西太平洋暖池混合层热力异常与我国东部夏季降水的关系

利用1981—2012年GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)月平均次表层海温资料、混合层深度资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国756个站的逐日降水资料,分析西太平洋暖池混合层热力异常与中国东部夏季降水的关系及可能的影响途径。结果表明,前期5月是西太平洋暖池(125~150 °E,0~18 °N)混合层热力异常影响我国东部夏季降水的关键期。在前期5月西太平洋暖池异常偏暖(冷)年,长江中下游流域的夏季降水偏少(多),黄河中下游流域夏季降水偏多(少)。1991—2012年,5月的西太平洋暖池热力异常呈现明显的变化趋势,由异常偏冷期向偏暖期转变。机制分析表明,由于前期5月西太平洋暖池热力异常,引起夏季菲律宾附近及其以东洋面和印度半岛中北部上空的对流活动、西太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压位置及强度的异常,进而影响水汽输送及上升运动,最终导致我国东部夏季降水的异常分布。      

西太平洋暖池热状态变异及其邻近地区对流活动特征

利用1981—2011年共31 a夏季的GODAS月平均次表层海温资料,以5~366 m次表层垂直平均海温表征西太平洋暖池热含量,分析了西太平洋暖池热状态变异及其邻近区域对流活动特征。结果表明:1)暖池区热含量异常变化最大,其季节变化与海表温度季节变化高度一致,年际变率大于海表温度的年际变率。2)暖池热状态以整体一致性正异常为主,其时间系数较好地体现了暖池区次表层热状况的年际变异特征。3)暖池邻近地区对流活动与暖池热状态异常密切相关:当暖池偏暖(冷)时,菲律宾周围关键区对流活动显著增强(减弱),并且该关键区的对流活动受暖池热含量的影响可以追溯至前一年7月一直持续到当年9月。4)暖池热状态异常引起菲律宾周围关键区对流活动异常,进而激发出东亚地区夏季500 h Pa高度场上自低纬度到中高纬度正、负、正的东亚—太平洋(EAP)遥相关型分布特征;暖池暖(冷)异常时对流层低层在菲律宾以东洋面形成一个异常的反气旋性(气旋性)偏差环流。     

博乐市２００５－２００９年地温变化特征

利用1955年-2003年NCEP＼NCAR再分析资料和美国Scripps海洋研究所环境数据分析中一0（JEDAC）提供的冬季热含量资料,采用小波分析、相关及合成分析等方法,分析了西太平洋暖池热含量变化特征及其与东亚冬季风关系。结果表明：西太平洋暖池热含量与东亚冬季风有着非常密切的联系,当西太平洋暖池热含量异常偏高时,对流层低层在菲律宾及以东洋面形成一个异常的气旋性环流,中国大陆上空形成一个异常的反气旋性环流,从而使得东亚冬季风在东南区加强,西北区减弱。     

西太平洋暖池热含量年代际变化及其与东北夏季降水关系

利用日本气象厅历史海温资料与中国160站月降水资料及NCEP再分析资料,分析了近60a东北地区降水以及暖池热含量的变化特征和突变特征,并研究前期10~11月西太平洋暖池关键区(125.5-135.5°E,15.5-20.5°N)0~200m热含量异常与中国东北夏季降水的关系。结果表明,近60a东北夏季降水与前期10~11月暖池关键区0~200m热含量具有明显的年代际变化与突变特征,关键区热含量在90年代中期以后的增暖是一次突变。暖池热含量与东北夏季降水存在密切负相关,暖池发生增暖突变后负相关变好。冷水期与暖水期次年夏季东亚夏季环流呈显著相反特征,冷水期次年夏季东北地区受到有利于降水的环流系统影响,降水偏多;反之降水偏少。     

西太平洋暖池热含量年际变化及其对东亚气候异常的影响

利用1980—2010年共31个冬季的GODAS海洋同化资料,以5～366 m次表层海温构造西太平洋暖池区域的热含量,分析了冬季西太平洋暖池次表层热含量的时空特征、持续性以及对其邻近区域的气候异常影响,结果表明:(1) 整体一致性分布是冬季西太暖池区次表层热含量年际变化的主导模态,其时间系数的年际振荡较好地代表了暖池区次表层热状况的年际异常。暖池区热含量的变化与ENSO事件联系密切,它能保持超前两季以上的显著自相关,持续性较赤道中东太平洋海温异常更为稳定。(2) 冬季暖池区热含量异常对后期春、夏季暖池热状况产生持续影响,相应的暖水体积变化导致暖水的经向输送及垂直交换,对后期春夏两季暖池及邻近区域尤其是菲律宾海的表层海温、海表热通量变化有较大影响。(3) 冬季暖池区热含量上升对应春季菲律宾海以东洋面OLR数值下降以及降水偏多,所引起的对流活动加热异常导致热带及副热带西北太平洋位势等压面抬升,进而对西太副高产生影响。之后,此区域相应的海表热通量交换加强,对流层低层形成强大的异常气旋,海气相互作用加强,加上对流加热异常,使得冬季暖池热含量异常与夏季副热带高压变化联系更加紧密。因此冬季暖池区热含量可作为春、夏季西太副高变化和西北太平洋夏季风强度的有效预测因子。      

