中部型ENSO和平流层准两年振荡对冬季北半球平流层臭氧的联合调制作用

利用观测和再分析资料通过合成分析方法,研究了中部型ENSO和平流层准两年振荡（QBO）对冬季北半球平流层臭氧的独立影响和联合调制作用。研究表明,北半球平流层臭氧在中部型厄尔尼诺年增加,而在中部型拉尼娜年减少;准两年振荡东风位相年份,北半球平流层臭氧增加,准两年振荡西风位相结果则相反。相比之下,北半球中、高纬度平流层臭氧异常对准两年振荡活动的响应明显小于其对ENSO活动的响应。进一步研究发现,准两年振荡东风位相会加强中部型厄尔尼诺事件引起的北半球平流层臭氧的增加,而减弱中部型拉尼娜事件造成的平流层臭氧的减少。在准两年振荡西风位相下,中部型厄尔尼诺事件仅导致北半球平流层臭氧含量少量升高,而中部型拉尼娜事件期间臭氧会大幅度减少。因此,准两年振荡东风位相会加强中部型厄尔尼诺事件对北半球平流层臭氧的影响,而减弱中部型拉尼娜事件对北半球平流层臭氧的影响。准两年振荡西风位相会减弱中部型厄尔尼诺而加强中部型拉尼娜事件对北半球平流层臭氧的影响。      

IAP GCM模式大气波谱结构及其在厄尔尼诺年的异常

本文分析了中国科学院大气物理研究所大气环流模式(IAP GCM)模式大气波谱结构(沿纬圈的谐波波谱和时域上的频率谱)及其在厄尔尼诺年的异常。结果表明,超长波是低纬波动的主要空间形式,准40天振荡在一定地理区域内显著存在,并与观测结果有一定联系,它们在厄尔尼诺年均发生明显异常。本工作对鉴定GCM性能及开发GCM的研究领域可能是一种有益的尝试。     

80年代两次厄尔尼诺期间西太平洋及其邻近海区大气加热场的差异

本文分析了1986—1987年与1982—1983年两次厄尔尼诺过程中西太平洋及其邻近海区大气加热场的差异。结果表明:(1)两次厄尔尼诺过程西太平洋及其邻近海区上空大气都是一个很强的热源区,且后一次比前一次更强;(2)两次厄尔尼诺的最强加热区明显不同,后一次的加热场分布异常偏北,前一次又异常偏南,这与同期赤道低压带的变化一致;(3)大气加热强度的明显不同主要是降水潜热的增长不一致形成的。     

中东太平洋ITCZ对两类厄尔尼诺SST异常的敏感性试验

利用MPAS-A(The Model for Prediction Across Scales-Atmosphere)模式设计了中东太平洋热带辐合带CEP-ITCZ(Intertropical Convergence Zone over Central and Eastern Pacific)对两类厄尔尼诺SST(Sea Surface Temperature)异常的敏感性试验,通过试验结果与两类厄尔尼诺年实际大气异常的对比,初步解释了CEP-ITCZ在两类厄尔尼诺年产生不同异常的可能原因。通过CP-EL试验发现,热带太平洋SST异常的第一模态会使中东太平洋低层风场辐合增强,但对辐合带的位置影响不大,与中部型厄尔尼诺对CEP-ITCZ的影响基本一致。通过EP-EL试验发现,热带太平洋SST异常的第二模态会使中东太平洋低层风场产生较大异常,辐合带中心向南移动,辐合带明显减弱增宽,与东部型厄尔尼诺对CEP-ITCZ的影响基本一致。     

热带西太平洋海表温度的季节内变化

热带西太平洋海表温度(SST)具有明显的季节内(30天-60天)变化,它与热带对流活动有着同一时间尺度的耦合关系,位相相差10天-20天.在向东传播的30天-60天振荡以东地区SST异常偏高,海气反馈系统显示出非常明显的30天-60天振荡.同时,也发现具有30天-60天时间尺度位相差海气耦合,在1981年北半球夏季期间在热带西太平洋表现较弱,这一年正是1982年-1983年厄尔尼诺南方涛动(ENSO)事件的前一年.     

