ENSO对中国冬半年降水影响的不对称性及机制分析

利用1979—2010年观测和再分析资料,诊断分析ENSO对中国华南冬半年降水的影响及其机制。结果表明,在El Ni?o冬半年期间,东亚沿岸上空对流层低层南风的增强导致了水汽输送明显偏多,水汽在华南辐合,使得大气可降水量和比湿增加,降水显著偏多。而在La Ni?a冬半年期间,这些大气要素并没有呈现显著的相反变化,负异常的量值很弱并在统计上不显著。通过进一步分析El Ni?o和La Ni?a冬半年期间季节内振荡的特点,给出一种华南冬半年降水对ENSO信号不对称响应的物理解释。El Ni?o期间,热带西太平洋到南海地区的季节内振荡不活跃,与El Ni?o相联系的西北太平洋反气旋性环流异常造成的水汽输送以及水汽辐合在华南能够稳定维持,致使华南降水明显偏多。但在La Ni?a冬半年期间,季节内振荡很活跃,与La Ni?a相联系的西北太平洋气旋性环流异常受到季节内时间尺度的扰动影响,ENSO的年际变化信号被季节内振荡破坏,使得西北太平洋和华南的年际异常信号不能得到稳定维持,导致与ENSO信号相联系的年际变化在统计上不显著。因此,热带西太平洋到南海地区的季节内振荡强度在El Ni?o和La Ni?a冬半年期间的差异,是华南冬半年降水对ENSO信号不对称响应的一个主要原因。      

ENSO对MJO传播特征演变的影响

利用TRMM降水和ERA-Interim温度、比湿、环流场等再分析资料, 探讨了在1998-2018年冬季年际尺度海温变化对MJO的强度、结构和传播特征的影响。主要结论如下: 通过一种追踪MJO的方法在研究时间范围内共可挑选出50个MJO事件, 其中有14个MJO事件发生在El Ni?o期间, 25个发生在La Ni?a期间, 11个发生在ENSO正常年。El Ni?o年MJO会传播至更远的中东太平洋附近, 而La Ni?a年MJO事件趋于在西太平洋地区消亡, 这主要与东太平洋地区持续的季节内尺度的经向水汽输送有关。此外, 在印度洋和太平洋地区, El Ni?o年的MJO活动更强, 而在海洋性大陆附近, La Ni?a年的MJO活动略强一些。ENSO对MJO强度的影响主要通过影响MJO对流中心东侧水汽的输送, 水汽在异常东风气流的输送下穿过对流中心东边界进入对流中心, 进而造成MJO活动强度的差异。      

ENSO对冬季北太平洋水汽输送及大气河的影响

利用1979-2016年ERA-Interim再分析资料,分析了ENSO对冬季北太平洋地区水汽输送特征的影响,包括整层水汽含量、整层水汽输送及其散度和大气河频率。结果表明,在El Ni1o年冬季,东北太平洋地区的气旋式环流异常增强了自副热带太平洋向北美西海岸的水汽输送,导致区域性的水汽辐合与辐散异常;La Ni1a年冬季的水汽输送特征与厄尔尼诺年大致相反。根据尺度分解的方法,对水汽输送及其散度的异常成因进行分析,得到结论如下:除El Ni1o年黑潮及其续流区外,ENSO年冬季北太平洋的水汽输送异常主要由环流异常导致;水汽输送散度异常则主要由环流异常的散度、气候态比湿的经向梯度和异常比湿的纬向梯度三部分决定。此外,El Ni1o年冬季北太平洋大气河频率分布的向极弯曲增强,分布更加集中;而La Ni1a年冬季大气河频率分布更加分散,纬向跨度减小,经向跨度增加。     

Intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon in La Ni?a years

合成分析了La Ni?a年东亚夏季风和东亚夏季降水的季节内变化。结果表明,La Ni?a年夏季暖池对流偏强,西太平洋出现异常气旋,西太平洋副高偏向东北。这种异常型随季节进程有明显变化,7月异常达到最大。La Ni?a年东亚降水呈纬向型分布,中国东部降水偏少,西太平洋海面降水偏多。与此相比,El Ni?o年降水呈经向型分布,热带降水偏少,副热带和中纬度降水偏多。因此,不能简单将La Ni?a的影响认为是El Ni?o的反对称。     

