东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期海温关系的研究

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料(ERSST)和中国730个站旬降水资料,采用SVD和扩展SVD（ESVD）分析、合成分析、相关分析等方法,在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上,研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋（EAP）遥相关型形成的过程,及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题。结果表明,梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系。联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个:（1）西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季,使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强;（2）东亚大槽持续偏弱,冷空气活动路径偏北偏东,使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; （3）PNA遥相关型的持续发展,使北冰洋地区高度增高。后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用。另外,持续性分析表明,ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多。在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系,ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常,而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持,对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应。     

河北省塞罕坝地区气温和降水变化的环流特征及关键因子

塞罕坝地区是我国生态文明建设的典范区,本文对塞罕坝地区多年气温和降水的大尺度环流异常进行合成分析,研究其环流特征及关键环流因子。结果表明：1962-2020年塞罕坝地区气温总体呈偏高趋势,春、秋、冬季降水呈偏多趋势,夏季降水呈偏少趋势。大尺度环流背景下,各季节影响塞罕坝地区气温和降水的主要因子不同,通过挑选最优因子分析得出：塞罕坝地区受大气环流指数影响明显,春季太平洋-北美遥相关型指数（PNA）、夏季北大西洋涛动指数（NAO）、秋季西太平洋遥相关型指数（WP）、冬季高原季风指数（PMI）与该地气温和降水有较好的关系。     

引起我国夏季旱涝的东亚大气环流异常遥相关及其物理机制的研究

本文综述了引起我国夏季旱涝的东亚大范围、持续性大气环流异常遥相关方面的国内外研究状况。本文特别强调了关于夏季东亚大气环流异常遥相关物理机制的研究,其中不少研究是作者多年努力的成果。本文还指出在这方面应进一步研究的问题。     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料 (ERSST) 和中国730个站旬降水资料, 采用SVD和扩展SVD (ESVD) 分析、合成分析、相关分析等方法, 在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上, 研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋 (EAP) 遥相关型形成的过程, 及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题.结果表明, 梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系.联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个: (1) 西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季, 使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强; (2) 东亚大槽持续偏弱, 冷空气活动路径偏北偏东, 使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; (3) PNA遥相关型的持续发展, 使北冰洋地区高度增高.后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用.另外, 持续性分析表明, ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多.在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系, ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常, 而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持, 对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应.     

华北旱涝的遥相关型结构

华北旱涝的遥相关型结构苗峻峰（天津市气象局）１引言大范围持续性旱涝现象是大气环流持续异常的直接反映，而局部地区的旱涝也并非是一种孤立现象，它与大气环流持续异常有关。有关研究表明，华北地区旱涝与东亚环流型特征、西太平洋副热带高压异常活动以及西风急流的变...     

亚洲夏季风活动激发的北半球大气环流遥相关型

亚洲季风区是全球热力变化最为显著的区域，亚洲夏季风活动必定会对其它环流系统产生影响。本文通过夏季风指数与北半球环流的相关计算以及强、弱季风候北半球环流异常合成的分析发现，亚洲夏季风的活动会激发北半球夏季大气环流遥相关型，其主要相关中心均出现在季风区的下游地区，即从亚洲经太平洋至北美洲一带，除了表现出正负中心交替出现的波列状结构外，该遥相关型在太平洋地区还表现为一对南北向的偶极子异常型，我们将这一遥相关型称为亚洲太平洋北美（ＡＰＮ）型。     

北京夏季旱涝的大气环流特征及其与前期北太平洋SST的关系

利用1979~1995年的NOAA/NCAR高空再分析格点资料, 及同期北京夏季相当暴雨日数, 冬季和春季太平洋海面温度资料、进行北京夏季旱涝对比和相关分析, 结果表明:北京夏季旱涝的平均大气环流形势有明显差异, 且夏季涝年的平均大气环流距平场和夏季相当暴雨日数与大气环流的相关场都具有暴雨过程平均环流的主要特征; 北京夏季相当暴雨日数和大气环流场都与赤道西太平洋 (暖池) 的春季SST存在显著的遥相关, 春季暖池SST的异常变化是北京夏季旱涝预测的一个强信号。     

北半球冬季遥相关型环流异常的若干性质

用１９５１－１９８５年间北半球冬季７００，５００，１００ｈＰａ月平均位势高度场，分析了Ｗａｌｌａｃｅ等提出的５个遥相关型所对应的环流异常和它们的性质，发现它们在对流层中下部是相当正压结构，在对流层上部减弱消失，某些遥相关型（如ＥＵ，ＰＮＡ）环流异常存在明显；主要遥相关型环流异常的持续时间约为一个月。     

