不同强度El Ni?o的衰减过程.Ⅱ,中等和较弱El Ni?o的衰减过程

在第二部分,我们研究了中等和较弱El Ni?o的衰减过程. 结果表明,对中等El Ni?o而言,在其发展阶段和盛期,负异常信号在西太平洋产生,但由于强度不足,在El Ni?o盛期之后迅速衰减,这是一种夭折的类西太平洋振子过程. 因此,与强El Ni?o不同,中等El Ni?o衰减进入平常态. 而较弱El Ni?o以截然不同的另一种方式进行位相转换,伴随东南太平洋副高的加强和西移,东风异常和海表温度负异常自赤道东太平洋向西扩展,这是一种平流模态过程,导致较弱El Ni?o衰减进入La Nia.     

夏季西北太平洋大气环流异常及其与热带印度洋-太平洋海温变化的关系

本文分析了夏季西北太平洋大气环流异常特征及其与海温变化的关系,发现夏季西北太平洋异常反气旋/气旋(WNPAC/WNPC)是西北太平洋地区对流层中低层存在的重要大气环流异常现象,与东亚-西北太平洋低纬度至高纬度的经向PJ波列及欧亚中高纬度东西纬向波列的变化有关,通过与中高纬度环流变化的联系,对东亚及欧亚中高纬度气候有重要影响.夏季WNPAC/WNPC与热带海温变化的关系存在明显的不对称性,显著的WNPAC一般出现在El Niño衰减年夏季,与前期El Niño成熟年冬季的赤道东太平洋暖海温异常和El Niño衰减年春夏季印度洋海盆尺度的暖海温异常有明显的正相关关系,进一步表明了WNPAC在El Niño事件影响夏季气候中的重要桥梁作用;而夏季显著的WNPC与前期和同期热带海温变化的关系存在明显的不确定性,主要与夏季热带印度洋和赤道中东太平洋之间东暖西冷的热力差异异常引起的孟加拉湾-赤道西太平洋西风异常有关.进一步分析WNPAC/WNPC与海温变化关系不对称的可能原因,发现El Niño和La Niña衰减年夏季热带印度洋和太平洋海温变化所引起的印-太之间海温(热力)差异的一致性特征可能是导致WNPAC/WNPC与海温变化关系不对称的主要原因.     

不同强度El Ni(n)o的衰减过程.Ⅱ,中等和较弱El Ni(n)o的衰减过程

在第二部分,我们研究了中等和较弱El Ni(n)o的衰减过程. 结果表明,对中等El Ni(n)o而言,在其发展阶段和盛期,负异常信号在西太平洋产生,但由于强度不足,在El Ni(n)o盛期之后迅速衰减,这是一种夭折的类西太平洋振子过程. 因此,与强El Ni(n)o不同,中等El Ni(n)o衰减进入平常态. 而较弱El Ni(n)o以截然不同的另一种方式进行位相转换,伴随东南太平洋副高的加强和西移,东风异常和海表温度负异常自赤道东太平洋向西扩展,这是一种平流模态过程,导致较弱El Ni(n)o衰减进入La Ni(n)a.     

厄尔尼诺持续时间与大气环流异常形势

针对不同持续时间的El Nio事件,进行了大尺度大气环流及其演变的合成分析研究.其结果清楚地表明,不同持续时间的El Nio事件的发生、发展和消亡过程,对流层低层风场和对流层高层速度势场的距平都有极为显著差异.分析得到了对El Nio事件的发生和消亡起着重要作用的大气环流异常形势.还发现对于持续时间较长的El Nio事件,东北太平洋上850hPa异常气旋性环流减弱和西北太平洋上异常反气旋性环流增强较慢,因此赤道太平洋异常西风维持的时间也较长,而与澳大利亚冬季风加强相关联的南半球西太平洋的速度势正距平的维持,对El Nio的持续也起一定作用;对应持续时间较短的El Nio事件,西太平洋上200hPa速度势正距平的迅速东移,对El Nio的迅速消亡起重要作用.     