西太平洋暖池海温异常与中国夏季降水的关系

利用1951—2007年NOAA延长重构的海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,研究了夏季西太平洋暖池海温的年际变化特征及其与中国夏季降水的关系。结果表明,夏季西太平洋暖池海温异常具有明显的年际变化特征;夏季西太平洋暖池海温异常偏高(低)时,亚洲热低压减弱(加强),西太平洋副热带高压加强(减弱)、位置偏西(偏东),850 hPa风场上中国东部地区为偏北(南)风距平,使得东亚夏季风减弱(增强),导致长江中下游地区夏季降水偏多(少)。     

强El Niño衰减年东亚夏季风的季节内变化:1998年和2016年的对比分析

本文对比分析了1998年和2016年这两个强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,在6~7月期间,由于热带印度洋海温偏高、对流偏强,造成西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压（副高）偏西偏强,长江流域降水偏多,华南偏少,东亚夏季风异常具有典型的El Ni?o衰减年特征。但两年的8月份有很大差异,虽然1998年8月与6~7月相似,但2016年8月份则完全不同。受乌拉尔地区异常反气旋的影响,源自西伯利亚东部的北风异常穿越东亚并直抵暖池地区,造成副高分裂并减弱东退,同时激发暖池对流发展,而对流的发展则进一步促使副高减弱。因此,2016年8月东亚夏季风异常与1998年8月相反,中国北方夏季降水异常也呈现很大差异。另外,1998年热带大西洋偏暖,并通过热带环流变化影响到东亚夏季风异常,其强迫作用与热带印度洋类似。而2016年大西洋海温异常较弱,对东亚夏季风影响也较弱。因此,El Ni?o对东亚夏季风的影响不仅与其强度有关,还与El Ni?o衰减之后造成的印度洋和大西洋海温异常有关。本文的分析结果表明,即使在强El Ni?o衰减年夏季,由于El Ni?o之间的个性差异以及其他因子的影响,东亚夏季风季节内变化仍然能呈现出显著差异,特别是在8月份。因此,在预测东亚夏季风异常时,宜将6~7月和8月分别考虑。此外,为进一步提高东亚夏季风预测水平,除传统的季度预测外,还需要进一步加强季节内尺度的预测。     

前期热带太平洋次表层海温异常与东亚夏季风的可能联系

利用1979—2012年日本气象厅次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前期冬季热带太平洋次表层海温与东亚夏季风的关系,并讨论了其可能机制。结果表明,前期冬季热带太平洋次表层海温与后期东亚夏季风强弱有显著的相关关系。冬季次表层海温呈现东正西负的类El Nio分布型时,夏季副热带高压偏强,西北太平洋地区受反气旋型环流控制,能将大量的水汽输送到长江和淮河流域,有利于水汽在该区域辐合,为夏季降水偏多创造了条件,此时东亚夏季风活动整体偏弱,反之亦然。但类El Nio分布型对东亚夏季气候变化的影响较类La Nia分布型更显著。此外,冬季热带太平洋次表层海温可能通过其自身能够持续性地影响东亚—太平洋地区的大气环流异常,次表层海温随季节变化有明显的发展和移动趋势:冬季西太平洋暖池次表层冷(暖)海温不断堆积,沿温跃层向东传播使得中东太平洋次表层海温逐渐变冷(暖),冷(暖)海温上翻加强使得海表温度异常,进一步影响到西太平洋副热带高压的位置和强度,并在东亚地区形成经向遥相关波列,通过西北太平洋地区异常反气旋(气旋)环流的作用,影响东亚地区大气环流以及气候变化。     