The impact of solar activity on the 2015/16 El Ni?o event

最近的海洋表面温度和大气环流异常的数据表明此次2015/16厄尔尼诺事件正在快速衰退。一些研究者预测紧随的拉尼娜事件将在2016年夏季或早秋到来。从太阳活动对热带海洋表面温度的调制作用出发,作者研究了发生在太阳活动峰值年(2014)之后的2015/16厄尔尼诺事件的演变过程。统计和合成分析的结果表明,当厄尔尼诺Modoki指数滞后太阳黑子数两年时,二者存在显著的正相关。在过去的126年(1890–2015)里,每一个太阳活动峰值年之后的1–3年内均明确存在厄尔尼诺Modoki事件的演变过程。这说明可能在太阳活动峰值期,异常强的太阳活动有利于激发产生厄尔尼诺Modoki事件。自2014年以来,季节平均的海洋表面温度异常和风场异常的空间特征更像是两类厄尔尼诺事件的混合物(即东太平洋型厄尔尼诺和厄尔尼诺Modoki),其空间特征受到太阳活动的调控。因此,2015/16 El Ni?o事件中的厄尔尼诺Modoki组分可能是太阳活动的结果,其衰退速度比东太平洋型厄尔尼诺组分较慢。因此,在2016年下半年,微弱的海洋表面温度正异常可能持续存在于赤道中太平洋(日界线附近)和北美西边界附近。     

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。     

1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响

1998和2010年夏季长江流域均发生了明显的洪涝灾害,且都是厄尔尼诺事件的次年(衰亡位相).不同的是:1997/1998年冬季的厄尔尼诺事件是传统东部型,而2009/2010年冬季的厄尔尼诺事件是中部型(EL Ni(n)o Modoki).首先利用中国160个台站月降水观测资料,对比了1998和2010年降水异常情况,结果显示除长江流域多降水这一共同特征外,1998和2010年降水分布还存在一定差异.利用NCEP/NCAR再分析资料,对比了大气环流异常特征.结果表明:与1998年相比,2010年西北太平洋对流层低层异常反气旋中心位置偏北偏西,西太平洋副热带高压偏强、脊线偏北,使得南海孟加拉湾西南风减弱而东亚南风加强,导致自印度洋、南海向内陆的水汽输送减少,而自西太平洋的水汽输送增加并输送到偏北的位置,雨带比1998年偏北,中国西南地区降水比1998年偏少.进一步分析厄尔尼诺的影响,揭示环流形势的变化与中部型厄尔尼诺年赤道太平洋异常上升气流比传统厄尔尼诺年偏西、西太平洋异常下沉气流随之变化有关.利用GFDL大气环流模式AM2.1,进行了给定1998和2010年实际观测海温强迫的试验,显示海温差异能够部分解释观测到的环流异常.最后,将这两个个例与历史合成进行了比较,发现2010年与历史合成的中部型厄尔尼诺存在较大差异,表明中部型厄尔尼诺对中国夏季降水的影响比以前所认识的要复杂.     

Combined effect of the QBO and ENSO on the MJO

本文研究了平流层准两年振荡与ENSO对MJO的协同作用。结果显示:在拉尼娜/准两年振荡东风位相,起源于印度洋到达西太平洋的MJO要比在厄尔尼诺年强。但是在拉尼娜/准两年振荡西风位相,这种关系不复存在。原因在于ENSO和准两年振荡对MJO事件的影响不同。厄尔尼诺年西太平洋地区正水汽平流有利于MJO加强,而准两年振荡西风位相下海洋性大陆地区较强的日循环会使得海洋性大陆屏障作用增强。在厄尔尼诺年,尽管MJO在准两年振荡西风位相下会受到抑制,但是在到达西太平洋是都能得到加强。在拉尼娜/准双周振荡的西风位相下,海洋性大陆较强日循环和西太平洋不利的背景条件都会抑制MJO。     