中国东部土壤湿度异常和厄尔尼诺对中国东部夏季降水的作用比较

利用中国气象科学研究院气候系统模式CAMS-CSM中大气和陆面的耦合版本进行了土壤湿度和热带太平洋海温异常影响东亚夏季风的数值模拟,探讨了中国东部从长江中下游到华北(YRNC)春季土壤湿度和厄尔尼诺(El Ni?o)在影响夏季东亚环流和中国东部降水中的作用及其机理.结果表明,中国东部春季土壤湿度和El Ni?o海温异常均对东亚夏季风有显著的影响,其中土壤湿度对中国东部夏季降水的影响略大于海温的作用,然而两者对东亚夏季风环流和中国夏季降水的作用显著不同. YRNC土壤偏湿(干)引起的降水异常模态为中国北部和东南降水偏少(多),而长江流域和东北降水偏多(少),环流上YRNC土壤偏湿(干)能引起西太平洋副热带高压显著偏强(弱)偏西(东)和东亚大槽偏深(浅),表现为弱(强)夏季风形态. El Ni?o对降水的影响显著不同于土壤湿度的作用,在El Ni?o发展期的夏季,中国东北和华北地区为异常反气旋,长江中下游和华南地区为异常气旋,西太平洋副热带高压偏弱,引起长江下游、华南降水偏多,华北降水偏少.在El Ni?o衰减期的夏季,中国东北地区存在一个异常气旋,华南有一个异常反气旋,异常反气旋西部的偏南气流和异常气旋西部的偏北气流在中国中部和北部地区汇合,使得夏季华北和长江中游地区降水增多,其余地区降水偏少.     

区分热带太平洋两类厄尔尼诺事件的海表面盐度指数

本研究利用再分析资料和观测数据得到用来区分热带太平洋两种类型El Ni?o事件(中太平洋El Ni?o (CP El Ni?o)和东太平洋El Ni?o (EP El Ni?o))的海表面盐度(SSS)指数.通过计算SSS异常与海表面温度(SST)的空间和时间相关性,识别出了与CP和EP El Ni?o事件相关的SSS关键区.确定出的EP El Ni?o事件SSS关键区位于以(0°,130°E)为中心的弧形区域和由赤道太平洋覆盖(5°S～5°N, 175°W～158°W)的区域; CP El Ni?o事件SSS关键区位于西太平洋东北部(2°S～9°N, 142°E～170°E)和东南太平洋(20°S～10°S, 135°W～95°W).本研究中获得的CP和EP El Ni?o事件的关键区与传统的回归和合成方法不一致,并不位于赤道太平洋的日界期线附近.根据这些关键区,分别构建SSS指数,称为CSI指数(CP El Ni?o SSS index)和ESI指数(EP El Ni?o SSS index),用于独立区分CP和EP El Ni?o事件.利用不同时段的多种来源的数据进行检验,表明CSI和ESI可以有效地用于区分两类El Ni?o事件,并作为监测ENSO的另一个有效工具.本研究为表征和理解El Ni?o事件的多样性提供了可能的新方法.     

赤道MJO活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979—2013年NCEP/DOE再分析资料的大气多要素日平均资料、美国NOAA日平均向外长波辐射资料和ERSST月平均海温资料,分析赤道大气季节内振荡(简称MJO)活动对南海夏季风爆发的影响及其与热带海温信号等的协同作用.结果表明,赤道MJO活动与南海夏季风爆发密切联系,MJO的湿位相(即对流活跃位相)处于西太平洋位相时,有利于南海夏季风爆发,而MJO湿位相处于印度洋位相时,则不利于南海夏季风爆发.赤道MJO活动影响南海夏季风爆发的物理过程主要是大气对热源响应的结果,当MJO湿位相处于西太平洋位相时,一方面热带西太平洋对流加强使潜热释放增加,导致处于热源西北侧的南海—西北太平洋地区对流层低层由于Rossby响应产生气旋性环流异常,气旋性环流异常则有利于西太平洋副热带高压的东退,另一方面菲律宾附近热源促进对流层高层南亚高压在中南半岛和南海北部的建立,使南海地区高层为偏东风,从而有利于南海夏季风建立;当湿位相MJO处于印度洋位相时,热带西太平洋对流减弱转为大气冷源,情况基本相反,不利于南海夏季风建立.MJO活动、孟加拉湾气旋性环流与年际尺度海温变化协同作用,共同对南海夏季风爆发迟早产生影响,近35年南海夏季风爆发时间与海温信号不一致的年份,基本上是由于季节转换期间的MJO活动特征及孟加拉湾气旋性环流是否形成而造成,因此三者综合考虑对于提高季风爆发时间预测水平具有重要意义.     