长江中下游入梅指数及早晚梅年的海气背景特征

利用1957～2001年全国160站逐月降水资料和116站入梅日期资料,定义了一个长江中下游入梅指数,以定量描述长江中下游地区平均入梅的早晚,再结合ERA－40高分辨率再分析资料和ERSST海温资料,利用相关分析和合成分析, 分别研究了早、晚梅年同期（6～7月份）和前期（前一年12月份至当年5月份）的大尺度大气环流及海温的异常特征。结果表明:早梅年同期,200 hPa南亚高压偏北,印度北部、孟加拉湾－印度尼西亚－副热带太平洋地区上空的对流偏强,西太平洋副热带高压和赤道辐合带位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,晚梅年则相反。前期1月份北太平洋涛动及4月份西太平洋暖池附近的对流与当年入梅早晚存在显著的相关关系:早梅年,1月份北太平洋涛动偏弱,4月份西太平洋暖池附近的对流活跃;晚梅年,1月份北太平洋涛动偏强,4月份西太平洋暖池附近的对流偏弱。此外, 从前期海温场来看,早梅年,1～4月份北大西洋中高纬地区海温偏低,低纬地区海温偏高,呈南北偶极子分布状态,2月份西太平洋暖池附近海域及北半球冬、春季环澳大利亚海域海温明显偏高,晚梅年情况正好相反。以上这些前期信号为长江中下游地区入梅的短期气候预测提供了参考依据。     

春季Hadley环流与长江流域夏季降水关系的数值模拟

观测分析表明,春季Hadley环流异常可以导致东亚大气环流异常变化进而影响长江流域夏季降水的发生.利用中国科学院大气物理研究所9层大气环流模式(IAP9L-AGCM),对春季Hadley环流异常偏强情形下东亚夏季大气环流和长江流域夏季降水的响应进行了数值模拟.模拟结果表明当春季Hadley环流异常偏强时,东亚夏季风减弱,夏季西太平洋副热带高压和南亚高压加强,菲律宾以东洋面对流减弱,长江流域降水增多.初步的数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合.     

太平洋和印度洋在南海夏季风爆发年代际变化中的作用

利用1951～1998年多种大气和海洋资料,研究了太平洋和印度洋在南海夏季风爆发中的作用.结果表明,影响南海夏季风爆发早晚的因素存在着年代际变化:1951～1970年,印度洋起主要作用;1970～1998年西太平洋起主要作用.该年代际变化主要是1970年前后北极涛动(AO)的跃变以及西太平洋副高强度变化的结果.1951...     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

热带偶极型对流活动与东亚夏季风的联系

采用１９７９～１９９４年ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析风场资料和ＯＬＲ资料,研究了热带对流的变化特征,讨论了热带对流年际变化与东亚夏季风的关联。指出：夏季热带对流存在以西太平洋暖池附近和赤道中太平洋附近中心的年际变化方差大值区,且这两个中心的充变化呈偶极型反位相振荡,这种偶极型对流活动与东亚夏季风有密切关系。当暖池附近对流偏强（弱）,赤道中太平洋附近对流偏弱（强）时,东亚夏季风偏强（弱）,雨带偏北（南）     

Role of Western Pacific Oceanic Variability in the Onset of the Bay of Bengal Summer Monsoon

The influence of the tropical Indo-Pacific Ocean heat content on the onset of the Bay of Bengal summer monsoon(BOBSM) onset was investigated using atmospheric data from the NCEP and ocean subsurface temperature data from the Japan Metorology Agency(JMA).Results showed that the onset time of the BOBSM is highly related to the tropical Pacific upper ocean heat content(HC),especially in the key region of the western Pacific warm pool(WPWP),during the preceding winter and spring.When the HC anomalies in the WPWP are positive(negative),the onset of the BOBSM is usually early(late).Accompanied by the variation of the convection activity over the WPWP,mainly induced by the underlying ocean temperature anomalies,the Walker circulation becomes stronger or weaker.This enhances or weakens the westerly over the tropical Indian Ocean flowing into the BOB in the boreal spring,which is essential to BOBSM onset.The possible mechanism of influence of cyclonic/anti-cyclonic circulation over the northwestern tropical Pacific on BOBSM onset is also discussed.     

夏季西太平洋暖池热含量对华西秋雨的影响及可能的物理机制

利用1971—2012年气象台站逐日资料,综合考虑降水量、降水日数及日照时数计算华西秋雨强度,结合不同深度海温资料,研究了华西秋雨强度与夏季西太平洋暖池热含量年际变化的联系,并讨论了其可能的物理机制。结果表明,前期夏季西太平洋暖池关键区(5°S—5°N,130°—160°E)热含量变化与华西秋雨强度有显著正相关关系,当前期关键区热含量偏高(低)时,华西秋雨强度较强(弱)。分析发现,当前期关键区热含量偏高时,其相对大气是一个异常热源,由于大气对其的响应,在热含量关键区西北侧中国南海—中南半岛附近生成了异常气旋式环流,其偏东偏南气流有利于向华西地区输送中低纬度洋面上大量暖湿水汽,并与北方的干冷空气在此交汇,同时,高层西风急流异常西伸,华西地区恰好位于急流入口区右侧的辐散区,这种高、低层有利的耦合形势使得秋雨偏强,反之亦然。      