观测分析El Ni?o衰减早晚对南亚与青藏高原夏季降水和气温的影响

El Ni?o（厄尔尼诺）事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o事件对南亚季风区与青藏高原夏季（6～9月）季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为La Ni?a（拉尼娜）型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋（NWPAC）,阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7～9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6～8月热带太平洋El Ni?o型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC西伸控制南亚季风区,阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:（1）El Ni?o显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因;（2）El Ni?o衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。     

两个典型ENSO季节演变模态及其与我国东部降水的联系

本文根据1950~2014年月平均海温和大气环流资料以及中国160站降水等资料,利用扩展经验正交函数（EEOF）分析、相关分析以及合成分析等方法,分析了太平洋海温季节演变的主导模态,并探讨了各模态与中国东部降水和东亚环流季节变异的关系及其联系的物理过程。结果表明,ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）季节演变存在2个主导模态,包含4种类型:El Ni?o持续型、La Ni?a持续型、La Ni?a转El Ni?o型和El Ni?o转La Ni?a型。发现不同模态和类型的ENSO季节变化过程我国东部降水距平的分布和强度都有明显差异。El Ni?o持续型和El Ni?o转La Ni?a型,冬春季和初夏均处在El Ni?o背景下,降水异常分布存在一定共性,但盛夏和秋季分别受El Ni?o和La Ni?a影响,降水异常分布差异十分明显,前者雨带北跳慢、位置偏南而后者雨带北跳快、位置偏北。La Ni?a持续型和La Ni?a转El Ni?o型也是如此,冬春季和初夏降水异常分布大致相似,但盛夏和秋季分别受La Ni?a和El Ni?o影响,前者雨带北跳快、位置偏北而后者雨带北跳慢、位置偏南。因此,利用ENSO做我国降水的气候预测时,不能只着眼于前期冬季El Ni?o或La Ni?a事件,还应考虑其未来演变所属的可能模态和类型。对他们之间联系的物理过程分析表明,不同ENSO季节演变模态和类型主要通过影响西太平洋副热带高压以及西风带经向型/纬向型环流调整及伴随的低纬暖湿水汽输送以及中高纬冷空气活动变化来影响我国东部降水。其中,西太平洋菲律宾群岛附近异常反气旋（或气旋）、赤道Walker环流和北半球Hadley环流分别是联系ENSO与西太平洋副热带高压活动和东亚西风带经向型/纬向型环流的重要环节。     

不同太平洋年代际振荡和ENSO位相下大气水分收支变化对北半球冬季太平洋蒸发量的影响

本文利用OAFlux资料研究了1958~2015年北半球冬季太平洋蒸发量在不同厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）位相下的分布特征,并从水汽收支的角度分析了蒸发量异常的成因,结果表明:ENSO主要影响热带东太平洋、副热带西北太平洋和中纬度北太平洋中部的蒸发量。El Ni?o（La Ni?a）时水汽在北太平洋中部异常辐散（辐合）,有利于当地大气水汽含量减小（增大）,造成蒸发量增大（减小）;副热带西北太平洋异常的水汽辐合（辐散）有利于蒸发量减小（增大）;除此以外,蒸发量在热带东太平洋蒸发量增大（减小）则主要是降水量增大（减小）导致。与此同时,ENSO对上述海区蒸发量的影响还受到PDO的调控,当PDO处于暖（冷）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成蒸发量异常程度在中纬度北太平洋中部显著增大,这主要是由降水量增大（减小）引起的大气水汽含量减小（增大）所致,此时对应着风暴轴异常增大（减小）;当PDO处于冷（暖）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成的蒸发量异常程度在副热带西北太平洋和热带东太平洋显著增大,而这与湿度变化引起的水汽平流异常程度增大紧密相关。     

湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽来源的关系

以湛江降水为研究对象,利用收集的2019年汛期68个降水样品及同期气象资料,采用同位素示踪技术,结合HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模式溯源,分析了湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽源地的关系,并对5个代表性的降水个例进行了诊断分析。结果表明:1)湛江地区汛期局部降水线为δD=8.02318O-0.703 7,R2=0.954,n=68;前汛期季风带来西太平洋的水汽,18O含量丰富;后汛期降雨主要取决于局部大气环流,一定程度受云下二次分馏影响,δD和18O偏低。2)前汛期西南季风爆发前,湛江降水的水汽主要源于副热带高压外围东南气流输送的西太平洋水汽,西南季风爆发后,南海、孟加拉湾为其水汽源地;后汛期热带系统带来的降水,南海、孟加拉湾为主要水汽源地;非热带系统带来的降水,孟加拉湾为主要水汽源地。     

ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响

利用1979—2012年Hadley中心海表温度、中国2 474个台站逐日降水和NCEP/NCAR全球再分析资料,分析了不同类型ENSO事件秋冬季和次年春季中国南方地区10~30 d降水低频变率的变化特征。结果表明,中国南方地区10~30 d降水低频变率对不同类型ENSO事件的响应存在显著的季节差异。EP型El Ni1o的冬季和次年春季,低频降水变率显著增强; CP型El Ni1o秋冬季低频降水强度呈现相反的异常,秋季低频降水偏弱,而冬季则偏强; La Ni1a事件期间中国南方低频降水变率的变化较小且不稳定。进一步分析发现,ENSO对南方地区10~30 d低频降水变率的影响与西北太平洋地区季节平均大气环流背景场对ENSO的响应密切相关。相比正常年份,EP型El Ni1o冬春季菲律宾反气旋性异常环流的强度较强且范围较大,其西侧的异常西南风向中国南方地区输送了大量水汽,从而有利于低频降水的增强; CP型El Ni1o年秋季西北太平洋表现为气旋性环流异常,抑制了热带水汽向东亚大陆的输送,而冬季却产生了与EP型El Ni1o年类似的异常反气旋环流,只是强度有所减弱,因此中国南方地区低频降水强度在秋冬季呈相反异常。La Ni1a年菲律宾附近虽然存在气旋性环流异常,但强度较弱,因而我国南方地区低频降水变率的响应也较弱。     

SMIP2试验对亚洲夏季风的模拟能力及其可预报性的分析

利用参加第二次季节预测模式比较计划（Phase 2 of the Seasonal Prediction Model Intercomparison Project,简称SMIP2）的五个大气环流模式的输出结果,比较了这些模式对亚洲夏季降水的模拟能力,并讨论了大气环流模式在季节尺度上对亚洲夏季风的可预报性。结果表明,各模式能够较好地模拟亚洲夏季降水的大尺度分布特征。除了模拟的东亚夏季降水异常经验正交函数分解第一模态（EOF1）的时间系数与观测之间的相关系数较低之外,多数模式可以大致再现东亚、南亚和西太平洋夏季降水异常EOF1及其对应的时间系数。分析表明,热带地区有很好的可预报性,北半球副热带地区的可预报性尽管也较好,但比热带地区要低,南半球热带以外地区的可预报性较差,陆地上的可预报性比海洋上低。在热带和北半球副热带地区,由海温强迫所产生的较大外部方差对此地高可预报性有很大的贡献。与正常年份相比,模式在强El Ni?o年和强La Ni?a年表现出较高的可预报性,在南亚和印度洋地区大多数模式在El Ni?o年比La Ni?a年产生了更好的可预报性,在中西太平洋区域El Ni?o年可预报性的高值中心较La Ni?a年位置偏西。     

南海、孟加拉湾不对称环流变化对2009年西南特大秋旱的影响

利用NCEP再分析资料及我国160站降水资料,分析了2009年秋季东亚中、低纬环流特征和水汽输送特征及其对西南干旱的影响。同时讨论了秋季不同ENSO状态下东亚地区水汽输送差异,并与2009年进行比较。结果表明:孟加拉湾(简称孟湾)和南海之间环流形势在2009年秋季发生不对称变化,造成两地上空气压梯度减小,孟湾和南海上空分别出现一个反气旋式和气旋式距平环流中心,我国西南至中南半岛处于两距平环流中心之间偏北距平风控制之下,使得进入我国的西南气流异常减弱。水汽输送随之出现变化,南海南部季风低压水汽环流圈异常偏强,孟湾和南海水汽主体经中南半岛重回南海而未进入我国,最终造成我国西南降水异常偏少,出现干旱。这段时间内,西南地区上空出现异常下沉运动,对流活动受到抑制,加剧了干旱程度。在El Ni o年,我国西南及江南地区秋季水汽通量比La Ni a年明显增大,西北及华北则减少。2009年秋季我国的降水分布及南海一带水汽输送特征与普通El Ni o年特征不符,甚至出现相反状态,经对2009年秋季东亚El Ni o影响特征作简单模拟还原和分析,认为上述差异可能与El Ni o反气旋环流影响位置偏北有关。     

