Sea surface salinity-derived indexes for distinguishing two types of El Ni?o events in the tropical Pacific

In this study, sea surface salinity(SSS) indexes are derived from reanalysis and observational datasets to distinguish the two types of(Central Pacific(CP) and Eastern Pacific(EP)) El Ni?o events in the tropical Pacific. Based on the SSS anomalous spatial and temporal pointwise correlations with sea surface temperature(SST) indexes of two types of El Ni?o events, the key areas with SSS variations for EP and CP El Ni?o events are identified. For EP El Ni?o events, the key areas are located over an arcuate area centered at(0°, 130°E) and in the central equatorial Pacific covering(5°S–5°N, 175°W–158°W). For CP El Ni?o events, the key areas are located in the northeastern western Pacific covering(2°N, 142°E–170°E) and in the southeastern Pacific covering(20°S–10°S, 135°W–95°W). The key areas for EP and CP El Ni?o events in this study are not located near the dateline in the equatorial Pacific and differ from those obtained from the regression or composite methods.Accordingly, these key areas are used to construct SSS indexes, termed as the CP/EP El Ni?o SSS index(CSI/ESI), to distinguish EP and CP El Ni?o events independently. The SSS indexes are verified by different datasets over varying time periods and they can be adequately used to identify the two types of El Ni?o events and serve as another useful tool for monitoring ENSO. These analyses offer novel insight into how to represent the diversity of El Ni?o events.     

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.     

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.     

Conceptual model about the interaction between El Nio/Southern Oscillation and Quasi-Biennial Oscillation in far west equatorial Pacific

In the tropical Pacific region, El Ni?o/Southern Os- (COADS SST from 1945 to 1993) in the eastern cillation (ENSO) and the Quasi-Biennial Oscillation in (150°W-90°W, 5°S-5°N) and the observed SST far west equatorial Pacific (QBOWP) are two most and zonal wind in the far western equatorial Pacific prominent interannual variation phenomena. The for- (120°-140°E, 0°-10°N) (Fig.1), in the eastern Pa- mer is characterized by coupled SST-wind variability cific the period of S…     

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.     

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.     

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.     

The unusual 2014–2016 El Ni?o events: Dynamics,prediction and enlightenments

The 2014–2016 El Ni?o events consist of a stalled El Ni?o event in the winter of 2014/2015 and a following extreme El Ni?o event in the end of 2015. Neither event was successfully predicted in operational prediction models. Because of the unusual evolutions of these events that rarely happened in the historical observations, few experience was ready for understanding and predicting the two El Ni?o events when they occurred. Also due to their specialties, considerable attention were attracted with aims to reveal the hidden mechanisms. This article reviews the recent progresses and knowledge that were obtained in these studies. Emerging from these studies, it was argued that the key factor that was responsible for the stalled El Ni?o in 2014 was the unexpected summertime Easterly Wind Surges(EWSs) or the lack of summertime Westerly Wind Bursts(WWBs). Most operational prediction models failed to reproduce such stochastic winds and thus made unrealistic forecasts. The two El Ni?o events awakened the research community again to incorporate the state-of-the-art climate models to simulate the stochastic winds and investigate their roles in the development of El Ni?o.     

地球系统模式CESM1-BGC模拟的西北太平洋海气CO_2通量随季节演变的年际变率主导模态

海气CO_2通量的年际变率是气候学界关注的一个前沿问题.本文基于地球系统模式CESM1-BGC,采用季节依赖的经验正交函数分解(S-EOF)分析方法,研究了热带西北太平洋(0°~35°N,110°E~150°E)海气CO_2通量随季节演变的年际变率主导模态.结果表明,该年际主导模态对应厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)从发展到衰减的演变过程.在El Nio发展年的夏季和秋季,海水CO_2分压的贡献略大于交换系数的贡献(即风速的贡献),两者共同作用使得西北太平洋吸收的CO_2增多.在El Nio成熟位相的冬季,西北太平洋异常反气旋建立,其西北侧的异常西南风使得中国东南沿海及附近海域的风速减弱,从而降低交换系数,导致中国东南沿海及附近海域吸收的CO_2减少.随后的次年春季,西太平洋异常反气旋继续维持,但位置东移,西南风的异常减小了风蒸发进而增加了中国近海海水温度,从而引起海水CO_2分压增大,使得中国近海海域吸收的CO_2减少,这一影响超过了交换系数减少所带来的影响.     

The anomalous variation of the lightning activity in southern China during the 1997/98 El Nio event

The El Ni?o Southern Oscillation (ENSO) is a cli- mate anomaly responsible for worldwide weather im- pacts ranging from droughts to floods. It is of scien- tific importance to clarify the influences of the 1997/98 El Ni?o event (for simplicity, named the ENSO) on the regional and global lightning activity. Goodman et al.[1] noticed that during the El Ni?o ma- ture phase from December 1997 to February 1998, the total lightning frequencies recorded by LIS, lightning days and lightning ho…     

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.     

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.     

