ENSO及其对亚洲季风和我国气候变化影响的研究

ＥＮＳＯ及其对亚洲季风和我国气候变化影响的研究是当今气候研究中的重要问题，本文总结了作者在《气候动力学和气候预测方法研究》项目中有关专题“大洋，尤其ＥＮＳＯ和西太平洋暖池对东亚大气环流和我国气候影响”的研究工作，主要分三方面：１，ＥＮＳＯ是多时空尺度海气相互作用的结果－ＥＮＳＯ形成机理的研究；２．ＭＥＮＳＯ对我国东亚季风和我国气候影响，３，ＥＮＳＯ及其对我国气候影响的可预报性和预报试验。     

El Nio事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用 Ⅱ.模式结果分析

为了分析 ＥＩ Ｎｉｏ事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用，建立一个类似于Ｚｅｂｉａｋ的简单热带海洋数值模式，在观测到的风应力异常的强迫下，模拟赤道太平洋地区 １９７１年１月至 １９９８年８月海表温度异常的变化。结果表明，模式对观测的Ｎｉｏ３区海表温度异常（ＳＳＴＡ）有很好的模拟能力。模拟和观测Ｎｉ区ＳＳＴＡ之间的相关系数可达 ０．９０。模式对 Ｅｌ Ｎｉｏ事件期间赤道太平洋海表温度异常随时间变化也有较好的模拟能力。为了分析Ｅｌ Ｎｉｏ期间ＳＳＴＡ的空间分布及其随时间变化的动力学机制，还对１９８６～１９８９年 ＥＮＳＯ循环期间赤道太平洋地区观测的 ＳＳＴＡ的传播特征及其形成机制进行了分析。模式较好地模拟出了观测到的赤道太平洋地区ＳＳＴＡ的传播特征，即从１９８６年底至１９８７年 ４月， ＳＳＴＡ具有向东传播的特征，从 １９８７年 ６月至 １９８８年 ２月具有向西传播的特征。动力学分析的结果表明，赤道中西太平洋地区的缔向风应力异常对 Ｅｌ Ｎｉｏ事件的发生和消亡具有重要作用。赤道中西太平洋地区的西风异常可强迫出东传的Ｋｅｌｖｉｎ波，这个东传的 Ｋｅｌｖｉｎ波对正 ＳＳＴＡ的东传起主要作用，当这个东传的 Ｋｅｌｖ     

TBO的原因－异常东亚冬季风与ENSO循环的相互作用

基于对 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料以及其他资料（ＯＬＲ，降水和气温等）的分析研究，结果表明东亚和西北太平洋地区的对流层环流和气候变化都有明显的准两年振荡（ＴＢＯ）特征。同时，异常东亚冬季风可以影响次年夏季的大气环流和气候变化，特别是在东亚地区；而异常东亚冬季风和ＥＮＳＯ循环间又有明显相互作用：持续的强（弱）东亚冬季风通过海─气相互作用可以激发 Ｅｌ Ｎｉ　ｏ（Ｌａ Ｎｉ　ａ）， Ｅｌ Ｎｉ　ｏ（Ｌａ Ｎｉ　ａ）反过来又可通过遥相关或遥响应而导致东亚冬季风偏弱（强）。强或弱的冬季风和ＥＮＳＯ循环是相互衔接在一起的，因此可以认为异常东亚冬季风与ＥＮＳＯ循环的相互作用是ＴＢＯ对流层准两年振荡）的基本原因。     

ENSO及其年代际异常对中国东部气候异常影响的观测分析

在不同的ＳＳＴ年代际背景下,东亚季风和ＥＮＳＯ事件的关系是不同的。中国东部降水异常在冷态和暖态下,不是简单的线性反相关关系。在冷态时,最大的正距平中心发生在第二年早夏的长江以南地区;在暖态时,发生在第二年冬春季的华南地区。气温变化与降水变化并不对应,高温高湿的相关性不明显。不同的年代际海温背景使海气交换发生变换,改变了海陆热力对比,从而改变了海陆气压差,也就改变了季风的强度,使ＥＮＳＯ和东亚季风的     

