在负IOD峰值期的9月，在日经线附近存在显著的风应力旋度正异常，激发负的海平面异常以Rossby波的形式向西传播，并在第二年6月抵达菲律宾以东海域，维持并加强该海域海平面负异常，进而对北赤道流分叉点位置及输运产生重要的影响。     

2009/2010年El Ni(n)o事件变化特征及其机理

应用TAO (Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了发生在2009/2010年的El Ni(n)o事件的变化特征,讨论了此次El Ni(n)o事件发生过程中,赤道东、西太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,特别是对赤道太平洋次表层异常海温变化的...     

国家气候中心全球海洋资料四维同化系统在热带太平洋的结果初步分析

介绍了国家气候中心(NCC)“全球海洋资料四维同化系统”(简称NCC-GODAS).该系统包含观测资料预处理系统、插值分析系统和所应用的动力模式.插值分析系统采用四维同化技术方案,在时间上设置一个4周的窗口,将此窗口之内的观测资料以一定的权重插入插值分析系统,在空间上采用三维变分方案.海洋动力模式为“九五”期间LASG研制的L30T63OGCM 1 0版本.文中考察了该系统从1982年到2003年3月在热带太平洋的部分同化分析结果,并与NCEP的再分析资料和EMC/NCEP的太平洋区域海洋资料同化系统的结果进行了对比分析.结果显示,该系统的同化结果(如SST,SSTA,Nino指数,次表层海温变化等)与NCEP的同期同化结果具有很好的一致性.同时,该系统得出的海洋同化资料气候场与海洋模式气候场相比,有显著的改进.表明该系统具有较好的同化能力,其同化结果可为海-气耦合模式进行季节和跨季节的气候预测业务提供可信的海洋初始场资料,同时还可以为相关研究提供海洋分析场.     

1986—1987年埃尔尼诺期间赤道太平洋的物理海洋学事件

文中,根据“中美热带西太平洋海气相互作用联合研究”第1—4航次考察的资料结合美国NOAA提供的SST资料和Wyrtki博士提供的水位资料,对1986—1987年埃尔尼诺事件的发生、发展和消衰过程中的海洋事件作了综合分析.指出,这次埃尔尼诺是一个中等偏强的事件.SST场和水位场的宏观变化是同步和相似的,并且都与风场特征有关.次表层温度结构的变化是与上层暖水的东向输送相对应.在此期间,热带西太平洋的流系结构和方向发生了异乎寻常的变化.在埃尔尼诺爆发前期,南赤道流较强,暖水在西太平洋堆积;在爆发期内,则在12.5个纬度带内形成东向流,向东输送暖水;在消衰期内,北赤道逆流变弱、而南赤道逆流变强;在埃尔尼诺结束后,海洋转为动力调整,并在约12个纬度范围内变为西向流.在这次埃尔尼诺期间,向东输送的暖水总量为11.4×1014m3,此量比1976年埃尔尼诺多1/3,而比1982—1983年埃尔尼诺少2/5.     

2010/2011年中部型La Nia事件形成机理及其垂直环流异常

应用TAO(Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了2010/2011年La Nia事件的变化特征,讨论了此次过程中赤道太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,以及上层海温场的异常变化机理。结果表明,2010/2011年的La Nia事件与传统事件不同,是一次明显的中部型La Nia事件(简称CPP La Nia),其爆发过程主要存在两个不同机制的响应过程:一是西太平洋暖池(WPWP)区域次表层异常冷海温通过赤道潜流的作用沿温跃层东传,导致赤道东太平洋上层海洋温度场出现异常降温:二是赤道中东太平洋出现强的距平东风,通过上升流作用,导致冷海温上传影响中太平洋上层异常海温场。前者是导致La Nia事件的必要条件,后者则是形成此次中部型La Nia事件的关键过程。由分析结果还表明,日界线以东赤道太平洋纬向风变化对中西太平洋上层海温场变化有重要影响,是导致此次中部型事件爆发的重要机制。文章进一步分析了此次中部型La Nia事件过程中热带垂直环流的变化,结果表明经向和纬向大气环流都表现出明显的异常。     

地球系统模式FIO-ESM对2016-2017年La Ni(n)a事件及其对中国近海地区影响的预测

最近的观测表明赤道太平洋中部及东部的水温略低于拉尼娜事件的阈值,但大气与海洋的状态还不足以完全支持转为弱拉尼娜现象.本研究基于地球系统模式FIO-ESM和集合调整卡尔曼滤波同化方案建立的短期气候同化和预测系统,进行了1992-01-01-2016-10-31的模式同化,结果表明同化系统能够为预测提供较好的初始场.随后对2016-2017年拉尼娜事件的状态以及中国近海地区气温和降水异常进行了未来6个月的预测,结果表明赤道太平洋会在2016年年底继续降温,Ni(n)o3.4区海温异常将持续略低于拉尼娜事件的阈值-0.5 ℃,说明2016-2017年为弱拉尼娜事件,2017年春季东太平洋继续降温,表明此次拉尼娜事件可能会持续较长时间.预测结果同时也表明2016年冬季至2017年春季中国近海地区存在着北高南低的气温异常分布,中国南部地区降水存在负异常.拉尼娜带来的极端天气与气候异常会对中国沿岸地区带来巨大影响,但总体来说2016-2017年拉尼娜事件对中国的影响相对较弱.     

