全球海气相互作用关键区及区内气候特征分析

采用合成分析方法研究了南海夏季风的爆发过程及其前期征兆。研究结果表明，在南海夏季风爆发之前，对流首先在中南半岛出现，随后在临近南海夏季风爆发时，菲律宾附近也出现对流活动，这表明菲律宾附近对流活动的出现也是引起南海夏季风爆发的原因之一。在南海夏季风爆发之前，赤道印度洋上（75～95°E）的赤道西风有一次明显的增强过程，它对南海夏季风的爆发也起了十分重要的作用，因为一方面它通过赤道西风的东扩促使南海南部的赤道西风建立和增强；另一方面，它又通过西风的北抬以及激发孟加拉湾的对流扰动发展和北移东传，诱使我国华南沿海西风的增强和南压，从而对南海夏季风爆发产生影响。进一步的研究还表明，印度洋赤道西风和南海南部赤道西风的增强又分别与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的增强以及索马里、85°E附近和105 °E附近向北越赤道气流的增强有关。     

冬季北太平洋海表热通量异常和海气相互作用——基于一个全球海气耦合模式长期积分的诊断分析

利用一个全球海气耦合模式长期积分所给出的资料,分析了冬季北太平洋海表湍流热通量（潜热和感热）异常及其对海表温度（SST）异常的影响,并比较了海表热通量诸分量和海洋内部的动力学过程对SST变化的相对重要性。结果表明,冬季热带外海洋上的湍流热通量是影响SST的主要因子,但在北太平洋中部海水的平流作用也不可忽视。冬季热带外海洋向大气释放的潜热和感热通量与SST倾向（而不是SST本身）之间存在着显著的相关,这同Cayan和Reynolds等利用COADS资料和NCEP资料同化模式分析的结果是一致的。模式诊断的结果支持这样一种看法：和热带海洋不同,冬季热带外海洋上的海气相互作用主要地表现为大气对海洋的强迫作用,而不是相反。模式给出的SST倾向的第一个EOF分量及其与海平面气压场的相关特征同Wallace等从观测资料分析所得到的结果是一致的;进一步的分析表明：在冬季北太平洋的大部分区域（特别是西太平洋）,大尺度大气环流异常在很大程度上决定着SST的异常,而这种决定作用正是通过它对湍流热通量的强烈影响来实现的。     

印度洋海温信息区和海面热交换的特征分析

本文分别研究了印度洋海温信息区和海-气能量输送的年、季分布特征,讨论了印度洋热带地区海-气相互作用的一般形态。得出,印度洋海温可划出三个信息区,在20°s附近和阿拉伯海10°N附近各有—个东西向的最大海-气能量输送区。它们都有明显的季节变化,印度洋重要海区是阿拉伯海和东赤道印度洋,因为该两个海区不仅能表征印度洋海洋热状况的基本性质,而且是印度洋海-气相互作用过程的关键海区。      

中低纬海气相互作用的耦合模态变化研究

利用1948—2003年的NCEP再分析资料和英国气象局Hadley气候预测和研究中心的海表面温度资料,从整体分析地球中低纬三大洋海气耦合系统的角度出发,使用SVD方法研究中低纬海气相互作用的耦合变化。结果表明,中低纬海气相互作用是一个有机的耦合整体,其变化不管从年际还是年代际上都存在耦合相关性,这一点给我们提出了一个新的研究全球范围海气耦合变化的思路。提取的海气耦合基本模态的正、负异常年份的海温和风场异常合成分析结果显示,当赤道东太平洋的海水偏暖时,热带印度洋和热带大西洋的海水也偏暖,热带西太平洋直至中纬度太平洋的海温总体偏冷。就印度洋而言非洲大陆以南30~50 °S的大片海区存在明显的海温负异常。北美洲大陆的东岸30 °N以北和南美洲大陆的东岸30 °S以南的海区都为明显的海温负异常。当赤道东太平洋的海水偏冷时各大海区的海温分布情况反之。      

A numerical study of a TOGA-COARE squall-line using a coupled mesoscale atmosphere-ocean model

1. Introduction Air-sea interaction plays an important role in theglobal seasonal to inter-annual climate variability,most notably, the El Ni?no and Southern Oscillation(ENSO) phenomenon (Webster and Lukas, 1992). Be-cause of its widespread impacts on …     