ENSO及其年代际异常对全球及亚洲季风降水影响的数值研究

根据诊断分析结果,利用ＬＡＧＳ改进的Ｌ９Ｒ１５气候谱模式,设计了３个数值试验,讨论了不同的年代际背景下ＥＮＳＯ异常对全球降水,特别是对亚洲季风降水的影响。试验结果表明,在年代际的冷、暖背景下,当出现ＥＮＳＯ事件时,降水响应的异常场在ＥＮＳＯ的不同发展阶段上,表现显著不同。出现这种差异的物理过程可以用与垂直环流相联系的势函数的变化来表示。暖背景下,当ＥＮＳＯ处于发展时期,比冷背景下更容易出现强烈反Ｗａｌｋｅｒ的环流,但在ＥＮＳＯ处于衰减期更容易产生强烈的Ｗａｌｋｅｒ环流,这就意味着暖背景时的ＥＮＳＯ异常对大气影响的幅度更大。     

ENSO对亚洲夏季风异常和我国夏季降水的影响

首先对ＥＮＳＯ过程中亚洲夏季风环流的变化进行了诊断分析，结果表明在Ｅｌ Ｎｉｎｏ事件和ＬａＮｉｎａ事件中亚洲夏季风系统各成员均发生不同程度的变化，甚至出现相反的变异特征。其中，对我国东部地区夏季降水进行了ＥＯＦ分析，并在此基础上分析了赤道太平洋ＳＳ－ＴＡ对我国东部地区夏季降水影响的区域和程度，该影响与ＥＮＳＯ循环的发展阶段密切相关，且在长江中下游地区和华南地区最为显著。     

东亚季风的准两年振荡及其与ENSO变率的联系

运用小波分析方法和相关分析对东亚季的准两年振荡的存在及其与ＥＮＳＯ变率的关系进行了研究,结果指出：东亚季风具有显著的准两年振荡特征,但周期与振幅具有明显的年代际变化,同时东亚季风的ＱＢＯ过程与ＥｌＮｉｎｏ事件具有密切的联系;     

ENSO循环的数值模拟(Ⅱ)──变化性及时间尺度选择机制

利用热带太平洋海气耦合异常模式的３０ａ模拟结果，对模式ＥＮＳＯ的变化性及多重时间尺度过程进行了细致分析，建立了一ＥＮＳＯ循环多重时间尺度过程相互作用的非线性相似（Ａｎａｌｏｇ）模型，并提出了ＥＮＳＯ循环主周期形成的一种可能机制。指出：和观测事实类似，模式ＥＮＳＯ过程确实涉及到三种时间尺度，即３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）、准两年振荡（ＱＢ）和年循环（ＡＣ）；其中，ＱＢ过程是线性海气耦合系统的本征模态，年循环（ＡＣ）对其形成没有本质的影响；３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）是一非线性系统的自激振荡现象，其形成是线性系统的本征模即ＱＢ过程通过非线性机制尤其是通过大气辐合反馈加热的“单向性”过程在ＱＢ的暖态产生的减频增幅所致；平均年循环（ＡＣ）虽然不能对ＥＮＳＯ循环形成有本质影响，但它可明显影响ＥＮＳＯ循环的具体振幅和位相，使得ＥＮＳＯ循环具有明显的不规则性并对季节循环具有明显的“锁相”特征；ＥＮＳＯ变化性确是ＬＦ、ＱＢ以及ＡＣ多重时间尺度相互作用形成的。本文提出的ＥＮＳＯ循环时间尺度选择机制不仅解释了主周期振荡的形成过程，而且也较好地解释了ＥＮＳＯ变化的谱，因此，这一机制更接近于观测事实。     

ENSO对亚洲夏季风环流和中国夏季降水影响的诊断研究

文中以ＳＶＤ分析技术为基础,发展了一种用以提取一个矢量场和一个标量场耦合信号的统计诊断方法——联合ＳＶＤ方法（简记为ＣＳＶＤ）,并运用ＣＳＶＤ分析了ＥＮＳＯ对亚洲季风环流系统及中国夏季降水的年际变化的影响。结果表明,在ＥｌＮｉｎｏ年,印度夏季风减弱,东亚夏季风增强;而在ＬａＮｉｎａ年,印度夏季风增强,东亚夏季风减弱。且ＥＮＳＯ对亚洲夏季风环流影响显著的区域主要在长江流域南北气流交汇区和索马里急流区,而对中国夏季降水影响最显著的区域则在江淮流域。     