两类厄尔尼诺事件期间热带大气GILL响应分析

分析了1979—2018年两类厄尔尼诺事件期间月平均热带太平洋海面温度(sea surface temperature, SST)异常、对流降水异常、大气环流异常等特征,发现东部型、中部型厄尔尼诺期间海洋及大气加热场并不是赤道对称,赤道以南热源强度大于赤道以北。大气对热源的响应表现在:1)低层在大气热源西侧出现南、北半球热带相对应的气旋环流异常,但是赤道以南气旋的涡度大于赤道以北,且两类厄尔尼诺事件期间涡度中心的位置不同;到高层赤道中东太平洋呈现赤道对称的反气旋环流控制。2)低层热源的西侧出现西风异常,东侧为东风异常,西风异常的强度与范围明显大于东风异常,且东部型西风异常的强度大于中部型;而到高层,纬向风的风向和低层正好相反。3)低层东部型、中部型厄尔尼诺上升运动异常分别位于赤道中东太平洋和赤道中太平洋,下沉运动出现在热源东西两侧及赤道两侧5°N以北、5°S以南的热带地区;东部型到中层上升运动异常强度达到最大,而中部型到高层上升运动异常强度达到最大。4)低层东部型、中部型厄尔尼诺期间位势高度在中东太平洋为负异常,西太平洋为正异常;到高层,整个赤道中东太平洋地区均为位势高度正异常,并且在赤道两侧分别出现位势高度正异常中心,与反气旋环流涡度中心及下沉运动异常中心相对应。5)除西风异常范围大于东风异常,其他特征与赤道非对称热源GILL响应的理论计算模态基本一致。     

用阴阳历年叠加法预测厄尔尼诺

采用阴阳历年叠加方法,统计了1860～1998年发生的厄尔尼诺事件,发现月亮(阴)和太阳(阳)相对地球运行的19a周期中有5个厄尔尼诺多发时段,综合分析高出平均出现概率的厄尔尼诺多发时段后,就可对厄尔尼诺做出趋势预测,预测未来的厄尔尼诺将在2001年出现。     

热带太平洋、印度洋海温异常在菲律宾海异常反气旋建立过程中的作用

利用NCEP/NCAR的1948—2000年逐月再分析资料、NOAA气候诊断中心的1948年1月—2000年1月的海表温度扩展重建资料、美国NOAA2-CIRES气候诊断中心提供的1974年6月—2008年1月向外长波辐射资料,采用诊断分析方法主要探讨了热带太平洋、印度洋海温异常事件在热带低层异常反气旋东移发展最后到达菲律宾海成为菲律宾反气旋过程中的作用。结果表明:(1)初秋南亚印度洋上发展起来的低层异常反气旋在东部干冷西部湿热的水平不对称分布和热带西太平洋海洋性大陆上存在的大尺度辐散异常条件下都会向东移动发展,而上述条件与热带海表温度异常及其演变特征有着密切联系。(2)单纯厄尔尼诺事件,单纯印度洋正偶极子事件下的海温异常分布特征有利于形成东部干冷西部湿热的水平不对称分布和热带海洋大陆上的大尺度辐散异常。相对于厄尔尼诺事件,印度洋正偶极子事件是一个较弱且短暂的海洋事件,因此单纯印度洋正偶极子事件下到达菲律宾海地区的低层异常反气旋(即菲律宾异常反气旋)相对较弱,持续时间短。(3)在有印度洋正偶极子发生的厄尔尼诺事件中,两大洋的海温异常分布和显著的大尺度辐散异常更加有利于低层异常反气旋东移发展,在两大洋共同作用下使到达菲律宾海的低层异常反气旋(即菲律宾异常反气旋)相对于在单纯的某种海温异常事件作用的菲律宾异常反气旋强度更大,持续时间更长。     

