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.     

不同分布型El Ni?o期间MJO活动的差异

利用Hadley中心的月平均海温资料、NCEP/NCAR和ERA-Interim逐日再分析大气环流数据等,详细对比了赤道大气季节内振荡(MJO)活动在东部型El Ni?o与中部型El Ni?o发展期间的异同点.结果表明,与传统的东部型El Ni?o发展前MJO明显偏强的特征相似,在中部型El Ni?o迅速发展前的春夏季,MJO动能亦较强且持续东传特征显著.这说明无论是东部型El Ni?o还是中部型El Ni?o,与MJO能量的突然增长相联系的低频纬向西风和低频对流活动的增强及其持续东传是激发El Ni?o的重要因素.但是,在中部型El Ni?o发展成熟的冬季至次年春季,热带中西太平洋MJO动能的强度突然再次增强,所占大气总扰动动能的比重也再次增大,热带MJO动能的逐日演变达到第二次峰值,且较第一次峰值更强;MJO从热带印度洋向赤道中东太平洋持续东传的特征也更为显著.这与在传统东部型El Ni?o盛期MJO能量和东传都明显减弱的特征表现出显著的差异.进一步分析指出,中部型El Ni?o成熟期海温正距平中心位置的西移以及由中部型El Ni?o激发的范围偏小、位置偏西的菲律宾附近异常反气旋环流可能是导致中部型El Ni?o盛期MJO活动显著增强的主要原因.     

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

印度洋海表温度（Sea Surface Temperature，简称SST）的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡，并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季（南半球冬、春）的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关，在冬、春达到最大，并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响，对应偶极子正位相，次年夏季印度洋、南海（东亚）夏季风偏弱；副高加强且南撤、西伸，南亚高压偏强且位置偏东，易形成我国长江流域降水偏多，华南降水偏少；负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO（El Nio Southern Oscillation，简称ENSO）的特征.     

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.     

1997/1998 El Niño期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Niño事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Niño事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Niño事件的响应情况更为复杂和多样化.     

1997/1998ElNio期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Ni駉事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Ni駉事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Ni駉事件的响应情况更为复杂和多样化.     

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.     

南印度洋副热带偶极模在ENSO事件中的作用

南印度洋副热带偶极模（Subtropical Dipole Pattern,SDP）是印度洋存在的另一种很明显的偶极型海温差异现象,在年际和年代际尺度上均有十分明显的表现.而目前有关印度洋海气相互作用的研究主要集中在赤道印度洋地区,针对南印度洋地区的工作还比较少,特别是有关南印度洋海温与ENSO（El NiDo-Southern Oscillation）事件关系的研究.本文初步探讨了年际尺度上南印度洋副热带偶极型海温变化差异与ENSO事件的关系,发现SDP与ENSO事件有密切的联系,SDP事件就像连接正负ENSO位相转换的一个中间环节,SDP事件前后期ENSO的位相刚好完全相反.进一步,本文通过分析SDP事件前后期海温、高低层风、低层辐合辐散、高空云量和辐射等的变化特征研究了南印度洋偶极型海温异常在ENSO事件中的作用,结果表明：SDP在ENSO事件中的作用不仅涉及海气相互作用的正负反馈过程,还与热带和副热带大气环流之间的相互作用有关,特别是与东南印度洋海温变化所引起的异常纬向风由赤道印度洋向赤道太平洋传播的过程等有十分直接的关系;同时,SDP对ENSO事件的影响在很大程度上还依赖于大尺度平均气流随季节的变换.     

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.     

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.     

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.     

从经向气流看亚澳季风的季节区域特征

利用1979～2003年的NCEP/NCAR再分析资料探讨了亚澳季风区经向气流的季节性分支和结构特征. 结果表明,亚澳季风区经向气流的垂直斜压结构由冬到夏发生季节性转向,即从冬季时的低层北风、高层南风转换为夏季时的低层南风、高层北风. 季节反向的经向气流主体偏向北半球,其区域差异性在对流层中低层更为显著. 以印度半岛和中南半岛为界,亚洲热带季风区中低层经向气流在冬夏季均呈现三通道特征,与此相应,亚澳季风区自西向东存在三支相对独立的经向环流分支,且冬夏季的差异均很显著,如冬季的中心高度自西向东递减、夏季的经向跨度自西向东递增等.     