ENSO对其后东亚季风活动影响的GCM模拟研究

将１～３月赤道东太平洋海表水温距平（ＳＳＴＡ）引入大气环流模式,模拟研究了ＥＮＳＯ（厄尔尼诺和拉尼娜）对其后东亚季风活动的影响。结果表明,由于ＳＳＴＡ在大气中强迫激发出了大气低频振荡,使得ＥＮＳＯ对其后的东亚季风活动仍有明显影响。厄尔尼诺之后的夏季,西太平洋副热带高压偏强偏北且西伸明显,中国东部降水偏少,尤其是华北地区;厄尔尼诺之后的冬季,东亚大槽偏深,冬季风偏强。拉尼娜之后的夏季,中国长江下游为异常副热带高压单体控制,江淮流域雨量偏少;拉尼娜之后的冬季,东亚大槽偏弱,东亚冬季风偏弱。厄尔尼诺的影响比拉尼娜的影响略强,两者的影响并非完全反相。     

东亚冬季风异常与ENSO循环关系的进一步研究

通过对1955～1989年35年的观测资料的合成分析,进一步指出东亚冬季风与ElNino、LaNina事件存在着明显的相互作用、相互影响的循环关系.这种循环关系一方面表现在异常强(弱)东亚冬季风通过激发赤道中西太平洋地区的异常西(东)风以及强(弱)对流活动,而最终使得ElNino(LaNina)事件爆发;另一方面,ElNino(LaNina)的爆发将通过大气遥响应,使得东亚冬季风偏弱(强).功率谱分析也表明,东亚冬季风与ENSO循环相互作用主要表现在3～5年的周期上,同时准2年周期也很明显.       

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

ENSO年东亚夏季风异常对中国江、淮流域夏季降水的影响

利用Nio3指数,把ENSO循环不同位相的夏季划分为4类并进行聚类分析,发现ElNio发展期和LaNia衰减期可以聚为一类,其夏季淮河流域降水往往偏多,长江中下游降水偏少;ElNio衰减期和LaNia发展期可以聚为一类,其夏季长江中下游地区降水往往偏多,淮河流域降水往往偏少。而后对这两大类中的年份分别聚类和合成分析。结果发现,这次聚类的结果反映了强弱夏季风对江、淮地区降水的影响。这一方面表明ENSO循环的同一位相既可能对应强东亚夏季风也可能对应弱夏季风,另一方面表明ENSO循环通过影响东亚夏季风环流异常的范围而使雨带位置发生变化,东亚夏季风强弱主要使雨量多少发生变化。     

Different Configurations of Interannual Variability of the Western North Pacific Subtropical High and East Asian Westerly Jet in Summer

This study investigates the circulation and precipitation anomalies associated with different configurations of the western North Pacific subtropical high(WNPSH) and the East Asian westerly jet(EAJ) in summer on interannual timescales. The in-phase configuration of the WNPSH and EAJ is characterized by the westward(eastward) extension of the WNPSH and the southward(northward) shift of the EAJ, which is consistent with the general correspondence between their variations. The out-of-phase configuration includes the residual cases. We find that the in-phase configuration manifests itself as a typical meridional teleconnection. For instance, there is an anticyclonic(cyclonic) anomaly over the tropical western North Pacific and a cyclonic(anticyclonic) anomaly over the mid-latitudes of East Asia in the lower troposphere. These circulation anomalies are more conducive to rainfall anomalies over the Yangtze River basin and south Japan than are the individual WNPSH or EAJ. By contrast, for the out-of-phase configuration, the mid-latitude cyclonic(anticyclonic) anomaly is absent, and the lower-tropospheric circulation anomalies feature an anticyclonic(cyclonic)anomaly with a large meridional extension. Correspondingly, significant rainfall anomalies move northward to North China and the northern Korean Peninsula. Further results indicate that the out-of-phase configuration is associated with the developing phase of ENSO, with strong and significant sea surface temperature(SST) anomalies in the tropical central and eastern Pacific which occur simultaneously during summer and persist into the following winter. This is sharply different from the in-phase configuration, for which the tropical SSTs are not a necessity.     