两次超强厄尔尼诺事件海温异常与次年中国东部夏季降水特征对比

利用NOAA逐月海表温度(SST)资料,NCEP/NCAR风场、高度场和比湿再分析资料和国家信息中心提供的753站逐日降水资料,对比分析了1997/1998年和2015/2016年两次强厄尔尼诺事件的海温异常分布特征、次年中国东部夏季降水以及环流异常特征,结果表明:1)2015/2016的厄尔尼诺事件是自1950年以来持续时间最长,强度最强的一次事件,日界线附近的海温较1997/1998年的偏高。2)1997/1998年厄尔尼诺事件次年华南西部、江南北部到长江流域、黄淮北部到华北南部以及我国东北地区降水较常年偏多。而2015/2016年厄尔尼诺事件次年降水范围和强度相对较小,强雨带主要分布在长江流域一带、黄淮地区和华北一带及河套北部。3)1997/1998年事件次年夏季西北太平洋副热带高压强盛,位置偏西,脊线偏南,向上垂直质量输送异常偏强、高低层水平风场配合以及水汽通量异常辐合偏强均有利于长江流域一带以及我国东北地区降水产生,而2015/2016年事件次年的副高相对偏弱,且脊线位置偏北、偏东,水平、垂直异常环流和水汽偏弱,因此降水范围和程度较1997/1998年的偏弱。从海温分布型和次年对我国东部夏季降水造成的影响上看,2015/2016年的超强厄尔尼诺事件有别于传统东部型事件。     

赤道中东太平洋表层水温异常与热带气旋活动的统计关系

利用1950-2005年西北太平洋热带气旋(TC)和赤道中东太平洋表层水温(SST)资料,统计分析了赤道中东太平洋表层水温异常与TC频数、强度、源地和路径等的关系.结果表明,赤道中东太平洋暖异常年:(1)TC发生频数偏少,较常年平均偏少2～3个,但强度偏强,强台风和超强台风发生数偏多,较常年平均偏多1个左右,且随着暖异常强度的增强,TC发生频数偏少,强度增强愈加明显;(2)TC生成位置偏东偏南,145°E以东海区TC生成频数较冷异常年和La Nina年增加明显;(3)TC路径偏东,转向路径出现频次增加,西向路径出现频次减少,从而导致日本东部海区TC通过频数增加,而我国南海和华东沿海TC通过频数减少;(4)在我国登陆的TC频数偏少,较常年平均偏少1～2个.赤道中东太平洋冷异常年,情况基本与上相反.上述影响主要是由于赤道中东太平洋SST异常导致大气环流发生异常造成的.     

Study of El Ni(n)o events of different types and their potential impact on the following summer precipitation in China

利用1951-2009年线性最优插值全球海温资料,NCEP/NCAR再分析大气资料,以及中国160个站的降水资料等,重点分析了不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变特征及对应的热带大气的响应情况,并进一步探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对次年夏季中国降水的可能影响.根据厄尔尼诺事件发展达到盛期时海温距平的分布特点,将1950年以来的厄尔尼诺事件分为东部型、中部型和混合型.不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变及后期的发展都表现出较为明显的差异,对应的热带太平洋上空向外长波辐射距平分布及热带印度洋-太平洋上空的沃克环流异常也表现出明显的不同.在厄尔尼诺的次年夏季,通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统,东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈现南方型(Ⅲ类)、中间型(Ⅱ类)和北方型(Ⅰ类)的分布特点.     

2015/2016年强厄尔尼诺过程及其对全球和中国气候的主要影响

根据全球气候系统和中国的最新观测资料,分析了2015/2016年ENSO循环过程,讨论了强厄尔尼诺过程对2015年全球温度和极端天气气候灾害的可能影响,重点研究了其对中国夏季和秋冬转换季节的降水异常的影响。指出自2015年春季开始,厄尔尼诺条件迅速发展,使得2015年厄尔尼诺成为有观测记录以来最强的三次厄尔尼诺之一,同时由于前期(2014年春季开始)赤道太平洋异常热状况的维持,这次厄尔尼诺也可以视为最长的厄尔尼诺过程。受到长期气候变化趋势和强厄尔尼诺等共同影响,2015年全球地表温度和中国陆面气温均创有观测以来的最高记录。强厄尔尼诺事件在2015年给全球许多地区带来了灾害性天气气候事件,也使得中国夏季华北地区,特别是河套地区、内蒙古中部和环渤海湾地区降水显著减少,并造成一些地区夏季严重干旱。在2015年11-12月厄尔尼诺峰值时期,受到西北太平洋对流层低层菲律宾反气旋性异常环流和中高纬度欧亚-太平洋遥相关型负位相异常环流的共同影响,中国东部出现偏南风异常,造成南方地区降水明显增多,而北方地区偏北风气流受到抑制,PM2.5浓度异常偏高,雾霾天气频繁发生。目前,这一事件快速减弱,但其对全球和中国气候的影响在未来几个月仍将持续。      