印度洋海气热通量交换研究

基于综合海洋大气资料集(COADS)资料的研究表明,热带印度洋的海气热通量交换具有明显的区域性特征,在部分海域,如冬季热带印度洋的中东部、夏季的热带西印度洋和北印度洋,它主要表现为海洋对大气的强迫.海洋对大气的这种强迫,主要是通过潜热加热实现的.与潜热加热相比,感热加热尽管是一个小量,但感热异常与表层海温的显著相关,较之潜热明显超前.无论冬季还是夏季,热带印度洋都存在大面积海域,其SST变化难以通过海气热通量交换来解释.     

北太平洋冬季年代际尺度海气相互作用

为了更深了解北太平洋年代际尺度海气相互作用,本文通过对湍流热通量和SST的相关关系进行了研究。当热通量和SSTA正相关时,代表海洋影响大气,而当二者相关系数为负时,表示大气强迫海洋。将整个北太平洋SSTA求平均和把北太平洋分成3个区域求SSTA平均,分别对热通量和SST的关系进行研究。结果表明,北太平洋冬季年代际尺度上的海气相互作用主要表现为海洋强迫大气,而在日本附近海域以及北太平洋中东部,海洋对大气的强迫作用最明显,因此这两个区域是北太平洋冬季年代际尺度上海气相互作用的关键区。     

影响东亚夏季风降水异常的前期海温信号

采用NCEP/NCAR大气再分析资料、HadISST海温数据以及中国东亚季风区的实测降水资料,探讨前期冬季海温与东亚夏季风之间的关系。研究表明,影响东亚夏季风异常的海温变化存在2个关键区,分别位于南印度洋中部和北太平洋东部,关键区的海温与东亚季风区的降水在长江中游有显著正相关,与东亚夏季风指数有显著负相关。基于此,定义了印-太海温指数。强海温指数年的南亚高压、索马里越赤道气流、西太平洋副高偏强,有利于东亚夏季风北进,中国大部降水偏多;弱海温指数年则相反。      

中纬度北太平洋依赖于ENSO事件及独立于ENSO事件的变率特征:观测事实与海气耦合模式模拟

观测事实显示,在E1 Ni(?)o发生期间,伴随着赤道中东太平洋的增暖,中纬度北大平洋中部表层海温（SST）常出现冷距平,而北美大陆西海岸SST则出现暖距平。借助观测资料分析和海气耦合模式模拟两种手段,检验了北太平洋对ENSO事件的上述响应。观测证据和数值模拟都支持有关学者提出的“大气桥”概念,即大气对赤道中东太平洋SST异常增暖的响应,随后强迫中纬度北太平洋,并导致那里SST的变冷,从而起到了连接热带和热带外特别是中纬度北太平洋的“桥梁”的作用。关于其机制,本文认为主要是海洋对大气强迫的动力响应导致那里的SST变冷,尽管潜热通量的贡献也很显著。至少模式结果证明短波辐射、长波辐射和感热通量的贡献都是次要的。进一步的分析揭示,北太平洋存在着线性独立于ENSO事件的所谓“北太平洋模态”,在空间型上,它和线性地依赖于ENSO事件的模态非常相近,即它们的纬向结构都呈现出扁平的“双极”型,只是彼此间SST距平极大值的中心位置不同。模拟结果表明,北太平洋模态与大气的耦合作用,主要是通过海气热通量交换实现的,其中短波辐射和长波辐射的作用居主导地位,而潜热通量的贡献则基本可以忽略。     

REGIONAL DIFFERENCES OF TEMPORAL-SPATIAL CHARACTERISTICS OF AIR-SEA INTERACTIONS IN TROPICAL OCEANS*

The singular value decomposition (SVD) of air-sea interaction in the tropical western,central,and eastern Pacific,and the tropical Atlantic and Indian Oceans has been conducted by using the NCEP/NCAR 40-year reanalysis 1000 hPa monthly wind field and COADS monthly sea surface temperature (SST).Comparisons of the results suggest that these areas can be divided into three types from the viewpoint of air-sea interaction:tropical central-eastern Pacific belongs to monistic type,in which ENSO is the sole important process;tropical western Pacific and Indian Oceans belong to dualistic type,in which in addition to ENSO.there should be an another important process;tropical Atlantic Ocean belongs to pluralistic type,in which the process is complicated and the ENSO cycle is not evident.     