北赤道流区海温异常与ENSO循环

应用热带太平洋上层XBT温度资料，分析探讨了西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的变化规律，揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的机制。分析表明，西太平洋暖池区的次表层海温异常冷暖与太平洋北赤道流的海温冷暖异常信号西传有重要关系。北赤道流的海温异常冷(暖)信号是沿温跃层由赤道中东太平洋潜沉向西太平洋暖池区传播，对暖池区域次表层海温场产生重要影响。这一传播过程与西太平洋次表层海温异常暖(冷)信号向赤道中东太平洋传播，构成了热带海洋信号的气旋式“信号通道”。在这一“信号通道”中，北赤道流的海温异常信号西传是导致西太平洋暖池区及西太平洋次表层海温异常的重要机制，是影响El Nifio和La Nifia事件发生的关键。     

三次黑潮大弯曲形成机制的分析

通过对HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)高分辨率海洋环流模式(1/12°)数值模拟结果的分析发现,该模式对1993—2003年的模拟结果出现了3次显著的黑潮大弯曲现象。研究表明,日本以南这3次黑潮大弯曲路径的形成与2种机制有关:沿30°N西传的海洋Rossby波将太平洋145°E附近海面高度正异常信号传到九州岛东南海域是第二次黑潮大弯曲的主要形成机制;而冲绳海槽北部海水的位势涡度负异常则有利于九州岛东南反气旋再循环流海域海面高度正异常,有助于第一次和第三次黑潮大弯曲路径的形成。     

地球系统模式FIO-ESM对2016—2017年La Niña事件及其对中国近海地区影响的预测

最近的观测表明赤道太平洋中部及东部的水温略低于拉尼娜事件的阈值,但大气与海洋的状态还不足以完全支持转为弱拉尼娜现象。本研究基于地球系统模式FIO-ESM和集合调整卡尔曼滤波同化方案建立的短期气候同化和预测系统,进行了1992-01-01—2016-10-31的模式同化,结果表明同化系统能够为预测提供较好的初始场。随后对2016—2017年拉尼娜事件的状态以及中国近海地区气温和降水异常进行了未来6个月的预测,结果表明赤道太平洋会在2016年年底继续降温,Nio3.4区海温异常将持续略低于拉尼娜事件的阈值-0.5℃,说明2016—2017年为弱拉尼娜事件,2017年春季东太平洋继续降温,表明此次拉尼娜事件可能会持续较长时间。预测结果同时也表明2016年冬季至2017年春季中国近海地区存在着北高南低的气温异常分布,中国南部地区降水存在负异常。拉尼娜带来的极端天气与气候异常会对中国沿岸地区带来巨大影响,但总体来说2016—2017年拉尼娜事件对中国的影响相对较弱。     

热带西太平洋季内震荡相关的赤道开尔文波对厄尔尼诺事件影响的初步探索

从海洋Kelvin波的角度研究了热带西太平洋季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)对厄尔尼诺(El Nino)事件的影响。通过资料处理确定了热带西太平洋MJO相关的风应力强迫产生的海洋Kelvin波指数K,该指数代表了Kelvin波的强度。通过对比指数K与温跃层深度的变化,分析指出当El Nino事件发展过程中出现强MJO相关的海洋Kelvin波,并且该东传波动传递的是温跃层异常下沉信号时,会增大El Nino事件的振幅,对El Nino事件的发展起到重要的促进作用(1997/1998年El Nino事件);当MJO相关的海洋Kelvin波较弱时对El Nino事件影响不大,而且当传递的是温跃层异常上升信号时反而会对El Nino事件的发生与发展起到阻碍作用。总之,热带西太平洋MJO事件对El Nino事件在特定的情况下有重要影响,但并不能决定El Nino事件的发生或终结。     

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.     

厄尔尼诺事件延长原因的初步分析

利用我国及美国国家气象局提供的热带太平洋月平均海温、水位、地球向外长波辐射和850hPa纬向风资料,对1980年以来的三次厄尔尼诺(El Ni(?)o)事件延长原因及其特征作一分析和探讨。文章指出,El Ni(?)o事件延长的原因主要是:在El Ni(?)o事件发生后,热带太平洋大气环流半年左右的韵律活动及在赤道南、北两侧明显的大气振荡加强,从而使大气的El Ni(?)o异常过程间隔半年相继发生。     

东亚副热带西风急流及其年际变率的海气耦合模式模拟

分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)快速耦合气候系统模式FGOALS_gl模拟的东亚副热带西风急流,并讨论了ENSO对东亚夏季副热带西风急流位置的影响.FGOALS_gl能较好模拟东亚副热带西风急流的空间分布以及季节演变,但较之再分析资料,模式模拟的急流强度偏弱...     

西太平洋暖池海温的时空变化及其在ENSO循环中的作用

应用SODA_1.4.2版本资料,分析研究了热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)海温场的变化特征,讨论了WPWP海温的时空变化特征与ENSO之间的联系途径.分析结果表明,在上层海洋,WPWP的海温场在垂向结构上具有显著的年际变化特征,在不同深度存在较大差异.表层的异常海温出现明显的增温趋势,在47年期间(1958-2004)增温幅度达0.15℃.而随着深度的增加,异常海温出现明显的降低趋势,次表层(120-170 m)的降温幅度最大,其降温可达-0.72℃.这种变化可能与20世纪70年代末WPWP区域的海温场发生突变过程存在一定关系.另外,在热带太平洋温跃层曲面上,WPWP区域海温变化与赤道东太平洋海温变化存在"跷跷板"现象.据此,定义了赤道东西太平洋温跃层曲面上异常海温变化强度指数,为ENSO循环过程的研究提供了又一参考依据.通过对WPWP不同深度的异常海温和海流分析发现,WPWP异常海温的东传过程与赤道潜流的强弱变化存在密切关系.