1986/1987厄尔尼诺期间的西风强化和海气相互作用过程分析

本文利用欧洲中期数值天气预报中心(ECMWF)西北太平洋上空(25°—35°N,110°—180°)850 hPa客观分析的西风分量,计算了1986/1987厄尔尼诺期间的西风强度.结果表明1986年12月—1987年5月西风的累计强度比1986/1987厄尔尼诺前后诸年份同期的西风更强,这种强化与历次厄尔尼诺期间西北太平洋副热带高压的加强是一致的,都反映了哈德莱环流的强化.为了探讨大气环流发生这种变化的原因,作者利用中美海气观测期间的海洋资料,说明了热带两太平洋东部对低纬度大气异常的加热和西部边界流向中纬度海洋输送热量的减少是两个十分重要的原因.     

广西春季低温阴雨预测概念模型

分析广西春季低温阴雨周期性及其QBO特征,太阳黑子相对数、厄尔尼诺事件与广西春季低温阴雨的关系,以及广西春季低温阴雨前期500hPa环流的演变特征,得出:(1)广西低温阴雨天气具有准2a周期.(2)在太阳黑子暴发年,破坏了低温阴雨的准2a周期振荡,全区低温阴雨结束期为偏早趋势;在太阳黑子相对数低值年,广西低温阴雨天气的变化存在22a左右的周期.(3)受东传型厄尔尼诺事件的影响,全区大部低温阴雨结束期偏迟,总日数偏多.西传型厄尔尼诺事件的影响,全区大部低温阴雨结束期偏早,总日数偏少,无全区性结束期偏迟,总日数偏多的年份.(4)广西春季低温阴雨前期500hPa环流演变具有较明显的持续性.建立了低温阴雨天气预测概念模型.     

1845—1988年期间厄尔尼诺事件与我国西北旱涝

本文应用1958—1988年陕、甘、宁、青四省(区)3—9月的降水量资料,分析了厄尔尼诺事件当年与次年西北降水量的差异性,结果表明在厄尔尼诺事件当年,青海省东部、甘肃有中东部、宁夏全区和陕北降水量明显偏少,而在厄尔尼诺事件次年明显偏多,上述地方降水量差异是显著的.根据Quinn等人划分的历史厄尔尼诺事件资料及西北各省近500年气候历史资料,我们分析了1845—1957年厄尔尼诺事件与西北旱涝的关系,从这些定性或半定量的资料分析中可以看出,上述结论在历史上也是成立的.特别是西北历史上的几个大旱年,基本上出现在连续发生厄尔尼诺事件的年份中.     

平流层极涡振荡与ENSO热带海温异常的时空联系

利用一个在等熵位涡坐标下建立的平流层极涡振荡(Polar Vortex Oscillation)指数,以及NCEP/NCAR再分析资料和NOAA_OISST_V2逐周海温资料,研究了月尺度以上热带海温异常与平流层极涡振荡的时间和空间联系,通过相关、回归以及合成分析发现,两者的显著联系主要发生在3—5年的年际时间尺度上,表现为ENSO型海温异常与极涡振荡年际趋势之间的时空关联。首先,两者的关系并不表现在同期相关上,而是当ENSO海温异常超前极涡振荡年际异常9—11个月时,两者具有最大的负相关关系。当前期热带海温偏暖(冷)时,9—11个月后极涡振荡的年际趋势为负(正)的异常,即极涡偏弱(强)或负(正)振荡事件为主。统计合成结果进一步证实,前期热带ENSO海温暖事件背景下,后期极涡振荡负事件的发生比正事件更多,强度更强,持续时间也更长,反之亦然;另外,前期热带ENSO暖海温背景下,极涡正、负振荡事件的发生均更频繁。研究连接热带ENSO海温异常与平流层极涡振荡的过程发现,热带海温异常不仅可在热带地区引起大气温度的异常响应,而且可以引发从平流层热带到极区的一系列温度异常同时向下和向极区的传播过程,并与9—11个月以后发生在极区的极涡振荡异常相联系。表明与热带海温异常相联系的极涡振荡年际异常,可能存在与季节尺度极涡振荡中类似的全球质量环流的异常变化。