地球自转与El Ni 0--海气耦合理论

从低纬的海气耦合的浅水模式方程组出发,运用正交模和特殊函数的方法进一步讨论地球自转速率变化对海气耦合系统的影响.研究表明:地球自转速率的变化通过海气耦合一方面使大气和海洋的Kelvin波和Rossby波的移动及稳定性发生变化,另一方面使纬向风、洋流和海表温度发生变化.特别是在地球自转减慢时,通过海气耦合,出现纬向风和洋流异常和大洋东部海表温度增加,从而导致引起全球气候异常的El Ni o现象.     

不同强度El Nino的衰减过程.Ⅰ,强El Nino的衰减过程

将1951～2004年期间的12次El Nino事件分为强、中等、较弱和弱4类,结果发现,强和较弱El Nino衰减进入La Nina,但是中等和弱El Nino衰减进入平常态.因此,El Nino的衰减结果与自身强度之间存在密切的非线性关系.进一步的研究表明,负异常信号自西太平洋向中东太平洋的东传主导了强El Nino事件向La Nina的转变过程,其具体动力过程类似于西太平洋振子理论.热带西北太平洋（WNP）大气异常反气旋在强El Nino位相转变中起核心作用,它的维持和缓慢东移是赤道东风异常维持和发展的原因,而后者通过激发Kelvin波导致了ENSO从El Nino向La Nina的转变.     

中国华北雾霾天气与超强El Ni?o事件的相关性研究

2015年11—12月,全国接连发生七次大范围、持续性雾霾天气过程,其中,11月27日—12月1日的雾霾天气过程持续时间长达五天,成为2015年最强的一次重污染天气过程;12月19-25日重度雾霾再次发展,影响面积一度达到35.2万km~2.本文利用多种数据资料通过个例对比和历史统计详细分析了超强El Ni?o背景下雾霾天气频发的天气气候条件.其结果清楚表明:2015年11—12月欧亚中高纬度以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱,使得影响我国的冷空气活动偏少,我国中东部大部地区对流层低层盛行异常偏南风,大气相对湿度明显偏大,并且大气层结稳定,对流层底层存在明显逆温.上述大气环流条件使得污染物的水平和垂直扩散条件差,因此在有一定污染排放的情况下,造成了重度雾霾天气过程的频发.由此,超强El Ni?o事件所导致的大尺度大气环流异常是我国中东部,尤其华北地区冬季雾霾天气频发的重要原因之一.     

青藏高原热状况和海温异常对亚洲季风季节转换年际变化的影响

本文根据季节转换前后副高脊面附近经向温度梯度变号的本质，利用相关分析和合成分析等方法研究了季节转换年际变化与外部影响因子的联系. 结果表明，冬春季青藏高原热状况和ENSO（El Nio/Southern Oscillation，厄尔尼诺/南方涛动）是决定亚洲季风区季节转换年际变化的主要因素. 当冬、春季海温呈现El Nio异常时，Walker环流减弱，于是西太平洋暖池区对流活动受到抑制，而赤道东太平洋对流活动加强则强迫赤道印度洋地区产生绝热下沉运动，使得印度洋地区大气偏暖，结果增大了南北向温度梯度，季节转换往往偏晚. 反之，季节转换偏早. 初春高原上空对流层中高层的气温异常对于判断季节转换迟早有很好的指示意义.     