观测分析非洲南部地区土壤湿度异常对南半球大气环流的显著影响

本文基于44年ERA40再分析月平均土壤湿度资料和大气环流变量场资料,去除ENSO遥相关以及趋势影响后,利用滞后最大协方差方法分析非洲南部地区土壤湿度分布与南半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:在南半球冬季（Jun-Jul-Aug,6～8月）和夏季（Jan-Feb-Mar,1～3月）,大气中类似南极涛动（Antarctic Oscillation,简称AAO）正位相的环流型与超前月份（最长时间达到5个月）的非洲南部地区土壤湿度的异常分布显著相关。基于土壤湿度变率中心的线性回归分析方法证实非洲南部地区其北部土壤湿度正异常、中南部土壤湿度负异常的空间分布对后期夏季和冬季的大气有显著的反馈作用。诊断结果显示由于夏秋季节和春季初夏非洲南部地区土壤湿度异常均有显著的持续性,同时对后期AAO产生持续增强作用,所以滞后最大协方差方法可以检测出它们对后期AAO的显著影响。以上非洲南部地区土壤湿度异常超前于南极涛动的信号,将有助于加强对土壤湿度反馈机制及其对南半球大尺度环流变率影响的认识。     

厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水分布影响的新研究

基于1961-2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明：（1）厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。（2）东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。（3）东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋（EAP）遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。     

大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生

根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。     

Influence of Springtime Atlantic SST on ENSO: Role of the Madden–Julian Oscillation

Increased evidence has shown the important role of Atlantic sea surface temperature (SST) in modulating the El Niño–Southern Oscillation (ENSO). Persistent anomalies of summer Madden–Julian Oscillation (MJO) act to link the Atlantic SST anomalies (SSTAs) to ENSO. The Atlantic SSTAs are strongly correlated with the persistent anomalies of summer MJO, and possibly affect MJO in two major ways. One is that an anomalous cyclonic (anticyclonic) circulation appears over the tropical Atlantic Ocean associated with positive (negative) SSTA in spring, and it intensifies (weakens) the Walker circulation. Equatorial updraft anomaly then appears over the Indian Ocean and the eastern Pacific Ocean, intensifying MJO activity over these regions. The other involves a high pressure (low pressure) anomaly associated with the North Atlantic SSTA tripole pattern that is transmitted to the mid- and low-latitudes by a circumglobal teleconnection pattern, leading to strong (weak) convective activity of MJO over the Indian Ocean. The above results offer new viewpoints about the process from springtime Atlantic SSTA signals to summertime atmospheric oscillation, and then to the MJO of tropical atmosphere affecting wintertime Pacific ENSO events, which connects different oceans.     

THE INFLUENCE OF PERSISTENT ANOMALY OF MJO ON ENSO

In this study, two possible persistent anomalies of the Madden-Julian Oscillation mode (MJO) are found in the summer season (persistently Pacific active and Indian Ocean active), and an index is set to define the intensity of the two modes. They are proved to have high statistical correlations to the later ENSO events in the autumn and winter seasons: When persistent anomaly of MJO happens in the Pacific Ocean in summer, El Ni?o events are often induced during the autumn and winter seasons of that year. However, during the other MJO mode when the summer persistent anomaly of MJO occurs in the Indian Ocean, La Ni?a events often follow instead. The analysis of the atmospheric circulation field indicates that persistent anomaly of MJO can probably affect the entire Equatorial Pacific circulation, and results in wind stress anomalies. The wind stress anomalies could excite warm or cold water masses which propagate eastwards at the subsurface ocean. The accumulation of warm or cold subsurface water in the Equatorial Eastern Pacific Ocean may eventually lead to the formation of an ENSO.     

An empirical model of tropical ocean dynamics

To extend the linear stochastically forced paradigm of tropical sea surface temperature (SST) variability to the subsurface ocean, a linear inverse model (LIM) is constructed from the simultaneous and 3-month lag covariances of observed 3-month running mean anomalies of SST, thermocline depth, and zonal wind stress. This LIM is then used to identify the empirically-determined linear dynamics with physical processes to gauge their relative importance to ENSO evolution. Optimal growth of SST anomalies over several months is triggered by both an initial SST anomaly and a central equatorial Pacific thermocline anomaly that propagates slowly eastward while leading the amplifying SST anomaly. The initial SST and thermocline anomalies each produce roughly half the SST amplification. If interactions between the sea surface and the thermocline are removed in the linear dynamical operator, the SST anomaly undergoes less optimal growth but is also more persistent, and its location shifts from the eastern to central Pacific. Optimal growth is also found to be essentially the result of two stable eigenmodes with similar structure but differing 2- and 4-year periods evolving from initial destructive to constructive interference. Variations among ENSO events could then be a consequence not of changing stability characteristics but of random excitation of these two eigenmodes, which represent different balances between surface and subsurface coupled dynamics. As found in previous studies, the impact of the additional variables on LIM SST forecasts is relatively small for short time scales. Over time intervals greater than about 9?months, however, the additional variables both significantly enhance forecast skill and predict lag covariances and associated power spectra whose closer agreement with observations enhances the validation of the linear model. Moreover, a secondary type of optimal growth exists that is not present in a LIM constructed from SST alone, in which initial SST anomalies in the southwest tropical Pacific and Indian ocean play a larger role than on shorter time scales, apparently driving sustained off-equatorial wind stress anomalies in the eastern Pacific that result in a more persistent equatorial thermocline anomaly and a more protracted (and predictable) ENSO event.     