ON THE RELATIONSHIPS BETWEEN THE SUMMER RAINFALL IN CHINA AND THE ATMOSPHERIC HEAT SOURCES OVER THE EASTERN TIBETAN PLATEAU AND THE WESTERN PACIFIC WARM POOL

The relationships between the summer rainfall in China and the atmospheric heat sources over the eastern Tibetan Plateau and the western Pacific warm pool were analyzed comparatively, using the NCEP/NCAR reanalysis daily data. The strong (weak) heat sou…     

年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验在西北太平洋的海温偏差及其对亚洲夏季风的影响

本文分析了中国科学院大气物理研究所年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验（简称EnOI-IAU试验）在西北太平洋地区的海表面温度（SST）年循环的模拟技巧,并通过对比IAP DecPreS系统自由耦合历史气候模拟试验结果,在包含海气耦合过程的框架下讨论了耦合模式中西北太平洋夏季SST模拟差异,及其对亚洲季风区夏季季风降水模拟的影响。结果表明,EnOI-IAU试验较好地模拟出了西北太平洋各个季节的SST空间分布,并显著减小了原存在于历史气候模拟试验中持续全年的SST冷偏差。混合层热收支诊断分析表明,包含同化过程在内的海洋过程的模拟差异对西北太平洋海温的模拟提升有重要贡献。夏季,EnOI-IAU试验模拟的印度季风伴随的低层西风较观测偏东、偏强,且高估了赤道西太平洋区域的降水量值、低估了印度洋区域的降水量值。水汽收支分析显示,气旋式环流异常造成的水汽辐合异常是造成亚洲季风区降水模拟差异的主要原因。研究表明,较之历史模拟试验,EnOI-IAU试验中夏季西北太平洋地区SST增暖造成局地对流增强,进而使得局地产生异常上升运动,水汽辐合增强,造成西北太平洋地区降水模拟偏多,激发出低层西风异常及赤道外气旋式环流异常。该低层西风异常导致了北印度洋地区低层辐散异常,减小了原存在于历史试验中印度洋地区的正降水偏差。西北太平洋气旋式环流异常一方面增强了印度夏季风伴随的低层西风,使得更多的水汽从阿拉伯海输送到西太平洋暖池区域,增强了该区域的降水量;另一方面,该气旋式环流异常减小了历史模拟试验中中国南部区域偏强的低层风速,进而提升了模式对东亚低层西南风的模拟能力。     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.     

Spring Arctic Oscillation-East Asian summer monsoon connection through circulation changes over the western North Pacific

In the present study the links between spring Arctic Oscillation (AO) and East Asian summer monsoon (EASM) was investigated with focus on the importance of the North Pacific atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). To reduce the statistical uncertainty, we analyzed high-pass filtered data with the inter-annual time scales, and excluded the El Ni?o/Southern Oscillation signals in the climate fields using a linear fitting method. The significant relationship between spring AO and EASM are supported by the changes of multi-monsoon components, including monsoon indices, precipitation, and three-dimensional atmospheric circulations. Following a stronger positive spring AO, an anomalous cyclonic circulation at 850?hPa appears in southeastern Asia and the western North Pacific in summer, with the easterly anomalies spanning from the Pacific to Asian continent along 25°N?C30°N and the westerly anomalies south of 15°N. At the same time, the summer western North Pacific subtropical high becomes weaker. Consistently, the positive precipitation anomalies are developed over a broad region south of 30°N stretching from southern China to the western Pacific and the negative precipitation anomalies appear in the lower valley of the Yangtze River and southern Japan. The anomalous cyclone in the western North Pacific persisting from spring to summer plays a key role in modulating EASM and monsoon precipitation by a positive air-sea feedback mechanism. During spring the AO-associated atmospheric circulation change produces warmer SSTs between 150°E?C180° near the equator. The anomalous sensible and latent heating, in turn, intensifies the cyclone through a Gill-type response of the atmosphere. Through this positive feedback, the tropical atmosphere and SST patterns sustain their strength from spring to summer, that consequently modifies the monsoon trough and the western North Pacific subtropical high and eventually the EASM precipitation. Moreover, the SST response to AO-circulation is supported by the numerical simulations of an ocean model, and the anomalous atmospheric circulation over the western North Pacific is also reproduced by the dedicated numerical simulations using the coupled atmosphere?Cocean model. The observation evidence and numerical simulations suggest the spring AO can impact the EASM via triggering tropical air-sea feedback over the western North Pacific.