积雪在El Niño影响东亚夏季气候异常中的作用

本文利用1948-2010年Global Land Data Assimilation System（GLDAS）NOAH陆面模式资料、GPCC月平均降水资料和NCAR/NCEP全球月平均再分析资料,采用滤波、距平合成和线性相关等方法,分析了El Niño成熟位相冬季欧亚大陆积雪异常的分布特征,研究了关键区积雪融化对后期春、夏季土壤湿度、土壤温度以及大气环流与降水的影响,揭示了El Niño事件通过关键区积雪储存其强迫信号并影响东亚夏季气候异常的机制和过程.主要结论如下：El Niño成熟阶段冬季伊朗高原、巴尔喀什湖东北部和青藏高原南麓区域是雪深异常的三个关键区,这些区域的雪深、雪融和土壤湿度有明显的正相关;这三个关键区雪深异常通过春季融雪将冬季El Niño信号传递给春、夏季局地土壤湿度,通过减少感热通量和增加潜热通量对大气环流产生影响;春末夏初伊朗高原土壤湿度异常对东亚夏季气候异常的影响最大,其引起的降水异常与El Niño次年夏季降水异常分布基本一致,春夏季青藏高原南麓和巴尔喀什湖附近土壤湿度也都明显增加,均会对中国华北降水增加有显著正贡献.总之,在利用El Niño事件研究和预测东亚夏季气候异常时,还应考虑关键区雪深异常对El Niño信号的存储和调制作用.     

FOAM海气耦合模式中印度洋海温年际变化在厄尔尼诺不同发展阶段的影响

热带印度洋与热带太平洋是全球海气耦合最活跃的区域之一,两者的海温场中均存在着显著的年际变化模态,而且这两个洋盆间的海温异常模态间是相互联系的.本文采用一个复杂的全球海气耦合模式,模拟了两组分别包含和不包含热带印度洋海温年际变化对热带大气强迫的耦合试验,对比研究印度洋海温年际变化在厄尔尼诺事件演变中的贡献.结果表明,热带印度洋海温年际变化的存在使得厄尔尼诺事件的成熟期强度增加,且在厄尔尼诺的发展年秋季出现明显的快速增长.但在厄尔尼诺衰亡年,热带印度洋海温年际变化却使得热带太平洋暖海温减弱甚至转变为冷海温,使得厄尔尼诺事件的演变周期减短.具体来讲,发生于厄尔尼诺发展年的印度洋偶极子正异常事件能够在热带印度洋东部到热带西太平洋之间强迫出一支异常的下沉气流及异常Walker环流,加强原有的西太平洋低层西风异常,通过海洋平流及波动调整过程增强厄尔尼诺期间太平洋的暖海温异常;而在厄尔尼诺衰亡年出现的印度洋全洋盆增暖则在南亚季风爆发的背景下,在印度大陆上空产生一支明显的异常上升气流,激发西太平洋东传的Kelvin波及低层大气的东风异常,削弱了热带太平洋洋面的西风异常,促使厄尔尼诺从暖位相向冷位相转化,并使得西北太平洋出现反气旋式大气环流和降水的减少.因此,印度洋海温偶极子模态主要影响厄尔尼诺事件的发展阶段,而印度洋海温洋盆一致变化模态显著影响厄尔尼诺事件的衰亡阶段,两者均可通过改变大气环流而遥强迫太平洋海域.     

北太平洋海温与广西前汛期降水的联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海温资料、NOAA以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了北太平洋海温异常与广西前汛期降水的同期联系,并初步探讨了前者对后者的影响及可能机制,结果表明：北太平洋关键区海温是广西前汛期降水的显著影响源,海温正位相(负位相)的异常分布在一定程度上导致了广西前汛期降水增多(减少).北太平洋关键区海温变化可以独立于赤道中东太平洋影响前汛期降水,而赤道中东太平洋海温变化可以起到调制作用,增强两者联系.北太平洋为正位相海温异常时,大气为“+-+”的经向三极型位势高度异常响应.与此同时,海温异常激发了向下游中高纬传播的Rossby波列,引起东亚沿岸位势高度正异常和反气旋环流异常.在上述机制下,贝加尔湖高压脊和东亚大槽均显著增强,使得中高纬冷空气更易南下.赤道中东太平洋海温的调制作用体现在对中低纬环流的影响.关键区海温正位相对应于赤道中东太平洋海温偏暖,后者引起局地异常上升运动,减弱Walker环流进而导致赤道西太平洋出现下沉异常,抑制了对流活动,在西北太平洋强迫出异常反气旋,使得副高加强西伸.副高...     