冬季北太平洋南北海温异常对我国汛期雨带类型的影响研究

使用1951—2002年前期（1—5月）北太平洋海温场月平均资料，运用合成分析、多因变量方差分析、判别分析及相关分析方法，探讨我国汛期雨带类型与前期北太平洋海温的时空分布关系。分析表明:尽管汛期各雨带类型对应着前期不同的海温距平场，但它们之间只有部分海域存在显著性差异，且在1月表现最显著。各雨带类型对应海温距平场显著差异关键区主要位于北太平洋的南北海域，即北部中高纬亲潮附近（40°~50°N, 160°E~180°），北太平洋西风漂流区（30°~40°N，175°~145°W）及南部近赤道太平洋中部（10°S~0°, 175°~145°W），且南北海温呈反相关关系。将海温关键区作为判别因子，对雨带类型进行判别分析表明:用多个海温关键区作为判别因子建立的判别方程，其判别准确率比仅用某一海温关键区或海温区之间的和差简单定义的指数作为判别因子建立的判别方程判别准确率高，说明我国东部汛期降水型的分布与多个海温关键区的综合作用是密切相关的。进一步分析判别方程定义的1月海温判别指数与前期高度场和夏季副热带高压各特征量的相关关系表明，该指数对我国汛期雨带类型影响的可能途径是:一是造成大气环流异常，特别是北太平洋涛动的异常，并形成PNA大气遥相关型，从而引起我国汛期降水异常；二是造成西太平洋副热带高压的异常，主要是面积、强度和西伸脊点位置的异常，从而引起我国汛期降水异常。可见，冬季北太平洋海温南北异常与我国汛期雨带类型关系密切，且具有重要的天气气候学意义。     

东海黑潮区潜热变化对中国春季降水的影响及其影响过程

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、哈德来(Hadley)中心海温数据、国家气候中心的观测站降水和客观分析海气通量(OAFlux)潜热感热通量资料,研究了1960~2010年春季黑潮区潜热输送对中国春季降水的影响及其影响过程。本文以黑潮流经的中国东部海域及邻近海域为研究对象,该区域是黑潮的主体区域,在文中简称为东海黑潮区。对中国东海以及邻近海域海温与降水的分析表明,在夏季该区域可能以大气强迫海洋为主,而在春冬两季可能主要为海洋强迫大气为主,秋季则可能为不明显的海气相互作用。在春季西北太平洋区域中感热和潜热都对黑潮流经的区域有比较好的敏感性,黑潮流经区域感热和潜热的气候平均值分别约为30 W m-2与120 W m-2;春季的感热通量标准差大值区主要集中在日本以西区域,潜热通量标准差主要集中在中国东海区域与日本东南区域(即东海黑潮区域)。春季潜热EOF第一模态的主要变化就集中在东海黑潮流域。相关分析与合成分析的结果表明,当黑潮潜热指数为正时,华南地区春季降水偏多,长江以北地区偏少,反之亦然。在物理过程分析中,黑潮潜热指数大于0.8时,长江以南的中国大陆有比较强盛的异常北风,使得水汽无法输送到更北的地区,导致在华南地区水汽的积累,并且在海面出现有利于降水的垂直运动异常延伸到大陆上,使华南地区降水增多,而长江以北的东部地区由于水汽输送偏弱,导致水汽积累偏少,从而降水减少。当黑潮指数小于-0.8时,有较强盛的异常南风,有利于水汽输送到北方地区,水汽在华北地区积累,导致长江以北出现降水正异常,而华南地区由于南风偏强,水汽输送加强,导致水汽无法在此区域积累,并且出现不利于降水的垂直运动异常,从而导致降水偏少。     