2019年4～6月云南持续性高温天气的大气环流异常成因

2019年4～6月云南省发生了历史罕见的持续性极端高温天气,并引发了严重气象干旱。本文利用1961～2019年逐日温度和大气再分析等资料以及CESM-LE计划（Community Earth System Model Large Ensemble Project）模式模拟结果,分析了历史同期云南极端高温天气发生的环流特征,探讨了2019年云南破纪录持续性高温的成因。历史极端高温日的合成分析表明,云南地区对流层上层显著异常反气旋伴随的强下沉异常和到达地表太阳辐射增加,是引发该区域极端高温天气的主要成因。该异常反气旋的形成主要源自北大西洋经东欧平原、西西伯利亚平原向东亚传播的高纬度罗斯贝波和经北非、黑海、伊朗高原向东亚传播的中纬度罗斯贝波之间的相互作用。2019年极端高温的强度和与之相应异常反气旋出现自1961年以来的最强。外强迫导致的增暖对2019年极端暖异常强度的贡献约为37.51%,同时对类似2019年以及更强极端暖事件发生概率的贡献为56.32%,内部变率对该事件也具有重要贡献。2019年4～6月北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和ENSO事件分别处于历史极端负位相和暖位相。一方面,在AO强负位相影响下,极地上空深厚的位势高度正异常向南伸至东欧平原,有利于高纬度波列和云南上空的反气旋异常增强。另一方面,ENSO事件暖位相加强了西北太平洋异常反气旋环流,令西北太平洋副热带高压增强西伸至我国内陆地区,维持了云南上空反气旋异常。两者的共同作用,造成了2019年4～6月云南上空持续的深厚异常反气旋,云南地区继而出现持续性极端高温事件。     

亚洲夏季风30～60天季节内振荡对中国东部地区持续性极端降水的影响

本文基于1979～2015年中国台站观测的格点化高分辨率降水和NCEP II大气再分析逐日资料,探讨了亚洲季风区夏季30～60天大气季节内振荡（ISO）与长江中下游地区持续性降水异常的关系,重点揭示了南亚和东亚子季风区ISO的相互作用及二者协同引起长江中下游持续性极端降水的物理机制。合成分析表明,南亚和东亚ISO是通过高层辐散环流发生相互作用。在ISO位相1～3（5～7）,异常活跃（抑制）对流从赤道印度洋北传至孟加拉湾—印度次大陆区域,其伴随的高层异常辐散（辐合）环流通过补偿效应,引起南海—热带西北太平洋的异常高层辐合（辐散）,加强了局地的异常下沉（上升）运动,有利于南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流发展并维持。南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流伴随着显著的斜压散度,并进一步激发出一个连接南海和长江中下游的经向垂直环流圈,引起长江中下游强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散）,使得降水持续性偏多（少）,极端降水的发生概率持续地偏高（低）,有利于（不利于）形成持续性极端降水事件。研究还表明,亚洲季风区ISO的强度存在显著的年际变化,并对长江中下游持续性极端降水的发生频次和持续时间具有调制作用。在ISO偏强（弱）年,长江中下游持续性极端降水的发生频次较高（低）,且持续时间较长（短）。     

北半球夏季５００hPa候平均高度场异常持续性的分析

本文应用环流持续性异常判据和旋转主分量分析方法，对１９５１—１９８６年间夏季北半球５００hPa逐候平均高度场进行了计算分析，探讨夏季持续性环流异常的地理分布及持续期的基本特征。结果表明:前１１项旋转主分量的主要高荷载中心，与持续异常的高频数中心或其邻近区域大都基本吻合；候平均环流异常的持续性略高于马尔柯夫过程。但某些区域季节性环流异常及多年趋势性环流异常，通常是由某些环流系统或作用中心多次替换、反复出现的持续性异常所组成的。夏季副热带系统是这类异常的重要组成部分。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

江淮流域夏季降水异常与西北太平洋副热带30～60天振荡强度年际变化的联系

利用1978～2007年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料, 研究了夏季江淮流域降水多寡与30～60天振荡 (ISO) 强度年际变化的联系。结果表明: 江淮流域夏季降水异常与台湾海峡地区及西北太平洋低频能量变化相关显著。定义了ISO强度指数, 对ISO强度指数高低年夏季低频降水以及低频环流的位相合成表明: 高指数年主要通过存在于南海—西北太平洋地区的低频气旋、 反气旋系统的交替活动来影响副热带高压的进退, 从而引起江淮流域夏季降水异常; 低指数年江淮流域夏季降水主要受西太平洋副热带高压位置及强度变化的影响, 降水异常区主要位于江南地区。进一步研究表明, 非30～60天低频降水扰动与低频振荡强度也有很好的相关。低频环流对双周以及天气时间尺度环流变化可能存在调制作用, 这种作用对江淮流域夏季降水的年际异常起到非常重要的作用。