三大洋对2020年6月长江流域破纪录强降水的影响

2020年6月长江流域的降水量破了1979年以来的纪录.研究表明三个大洋(太平洋、印度洋和大西洋)都有贡献,但是大西洋起到主导作用.三大洋的海温异常可以影响两个区域的相对涡度异常:一个是位于华北地区的200-hPa相对涡度(华北涡度)负异常,另一个是位于南海的850-hPa相对涡度(南海涡度)负异常.长江流域的降水异常主要受到华北涡度相关的大气过程控制. 5月西北大西洋的海温正异常可以引起6月中纬度北大西洋的位势高度正异常,进而通过横跨欧亚大陆的大气波列影响华北涡度,从而造成长江流域的降水正异常.而印度洋和热带北大西洋,作为前一年冬季太平洋El Ni?o事件的电容器,可以引起南海涡度负异常(反气旋性环流异常),通过进一步加强水汽输送增强长江流域的降水.本研究表明5月西北大西洋海温是6月长江流域降水很好的预测因子,并且强调三大洋海温对中国极端天气和气候事件的重要作用.     

El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型的数值模拟

给定1948～1999年逐月变化的全球观测的海表温度分布，使用全球大气环流模式（CCM3/NCAR）模拟了大气对海表温度变化的响应，利用SVD和合成检验方法，分析了El Nino发展阶段夏季、成熟阶段冬季以及衰亡阶段夏季东亚大气环流的年际异常型.结果表明：El Nino发展阶段夏季，中国东北、朝鲜半岛以及日本海附近为高度负异常中心，西太平洋副高偏弱、偏东，东亚夏季风增强；El Nino成熟阶段冬季，东亚大槽加强，东亚北部冬季风加强；El Nino衰亡阶段夏季，西太平洋副高偏强、偏南、西伸，东亚夏季风减弱；El Nino事件在其衰亡阶段夏季与东亚大气环流异常的关系最紧密，其次是成熟阶段冬季，最后是发展阶段夏季.模拟的El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型易于解释以往研究中观测分析揭示的由El Nino造成的我国东部气温和降水异常型.     

Using CMIP5 model outputs to investigate the initial errors that cause the “spring predictability barrier” for El Nio events

Most ocean-atmosphere coupled models have difficulty in predicting the El Nio-Southern Oscillation(ENSO) when starting from the boreal spring season. However, the cause of this spring predictability barrier(SPB) phenomenon remains elusive. We investigated the spatial characteristics of optimal initial errors that cause a significant SPB for El Nio events by using the monthly mean data of the pre-industrial(PI) control runs from several models in CMIP5 experiments. The results indicated that the SPB-related optimal initial errors often present an SST pattern with positive errors in the central-eastern equatorial Pacific, and a subsurface temperature pattern with positive errors in the upper layers of the eastern equatorial Pacific, and negative errors in the lower layers of the western equatorial Pacific. The SPB-related optimal initial errors exhibit a typical La Ni-a-like evolving mode, ultimately causing a large but negative prediction error of the Nio-3.4 SST anomalies for El Nio events. The negative prediction errors were found to originate from the lower layers of the western equatorial Pacific and then grow to be large in the eastern equatorial Pacific. It is therefore reasonable to suggest that the El Nio predictions may be most sensitive to the initial errors of temperature in the subsurface layers of the western equatorial Pacific and the Nio-3.4 region, thus possibly representing sensitive areas for adaptive observation. That is, if additional observations were to be preferentially deployed in these two regions, it might be possible to avoid large prediction errors for El Nio and generate a better forecast than one based on additional observations targeted elsewhere. Moreover, we also confirmed that the SPB-related optimal initial errors bear a strong resemblance to the optimal precursory disturbance for El Nio and La Nia events. This indicated that improvement of the observation network by additional observations in the identified sensitive areas would also be helpful in detecting the signals provided by the precursory disturbance, which may greatly improve the ENSO prediction skill.     