REGIONAL DIFFERENCES OF TEMPORAL-SPATIAL CHARACTERISTICS OF AIR-SEA INTERACTIONS IN TROPICAL OCEANS

The singular value decomposition (SVD) of air-sea interaction in the tropical western,central,and eastern Pacific,and the tropical Atlantic and Indian Oceans has been conducted by using theNCEP/NCAR 40-year reanalysis 1000 hPa monthly wind field and COADS monthly sea surfacetemperature (SST).Comparisons of the results suggest that these areas can be divided into threetypes from the viewpoint of air-sea interaction:tropical central-eastern Pacific belongs to monistictype,in which ENSO is the sole important process;tropical western Pacific and Indian Oceansbelong to dualistic type,in which in addition to ENSO.there should be an another importantprocess;tropical Atlantic Ocean belongs to pluralistic type,in which the process is complicatedand the ENSO cycle is not evident.     

A DIAGNOSTIC ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FLUXES AND METEOROLOGICAL ELEMENTS OVER TROPICAL WESTERN PACIFIC

Through the use of the hourly wind, air temperature and humidity, sea surface temperature data measured on board the observing vessel Moana Wave and buoy in the warm pool of western Pacific during the IOP of TOGA COARE, we compute the fluxes over sea surface and analyze the characteristics of the variation ofthe latent heat flux with sea surface temperature. During weak rather than strong wind periods a maximum valueof latent heat flux appears at some points of SST, which is caused mainly by the variations of wind, then by the humidity difference between air and sea and the transfer coefficient with SAT. Using correlation analysis. we also analyze the relationship between the fluxes and meteorological elements during weak wind periods. wester lywind burst periods, and convective disturbed periods etc. The main conclusions are that the latent heat flux ismainly determined by wind, sensible heat flux by the potential temperature difference between air and sea and the momentum flux by wind. The precipitation affects the sensible heat flux through the potential temperature difference and wind.     

南海台风状况下海气界面热量交换研究

根据国家海洋局南海分局的Marex(马瑞克斯)数据浮标观测资料、南海断面线 调查资料和西沙海洋站资料，计算了南海海气界面热量交换值。研究结果表明:不论是夏季还是秋季，在台风环流内海气界面热量交换均非常强烈，主要贡献来自潜热通量(Qv)，位于(20.49°N，114.14°E)附近海域。夏季台风环流内显热通量(Qk)出现负值，海面有效反射辐射(Qe)出现减弱现象；秋冬季节台风环流内Qk量值增加显著均为正值，Qe有加强的现象。分析实测资料发现:1961～1989年8次ElNino事件过程中，西沙海洋站水温比赤道太平洋水温提早出现增暖现象的有4次，水温推迟出现增暖现象的也是4次。西沙海洋站水温增暖出现在12月的仅有1次。ElNino事件发生后，南海水温异常增暖，但是海气界面热量交换反而减弱。     

北太平洋夏季的两个典型层积云区与海温和大气低层热力过程的关系

比较ISCCP D2层积云云量的季节平均图后发现:除了大洋东部常年有层积云外,北太平洋夏季也存在一片大值区.在副热带东北太平洋和中纬度西北太平洋各取一个10°×10°的区域,分别记为NEP和NWP.利用OI-SST、NCEP/NCAR再分析资料和ERBE资料,通过相关和气候分析,提出了新的物理意义明确的稳定度判据,比较了NEP和NWP两个区的夏季层积云云量与海温、大气热力过程的异同.结果表明:夏季,NEP和NWP都有正的稳定度,有利于层积云的形成和维持.NEP区和NWP区夏季的海气温差、感热通量、潜热通量有明显的差异.从海温和夏季层积云云量的相关分析发现:在NEP区,海温滞后于层积云云量,其相关于滞后3个月时有最大负值,这可能是由于海洋有较大的热惯性,对层积云遮蔽太阳辐射而导致洋面降温的响应需要3个月;而在NWP区,则是海温超前于层积云云量,其相关于超前1个月时有最大负值,这可能是由于从5月份开始海温低于气温,且有暖空气平流,有利于随后层积云、层云和雾的形成.     