Role of Ocean in the Variability of Indian Summer Monsoon Rainfall

Asian summer monsoon sets in over India after the Intertropical Convergence Zone moves across the equator to the northern hemisphere over the Indian Ocean. Sea surface temperature (SST) anomalies on either side of the equator in Indian and Pacific oceans are found related to the date of monsoon onset over Kerala (India). Droughts in the June to September monsoon rainfall of India are followed by warm SST anomalies over tropical Indian Ocean and cold SST anomalies over west Pacific Ocean. These anomalies persist till the following monsoon which gives normal or excess rainfall (tropospheric biennial oscillation). Thus, we do not get in India many successive drought years as in sub-Saharan Africa, thanks to the ocean. Monsoon rainfall of India has a decadal variability in the form of 30-year epochs of frequent (infrequent) drought monsoons occurring alternately. Decadal oscillations of monsoon rainfall and the well-known decadal oscillation in SST of the Atlantic Ocean (also of the Pacific Ocean) are found to run parallel with about the same period close to 60 years and the same phase. In the active–break cycle of the Asian summer monsoon, the ocean and the atmosphere are found to interact on the time scale of 30–60 days. Net heat flux at the ocean surface, monsoon low-level jetstream (LLJ) and the seasonally persisting shallow mixed layer of the ocean north of the LLJ axis play important roles in this interaction. In an El Niño year, the LLJ extends eastwards up to the date line creating an area of shallow ocean mixed layer there, which is hypothesised to lengthen the active–break (AB) cycle typically from 1 month in a La Niña to 2 months in an El Niño year. Indian monsoon droughts are known to be associated with El Niños, and long break monsoon spells are found to be a major cause of monsoon droughts. In the global warming scenario, the observed rapid warming of the equatorial Indian ocean SST has caused the weakening of both the monsoon Hadley circulation and the monsoon LLJ which has been related to the observed rapid decreasing trend in the seasonal number of monsoon depressions.     

欧亚地区夏季大气环流年际变化的关键区及亚洲夏季风的关联信号

本文利用资料分析和数值模拟方法研究了欧亚地区夏季大气环流的相关性及其与亚洲夏季风的关联信号,以期为欧亚地区的气候变异及可预测性研究提供科学依据.结果表明:欧亚区域同期(JJA)500 hPa高度场年际变化的关键区包括热带区、中纬度的贝加尔湖和巴尔喀什湖之间以及欧洲地中海附近地区;表面气温的关键区主要位于热带海洋;海平面气压的关键区包括热带的海洋性大陆区域、印度洋和非洲大陆赤道附近部分区域、中高纬的贝加尔湖与巴尔喀什湖之间的地区.另外,夏季大气环流年际变化的春季关键区明显西移/南退,特别是表面气温(其西太平洋区不再是关键区).公用气候系统模式CCSM4.0的大气模式在给定海温年际变化的情况下对于上述大气环流相关场及其关键区的模拟基本合理,其中500 hPa高度场的模拟结果较好,海平面气压场的结果逊之;对于同期和前期的结果,模式都有夸大西太平洋海温影响的倾向.对于东亚夏季风指数与大气环流的同期年际变化信号而言,其空间分布基本表现为以30°N为界呈西南东北向的波列状分布;其春季前期信号中,30°N以南的显著区几乎都位于海洋,30°N以北主要位于欧洲、巴尔喀什湖与贝加尔湖之间的地区.南亚夏季风指数的前期显著相关区比同期明显西移/南退.总之,模式的模拟结果和观测结果相当吻合,但其同期模拟结果比前期的更好一些.这些结果说明:模式对于大气环流年际变化的耦合变化信息的刻画是基本合理的,这为利用气候模式进行有关可预测性研究和降尺度预测研究奠定了基础.     

Interannual variability of Antarctic Oscillation and its influence on East Asian climate during boreal winter and spring

1 Introduction Antarctic Oscillation is a major mode of Southern Hemispheric (SH) extratropical atmospheric circula- tion. The SH Annual Mode represents a zonally sym- metric exchange of mass between polarward of 60°S and 40°S[1], therefore AAO indicates both the intensity of circumpolar low and zonal mean west wind at mid-high latitudes in SH. Positive phase of AAO tends to deepen circumpolar low and enhance west wind at mid-high latitudes in SH. Many studies show that AAO has bar…     

南海夏季风爆发与南大洋海温变化之间的联系

利用1979-2009年NCEP第二套大气再分析资料和ERSST海温资料,分析南海夏季风爆发时间的年际和年代际变化特征,考察南海夏季风爆发早晚与南大洋海温之间的联系.主要结果为:(1)南海夏季风爆发时间年际和年代际变化明显,1979-1993年与1994-2009年前后两个阶段爆发时间存在阶段性突变;(2)南海夏季风爆发时间与前期冬季(12-1月)印度洋-南大洋(0-80°E,75°S-50°S)海温、春季(2-3月)太平洋-南大洋(170°E -80°W,75°S-50°S)海温都存在正相关关系,当前期冬、春季南大洋海温偏低(高)时,南海夏季风爆发偏早(晚).南大洋海温信号,无论是年际还是年代际变化,都对南海夏季风爆发具有一定的预测指示作用;(3)南大洋海温异常通过海气相互作用和大气遥相关影响南海夏季风爆发的迟早.当南大洋海温异常偏低(偏高)时,冬季南极涛动偏强(偏弱),同时通过遥相关作用使热带印度洋-西太平洋地区位势高度偏低(偏高)、纬向风加强(减弱),热带大气这种环流异常一直维持到春季4、5月份,位势高度和纬向风异常范围逐步向北扩展并伴随索马里越赤道气流的加强(减弱),从而为南海夏季风爆发偏早(偏晚)提供有利的环流条件.初步分析认为,热带大气环流对南大洋海气相互作用的遥响应与半球际大气质量重新分布引起的南北涛动有关.     