El Ni?o和La Ni?a冬季增强型和减弱型及其对中国夏季旱涝的影响

根据El Ni?o和La Ni?a发生以后冬季赤道东太平洋海温距平的月际差定义了El Ni?o和La Ni?a冬季增强型和冬季减弱型, 讨论了El Ni?o和La Ni?a冬季增强型和减弱型冬、春、夏季大气环流、东亚季风及我国夏季降水和旱涝分布的特征.我国夏季降水和旱涝有明显差异的四种不同分布型可能与冬季所处ENSO循环的不同阶段以及大气环流和东亚季风对它的不同响应有关.提出了从El Ni?o和La Ni?a冬季不同型→大气环流和东亚季风→我国夏季降水和旱涝分布型的物理统计概念模型.     

四川盆地与关中盆地春夏季大气降水氧同位素特征及意义

利用四川、关中盆地大气降水稳定同位素观测资料,通过计算、对比分析了两盆地内部降水稳定同位素春夏季节的变化特征.结果表明:两地降水稳定同位素在季节尺度上都具有显著的季节性变化;大气降水δ¹⁸O值与温度、降水量的相关性及变化趋势表明温度及降水量都不是两盆地内春、夏季上控制降水中稳定同位素变化的主要因素;两地春夏季大气降水线及其斜率、截距的异同,可以反映出两地局地气候特点及降水水汽来源的不同.降水水汽的来源是影响两盆地大气降水稳定同位素变化的主要因素,同时地理因素在季节上对地区降水水汽输送路径的影响改变了局地降水稳定同位素的组成.     

由TES反演的大气水汽中δD的时空分布特征

水汽在大气中的输送具有空间上和时间上的连续性.利用水汽同位素可以更全面地分析水汽的来源、路径、水循环中各分量的再分配和补给形式,更深入地了解水循环中各种空间和时间尺度下水汽的连续变化特征和历史.本研究利用对流层发射光谱仪(TES)反演的825-100 hPa层间7个等压面上HDO和H2O数据分析了对流层不同层次大气水汽中δD的时空分布规律以及水汽中δD与大气湿度、大气温度的关系,探讨了水汽同位素与降水同位素的关系以及大尺度水循环过程对水汽同位素的可能影响.结果显示,在空间分布上,对流层大气中水汽δD具有非常明显的带状分布,水汽中δD的分布与可降水量的分布存在很好的对应关系;水汽中δD随垂直气压呈对数型递减,平均递减率由赤道向高纬度减小、陆地向海洋减小.在时间变化上,大气水汽中δD的季节变化存在地域性差别.在中低纬度陆地,水汽中δD的季节变化明显,且与可降水量的季节变化相对应;在中高纬度的许多地区,夏季水汽中δD小于冬季.对流层水汽中δD的空间分布和季节变化具有一致性特点,上对流层和下平流层间水汽中δD的空间分布和季节性变化特点与对流层相反.对流层大气水汽中的δD与层间平均温度和可降水量的相关关系具有相似的分布形势.与降水中的稳定同位素相比,水汽中的稳定同位素在空间分布、季节变化、与温度和湿度的关系上存在某些差异,反映二者在受稳定同位素分馏的影响和水循环中大气环流类型的影响方面存在明显差别.     

ENSO事件对川西高原区的气候影响

根据1951-2010年川西高原区7个气象站降水资料和气温资料以及60 a间发生的厄尔尼诺(El Ni?o)/拉尼娜(La Ni?a)事件,分析降水量、气温与El Ni?o /La Ni?a事件之间的关系,研究El Ni?o/La Ni?a事件对川西高原区气候的影响。结果表明：1951年以来川西高原区年降水量变化不大,呈现微弱的增加趋势,El Ni?o/La Ni?a 事件的发生对川西高原区年平均降水量有影响,El Ni?o事件影响下的年平均降水量减少,La Ni?a事件影响下的年平均降水量增加;El Ni?o年降水量低于正常年降水量39.14 mm,拉尼娜年降水量高于正常年降水量22.56 mm。1951年以来川西高原区年平均气温呈现微弱的波动上升趋势,川西高原区年平均气温与ENSO事件等级之间的相关性不显著。     