日食、太阳黑子与地球自转对Ei Nio(La Nia)影响与预测

Ei Nio(La Nia)对全球气候变化产生显著影响并造成严重自然灾害,其形成与发生受多因素复杂影响.对其影响因素与事件发生预测的研究,有助于对其成因机制加深理解,减弱其造成的灾害影响.本文运用经验模态分解法(EMD)与动力力学预测模型等数学方法,对近60年地球自转、日食、太阳黑子等因素与Ei Nio(La Nia)事件相关性进行多尺度分析,探讨日食对Ei Nio(La Nia)热动力诱因,构建日食、太阳黑子、地球自转与Ei Nio(La Nia)事件间相关系数与预测定理(E1-E2),并对未来10年Ei Nio(La Nia)事件进行预测.研究结果表明:日食、太阳黑子、地球自转等现象与Ei Nio、La Nia事件具有密切相关性,是其发生重要影响因素.日食发生对Ei Nio(La Nia)事件具有热动力诱因,太阳黑子峰值年与Ei Nio事件发生有较好关联性,地球自转速率增加,诱发或增强La Nia事件,地球自转速率降低时,诱发或增强Ei Nio事件.通过构建日食、太阳黑子、地球自转与Ei Nio(La Nia)事件间相关系数与预测定理(E1-E2)进行Ei Nio(La Nia)事件的资料验证与预测,准确率达86.05%,得到预测结论:2016、2018、2019、2020、2023年发生Ei Nio事件,2017、2021、2024年发生La Nia事件.     

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.     

The coupling instability of Rossby and topographic Rossby waves in the equatorial area

Before the 1980s, El Ni?o was believed as the sea surface warming along the coast of Peru in South America. As the positive anomaly strengths, the warm water expands westward along the equator to form large area of anomalous high sea surface temperature. Rasmusson and Carpenter (1982) summarized the de-velopment process of the sea surface warm water and the corresponding wind field[1] during ENSO cylce. However, this canonical El Ni?o was questioned by 1982-1983 warm episode and later dat…     

热带太平洋海洋混合层水体振荡与ENSO循环

研究了热带太平洋温跃层和海面风应力年际变率主要模态及它们之间的相互作用, 探讨了ENSO循环的可能形成机制, 得到如下结果: (1)热带太平洋温跃层异常具以160°W为纵轴的东西向偶极子分布和以6~8°N为横轴的南北向跷跷板分布等两种主要模态, 两者(相位差90°)组合构成El Niño/La Niña循环, 表现为混合层水体(指温跃层界面之上海温垂直分布较均匀的上层海洋)在赤道与12°N之间的热带太平洋海盆内反时针三维振荡; (2)热带太平洋风应力异常具两种主要分布型, 第一特征向量场反映了热带太平洋信风异常导致的赤道太平洋异常纬向风应力及散度场与离赤道北太平洋异常越赤道风应力及反相散度场, 第二特征向量场反映了热带辐合带(ITCZ)异常导致的异常风应力及相应散度场; (3)信风异常对ENSO事件的形成、强度和相变都有决定性的作用, 它导致海面倾斜, 提供了混合层水体振荡初始位能, 同时造成赤道太平洋西部与东部之间和赤道太平洋与12°N北太平洋海盆之间温跃层同步反相位移, 限定了热带太平洋混合层水体振荡的振幅和路线. ITCZ异常主要对ENSO相变过程有一定影响; (4)热带西太平洋海洋热力异常导致海面风应力异常, 它伴随热带太平洋混合层水体振荡沿赤道由西向东扩展, 造成热带太平洋信风异常, 产生有利于水体振荡的异常风应力及散度场, 反过来进一步加强混合层水体振荡. 这一海气耦合过程与混合层水体振荡一起为ENSO循环提供了相变和年际记忆机制. 研究指出, ENSO循环实质上是由信风异常和海气耦合过程共同作用下产生的热带太平洋海洋混合层水体在赤道与12°N之间热带太平洋海盆内的惯性振荡. 海气耦合过程产生的作用力大于或等于水体运动阻力时, ENSO循环将加强或维持, 不足以克服水体运动阻力时, 水体振荡减小, ENSO循环将逐渐减弱, 直至中断.     

Observational analysis and numerical simulation of the interannual variability of the boreal winter Hadley circulation over the recent 30 years

The interannual variability of the boreal winter (DJF) Hadley Cell strength during 1979-2008 is investigated using NCEP/NCAR reanalysis data. The results of AMIP simulation of LASG/IAP AGCM GAMIL2.0 are compared against the reanalysis data. Both the reanalysis data and the simulation show that the interannual variability of the Hadley Cell strength has a non-uniform spatial distribution, as evidenced by the 1st Empirical Orthogonal Function (EOF) mode. The change of Hadley cell strength in the tropics is opposite to that in the subtropical regions. Our analysis indicates that a positive phase of EOF1 is associated with an El Ni o-like warmer equatorial central and eastern Pacific and a warmer southern Indian Ocean. Above features are also seen in the results of GAMIL2.0 simulation, indicating that the interannual variability of the Hadley Cell strength is driven by the tropical ocean variability. Our analysis also demonstrates that the contribution of the warmer central-eastern Pacific to the 1st EOF mode is larger than that of the South Indian Ocean. The SST forcing enhances the local Hadley circulation strength in the central Pacific and Africa (30°S-30°N, 150°E-90°W), while it weakens the local Hadley circulation in other regions (30°S-30°N, 90°-10°W). The western Pacific anticyclone remotely driven by the El Ni o forcing leads to a weakened local Hadley cell in the Northern Hemisphere, while the South Indian Ocean anticyclone driven by the remote El Ni o forcing and the local warmer SST anomalies in the southern Indian Ocean results in a weakened local Hadley Cell in the Southern Hemisphere. The enhancement of the Pacific local Hadley Cell is stronger (weaker) than that of the Atlantic, the western Pacific, and the southern Indian Ocean in the tropical (subtropical) part, thus for the zonal mean condition the strength of the total Hadley Cell is stronger (weaker) in the tropical (subtropical) limb. The amplitude of the Hadley Cell change in the Northern Hemisphere is stronger than that in the Southern Hemisphere. Hence the leading interannual variability mode of boreal winter Hadley Cell exhibits a non-uniform spatial pattern.     

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...