Eolian evidence from the Chinese Loess Plateau: the onset of the Late Cenozoic Great Glaciation in the Northern Hemisphere and Qinghai-Xizang Plateau uplift forcing

On the basis of a newly-constructed record of magnetic susceptibility (SUS) and the depositional rate change of eolian loess-red clay sequences in the last 7.2 Ma BP from the hea Plateau, together with a cornperison of a record of °¹⁸O values from the equatorial East Pacific Ocean and eolian Quartz flux variations fmm the North Pacific Ocean, the evolutiomuy process of the Late Cenozoic Great Glaciation in the Northern Hemisphere can be divided into three stages: the arrival stage around 7.2–3.4 Ma BP, the initial stage at about 3.4—2.6 Ma BP, and the Great Ice Age since 2.6 Ma BP. The evolution of the East Asian monsoon is characterized by paid winter and summer monsoons, and it is basically composed of the initial stage of weak winter and summer monsoons, the transitional stage of simultaneous increase in intensity of winter and summer monsoons, and the prevailing stage of strong winter and week summer monsoons, or weak winter and strong summer monsoons. The Late Cenowic global tectonic uplift, paaicdarly the Qinghai-Xizang Plateau uplift and the associated CO₂ concentration variation, controls the dng processes of the onset of Great Glaciation and the long-term changes of East Asian monsoom climate in the Northern Hemisphere to a large extent. The accelerating uplift of the Qinghai-Xizang Plateau between 3.4 and 2.6 Ma BP provided an important driving force to global climiatic change. Project supported by the foundation of Chinese Academy of Sciences (Grant No. KZ951-A1-402), the State Science and Technology Committee (Grant No. 95-pre-40)and the Chinese Nature Science Foundation (Grant No. 49672140)     

A Study on Climatological Features of the Asian Summer Monsoon: Dynamics, Energetics and Variability

A continuing goal in the diagnostic studies of the atmospheric general circulation is to estimate various quantities that cannot be directly observed. Evaluation of all the dynamical terms in the budget equations for kinetic energy, vorticity, heat and moisture provide estimates of kinetic energy and vorticity generation, diabatic heating and source/sinks of moisture. All these are important forcing factors to the climate system. In this paper, diagnostic aspects of the dynamics and energetics of the Asian summer monsoon and its spatial variability in terms of contrasting features of surplus and deficient summer monsoon seasons over India are studied with reanalysis data sets. The daily reanalysis data sets from the National Centre for Environmental Prediction/National Centre for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) are used for a fifty-two year (1948–1999) period to investigate the large-scale budget of kinetic energy, vorticity, heat and moisture. The primary objectives of the study are to comprehend the climate diagnostics of the Asian summer monsoon and the role of equatorial convection of the summer monsoon activity over India.It is observed that the entrance/exit regions of the Tropical Easterly Jet (TEJ) are characterized by the production/destruction of the kinetic energy, which is essential to maintain outflow/inflow prevailing at the respective location of the TEJ. Both zonal and meridional components contribute to the production of kinetic energy over the monsoon domain, though the significant contribution to the adiabatic generation of kinetic energy originates from the meridional component over the Bay of Bengal in the upper level and over the Somali Coast in the low level. The results indicate that the entire Indian peninsula including the Bay of Bengal is quite unstable during the summer monsoon associated with the production of vorticity within the domain itself and maintain the circulation. The summer monsoon evinces strong convergence of heat and moisture over the monsoon domain. Also, considerable heat energy is generated through the action of the adiabatic process. The combined effect of these processes leads to the formation of a strong diabatic heat source in the region to maintain the monsoon circulation. The interesting aspect noted in this study is that the large-scale budgets of heat and moisture indicate excess magnitudes over the Arabian Sea and the western equatorial Indian Ocean during surplus monsoon. On the other hand, the east equatorial Indian Ocean and the Bay of Bengal region show stronger activity during deficient monsoon. This is reflected in various budget terms considered in this study.     

青藏高原春季积雪在南海夏季风爆发过程中的作用

本文应用欧洲中期预报中心（ECMWF,European Centre for Medium\|Range Weather Forecasts—ERA\|40）资料和美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR, National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)资料,研究了青藏高原雪深变化对南海夏季风爆发的影响和ENSO对青藏高原降雪的影响.结果表明：（1）ECMWF的雪深资料是可信的,可以用来研究青藏高原雪深变化对南海夏季风爆发的影响;（2）青藏高原的积雪异常影响到500 hPa以上的温度异常和印度洋与大陆间的气温对比,一方面使上层的南亚高压移动速度发生变化,另一方面也影响到低层大气的运动和东西向风异常,在青藏高原少雪年,东印度洋产生西风异常和一个气旋对,而在青藏高原多雪年,东印度洋产生东风异常和一个反气旋对;（3）ENSO与青藏高原春季积雪关系密切.东太平洋SST正异常时,东印度洋和南海气压偏高,从而导致该区海陆经向压强梯度增强和西风异常.另外,此时青藏高原北部气压偏高,北风偏强,副热带锋面增强,同时,印度洋的SST偏高,为青藏高原降雪提供了水汽保障,这些都有利于青藏高原的降雪.