华南秋、冬、春季水汽输送特征及其与降水异常的联系

华南秋、冬、春季水汽输送特征的季节差异明显,水汽输送异常与降水异常存在密切联系,利用1958—2005年实测降水资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,探讨了华南秋、冬、春三季的水汽特征及其与降水异常的关系,主要结论有:大气中的水汽主要集中在500 hPa以下气层中,最大值出现在850～700 hPa;输送至华南的水汽秋季主要来源于孟加拉湾及副热带西太平洋,冬季主要来源于青藏高原南侧的东亚南支偏西风气流,春季则主要来源于东亚南支偏西风气流及热带西太平洋海区;华南秋、冬、春三季的降水偏多和偏少年的水汽输送距平场,并不是单纯的反向关系或主要输送带的偏强和偏弱,而是更为复杂;El Nio成熟期菲律宾附近的反气旋环流异常、冬季风的强度异常都是导致水汽输送异常的重要原因。     

ENSO发展和衰减阶段的陕西夏季降水异常特征

利用1961—2008年陕西78个气象站夏季 (6—8月) 降水资料、NCEP/NCAR位势高度场和风场月平均再分析资料,采用合成及相关分析方法探讨ENSO发展和衰减阶段对陕西夏季降水异常的影响,以期为陕西夏季降水的气候预测提供线索和依据。结果表明:陕西夏季降水异常对ENSO发展和衰减阶段的响应存在显著差异,El Ni?o发展阶段和La Ni?a衰减阶段,陕西夏季降水偏少; El Ni?o衰减阶段和La Ni?a发展阶段,陕西夏季降水偏多; ENSO不同阶段对陕西7月降水影响最为显著。比较而言,El Ni?o事件对陕西夏季降水的影响更加显著。在El Ni?o衰减、La Ni?a发展阶段,西太平洋副热带高压偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,而在El Ni?o发展、La Ni?a衰减阶段,西太平洋副热带高压偏弱、偏东,东亚夏季风偏强,El Ni?o过程对东亚夏季风强弱的影响更加显著。ENSO发展和衰减阶段通过影响大气环流变化和东亚夏季风的强弱,进而影响陕西夏季降水。     

ENSO对江西省春季降水的影响

利用江西省83个站1970—2010年春季(3—5月)降水资料和NOAA的Ni觡o 3.4区海表温度资料,分析了ENSO事件对江西省春季降水的影响。结果表明,ENSO在衰亡年对江西省春季降水有显著的影响,ElNi觡o衰亡年春季江西地区降水偏多,易发生暴雨天气过程,江西北部和南部降水偏多最为显著;La Ni觡a衰亡年春季江西地区降水偏少,不易发生暴雨天气过程,江西东南部降水偏少最为显著。结合对应天气形势分析发现,El Ni觡o(La Ni觡a)衰亡年春季低层(850 hPa)南海的水汽输送偏强(偏弱)、上升运动偏强(偏弱)以及高层(200 hPa)辐散抽吸偏强(偏弱),是造成江西地区降水偏多(偏少)的主要原因。     

El Ni?o影响热带大气季节内振荡的动力学研究

根据El Ni?o期间热带大气状态的异常特征，确定了在简单大气动力模式中描写海温异常的参数化方法。然后利用斜压半地转两层模式从动力学上分析研究了El Ni?o对热带大气低频波的影响。理论分析同有关热带大气季节内振荡的资料分析结果完全一致，El Ni?o事件使热带大气季节内振荡减弱。     

El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风季节内变化的比较

基于1979~2013年多种再分析资料,合成分析了El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,东亚夏季风在两种情况下呈现出不同的季节内变化特征。在El Ni?o发展年,初夏期间高纬度地区出现偏北风异常,造成东亚地区位势高度场偏低,西太平洋副热带高压偏东,但均不显著。盛夏期间,El Ni?o强迫造成中太平洋对流增强,副热带西太平洋出现气旋异常,位势高度显著降低,副热带高压明显偏东。与此不同的是,La Ni?a年春季暖池海温偏高,造成夏季对流偏强,西太平洋地区位势高度场偏低,副热带高压减弱东退。此外,La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化较为复杂,6月异常较弱,7月达到最强,8月又开始减弱。因此,虽然El Ni?o发展年和La Ni?a年夏季平均副高异常有一定的相似性,但季节内变化则有很大差异,其成因也完全不同。