El Niño－La Niña循环的海－气耦合机制研究

利用１９５０—１９８７年２°×２°格点综合海－气资料（ＣＯＡＤＳ），计算了赤道太平洋洋面（５°Ｓ—３°Ｎ）上逐月平均海温、气压、纬向风、比湿、云以及热量收支各分量的平均值和距平值，分析这些量的演变特征，得出：ＥｌＮｉｎｏ过程中，赤道太平洋洋面上气压梯度减小，东风减弱；赤道中、东太平洋洋面上空气中水汽和云量增加，洋面射入太阳辐射和有效长波辐射减少，感热和潜热交换加强，洋面净获得（损失）热量减少（增加）；ＬａＮｉｎａ过程中，情形相反。最后概括了ＥｌＮｉｎｏ－ＬａＮｉｎａ循环的两种海－气耦合反馈机制。     

ENSO循环的两个不同位相期印度海洋表温度异常的特征分析

通过对ENSO循环的两个不同位相中印度洋地区海表温度变化特征的分析，指出印度洋地区的海温变化与赤道东太平洋地区的海温变化有较好 的相关关系，是ENSO循环的重要组成部分，对应于赤道东太平洋暖位相期，印度洋地区的海温分布为东冷西暖，与此相反，在赤道东太平洋冷位相，印度洋地区的温分布为东暖西冷，进一步的分析还发现，印度洋东，西部地区海温变化纬向差异最明显的区域位于印度洋赤道以南0－25℃附近，且这种差异具有明显的年季变化特征，在整个夏季风期间差异较大，而冬季风期间较小，其中冷位相期间的纬向差异比暖位相期间的纬向差异大，代表印度洋纬向差异的IDM（偶极指数）变化与赤道东太平洋地区的海温变化有很好的正相关关系。     

IMPACT OF AIR-SEA INTERACTION ON THE GENESIS OF TROPICAL INCIPIENT VORTEX OVER SOUTH CHINA SEA: A CASE STUDY

Based on 6-hourly sensible heat flux and latent heat flux from the NCEP Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) and circulation data from the Japanese 25-year Reanalysis (JRA-25), the initial developing process of tropical cyclone Mindulle (1005) in 2010 has been diagnosed to reveal the impact of air-sea interaction over the South China Sea (SCS) on the genesis of its incipient vortex. The results show that the incipient vortex first occurred east of the Luzon Island on 0000 UTC 20 August, suggesting that the topographic forcing of the Luzon Island for easterly winds over the western Pacific might be one of the factors responsible for the formation of the incipient vortex. During the formation stage of the incipient vortex, strong southeasterlies over the SCS caused warm water of the middle and eastern SCS to flow toward the Luzon Island due to Ekman transport resulting from wind stress, leading to an increase of the sea surface temperature and sensible heat flux into the atmosphere. Although the anomalous sensible heating favored surface pressure to reduce, it was not conducive to the increase of local vorticity associated with the vortex above the heating area because, according to the atmospheric thermal adaptation theory, the anticyclonic vorticity would be created in the lower troposphere due to the decreased vertical gradient of the sensible heating. However, the ascending motions occurred over the eastern area of the anomalous sensible heating due to the augmentation of the vorticity advection with increasing height, causing water vapor to condense in the middle and upper troposphere. In turn, cyclonic vorticity was generated in the lower troposphere due to the increased vertical gradient of the condensation latent heating, resulting in the formation and further growth of the incipient vortex. Therefore, the vorticity creation due to the condensation heating played a dominant role during the subsequent enhancing stage of the incipient vortex.     

Interannual variability of the surface heat budget over the northern North Atlantic and North Pacific Oceans

Summary The January anomaly time series for each term of the surface heat budget (solar and longwave radiation, sensible and latent heat fluxes) are calculated for Ocean Weather Stations (OWSs) in the North Pacific and North Atlantic Oceans. The data set used is the Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (COADS). The dominant term is the latent heat flux. The results for OWS P in the northern North Pacific show that the interannual variability of the heat budget parameters is correlated with the synoptic variability of the Aleutian low. There is also an interdecadal signal present in the heat budget anomaly time series, with the sign of the anomaly persisting for about 8–10 years. In contrast, for OWS J in the northern North Atlantic, no correlation is found between the variability of the heat budget parameters and the corresponding synoptic variability of the Icelandic low. The station J air-sea heat fluxes also show a higher frequency variability, compared to those of station P. The results suggest the variability of the January air-sea heat exchange processes are fundamentally different over the two ocean basins.With 3 Figures