超强厄尔尼诺事件“春季可预报性障碍”及其误差增长动力学分析

基于一个中等复杂程度模式(ICM)集合预报系统(EPS)产生的海表温度距平(SSTA)预报产品,从误差增长的角度探讨了2015/16超强El Nio事件的"春季可预报性障碍"(SPB)问题.通过分析集合预报成员预报误差的增长倾向,发现了2015/16 El Nio事件的预报误差增长呈现显著的季节依赖性,且在春/夏季具有最大增长率,表明ICM-EPS对2015/16 El Nio事件的预报发生了明显的SPB现象.进一步分析表明,上述SPB现象不是由ICM初始场的不确定性引起,而是由其模式误差导致,而ICM-EPS集合预报成员的平均滤掉了部分模式误差的影响,减弱了SPB现象,从而使得2015/16 El Nio事件的预报产生较小的预报误差.通过探讨由海温方程的倾向误差表征的模式误差,该研究揭示了导致SPB现象发生的倾向误差的主要空间特征,并阐明了ICM-EPS低估2015/16El Nio事件强度的原因.此外,本文也揭示了导致显著SPB现象,尤其是导致最大预报误差的SSTA倾向误差的结构特征.该倾向误差的SSTA分量具有赤道中东太平洋负异常,西太平洋正异常的纬向偶极子结构,与Duan等提出的最敏感非线性强迫奇异向量(NFSV)-倾向误差高度相似,从而表明NFSV-型倾向误差也存在于实际的El Nio预报中.该研究也探讨了其他超强El Nio事件,如1982/83和1997/98事件,得到了类似的结果.因此,如果利用NFSV-型倾向误差校正ICM模式误差,ICM-EPS可大大提高超强El Nio事件的预报技巧.     

北太平洋海冰, 一个西北太平洋台风生成频次的预测因子?

研究了北太平洋海冰面积与西北太平洋台风生成频次的关系. 研究表明冬季(前一年12月至1, 2月)和春季(3~5月)北太平洋海冰面积指数与全年的西北太平洋台风活动频次在1965~2004年中有显著的反相关关系, 相关系数分别为-0.42和-0.49(显著性水平达到99%以上). 冬、春季北太平洋海冰面积越大, 西北太平洋台风生成频次减少. 研究表明与春季北太平洋海冰面积正异常相关的热带环流和海温异常将提供不利于西北太平洋台风生成的热力和动力条件. 与春季北太平洋海冰面积的异常相关的北太平洋大气环流, 将通过大气遥相关引起春季热带环流的变化, 由于热带环流在春季到台风生成的盛期(6~10月)有很强的季节持续性, 因此, 与春季北太平洋海冰面积变化相关的热带环流和海温能够影响西北太平洋台风的生成频次.     

热带太平洋沃克环流变化的数值模拟

针对LASGBAP发展的耦合系统模式FGOALS-g2和FGOALS—s2,评估了其对热带太平洋沃克环流气候态的模拟能力,在此基础上,分析了沃克环流的变化特征,讨论了沃克环流变化的机理。对20世纪历史模拟结果的分析表明,两个模式均能够合理再现热带太平洋沃克环流气候态分布特征。观测中,过去百年（1900—2004年）和过去55年（1950～2004年）,沃克环流减弱,而近23年（1982～2004年）,沃克环流增强。在三个时间段内,FGOALS-g2模拟的沃克环流均减弱。FGOALS-s2中,过去百年赤道太平洋大气环流减弱,整个热带太平洋大气环流变化不明显;而在过去55年和近23年,模拟的沃克环流均增强。沃克环流变化模拟偏差与模式模拟的内部变率与观测不一致有关。降水与边界层向对流层输送的水汽相平衡的水循环约束关系可以很好地解释沃克环流的变化。FGOALS—g2中,在过去百年、55年和23年间,热带西太平洋降水相对变率（△P／P）增幅小于水汽相对变率（△q/q）增幅、东太平洋冷舌区△P/P增幅大于△q／q增幅,造成沃克环流减弱。FGOALS—s2中,在过去55年及23年间,热带西太平洋对流质量交换增强,东太平洋对流质量交换减弱,使得沃克环流增强。热带太平洋SST变化趋势分布型主导着沃克环流的变化。在过去55年和23年间,FGOALS—g2（FGOALS—s2）中,热带太平洋海表面温度（SST）变化表现为类El Nino（La Nina）型分布,对应沃克环流减弱（增强）。因此,气候系统模式合理模拟沃克环流变化的前提是对热带太平洋SST变化空间型的成功模拟。这一结论得到AMIP试验结果的支持。