Recent advances in studies of the interaction between the East Asian winter and summer monsoons and ENSO cycle

Recent advances in studies on the interaction between the East Asian monsoon and the ENSO cycle are reviewed in this paper. Through the recent studies, not only have the responding features and processes of the East Asian winter and summer monsoon circulation anomalies and summer rainfall anomalies in East Asia to the ENSO cycle during its different stages been understood further, but also have the thermal and dynamic effects of the tropical western Pacific on the ENSO cycle been deeply analyzed from the observational facts and dynamic theories. The results of observational and theoretical studies showed that the dynamical effect of the atmospheric circulation and zonal wind anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific on the ENSO cycle may be through the excitation of the equatorial oceanic Kelvin wave and Rossby waves in the equatorial Pacific. These studies demonstrated further that the ENSO cycle originates from the tropical western Pacific. Moreover, these recent studies also showed that the atmospheric circulation and zonal wind anomalies over the tropical western Pacific not only result from the air-sea interaction over the tropical western Pacific, but are also greatly influenced by the East Asian winter and summer monsoons. Additionally, the scientific problems in the interaction between the Asian monsoon and the ENSO cycle which should be studied further in the near future are also pointed out in this paper.     

Characteristics and Variations of the East Asian Monsoon System and Its Impacts on Climate Disasters in China

Recent advances in studies of the structural characteristics and temporal-spatial variations of the East Asian monsoon （EAM） system and the impact of this system on severe climate disasters in China are reviewed. Previous studies have improved our understanding of the basic characteristics of horizontal and vertical structures and the annual cycle of the EAM system and the water vapor transports in the EAM region. Many studies have shown that the EAM system is a relatively independent subsystem of the Asian- Australian monsoon system, and that there exists an obvious quasi-biennial oscillation with a meridional tripole pattern distribution in the interannual variations of the EAM system. Further analyses of the basic physical processes, both internal and external, that influence the variability of the EAM system indicate that the EAM system may be viewed as an atmosphere-ocean-land coupled system, referred to the EAM climate system in this paper. Further, the paper discusses how the interaction and relationships among various components of this system can be described through the East Asia Pacific （EAP） teleconnection pattern and the teleconnection pattern of meridional upper-tropospheric wind anomalies along the westerly jet over East Asia. Such reasoning suggests that the occurrence of severe floods in the Yangtze and Hualhe River valleys and prolonged droughts in North China are linked, respectively~ to the background interannual and interdecadal variability of the EAM climate system. Besides, outstanding scientific issues related to the EAM system and its impact on climate disasters in China are also discussed.     

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述.主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化.在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响.青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的.未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应.东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱.这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成.(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡.本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响.对TBO-海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV) TBO和淮河型(HRV) TBO的特征及其形成的循环过程.(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型.它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果.据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常.最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果.     

An Index Measuring the Interannual Variation of the East Asian Summer Monsoon ——The EAP Index

Based on the EAP (East Asia/Pacific) teleconnection in the summer circulation anomalies over ther Northern Hemisphere, an index measuring the strength of the East Asian summer monsoon, i.e., the so-called EAP index, is defined in this paper. From the analyses of observed data, it is clearly shown that the EAP index defined in this study can well describe the interannual variability of summer rainfall and surface air temperature in East Asia, especially in the Yangtze River valley and the Huaihe River valley, Korea,and Japan. Moreover, this index can also reflect the interannual variability of the East Asian summer monsoon system including the monsoon horizontal circulation and the vertical-meridional circulation cell over East Asia. From the composite analyses of climate and monsoon circulation anomalies for high EAP index and for low EAP index, respectively, it is well demonstrated that the EAP index proposed in this study can well measure the strength of the East Asian summer monsoon.     

The 1997/ 98 enso cycle and its impact on summer climate anomalies in east asia

l.IntroductionTheENSOeventcanbeconsideredasthemostimp0rtantphenomenonoftheair-seainteractionintheequatoria1Pacific.WhenanENSOeventoccursintheequatorialPacific,severeclimateanomalieswillbecausedinmanyregionsoftheworld(Namias,l976;HorelandWallace,l98l;RasmussonandCarpenter,l982;RasmussonandWallace,l983).Similar-ly,theENS0eventalsohasalargeimpactonclimateanomaliesinEastAsia(WangandZhu,l986;FuandYe,l988).lnrespectoftheimpactofENSOeventonclimateanomaliesinChina,theinvestigationofHuanga…