南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.       

强La Niña背景下的东亚夏季风异常与1989年和1999年中国夏季降水的对比分析

选取两个强La Niña年 (1989年和1999年), 对比分析了强La Niña背景下的东亚夏季风异常和中国夏季降水分布。结果表明, 受南极海冰分布异常的影响, 这两年6～7月间南极涛动呈现不同的位相, 进而改变了南方涛动的位相。1989年, 南极涛动为正时, 南方涛动为正, 马斯克林高压 (简称马高) 偏强, 澳大利亚高压 (简称澳高) 偏弱。与1989年相反, 1999年南极涛动和南方涛动均为负位相, 马高偏弱, 澳高偏强, 这与一般La Niña年的情况正好相反。与马高和澳高强度变化相对应, 西太平洋副热带高压在1989年偏西、 1999年偏东, 并影响到6～7月间中国降水的分布。8月副高北抬后, 南半球环流变化的影响减弱, 东亚夏季风环流主要受热带环流和中高纬度环流的影响。1989年8月, 受中高纬度冷平流的影响, 副高偏弱, 长江流域降水偏多。1999年8月, 由于热带西风异常偏强, 副高偏强, 长江以南降水偏多。本文的研究结果表明, 即使在两个相似的强La Niña事件影响下, 由于其他因子对La Niña信号的调制作用, 中国夏季降水仍呈现不同的分布, 1989年为中间型, 而1999年为南方型, 这与一般La Niña年雨带偏北正好相反。最后, 对中国夏季降水的季度预测提出了一些建议。     

强La Nia背景下的东亚夏季风异常与1989年和1999年中国夏季降水的对比分析

选取两个强La Nia年(1989年和1999年),对比分析了强La Nia背景下的东亚夏季风异常和中国夏季降水分布。结果表明,受南极海冰分布异常的影响,这两年6~7月间南极涛动呈现不同的位相,进而改变了南方涛动的位相。1989年,南极涛动为正时,南方涛动为正,马斯克林高压(简称马高)偏强,澳大利亚高压(简称澳高)偏弱。与1989年相反,1999年南极涛动和南方涛动均为负位相,马高偏弱,澳高偏强,这与一般La Nia年的情况正好相反。与马高和澳高强度变化相对应,西太平洋副热带高压在1989年偏西、1999年偏东,并影响到6~7月间中国降水的分布。8月副高北抬后,南半球环流变化的影响减弱,东亚夏季风环流主要受热带环流和中高纬度环流的影响。1989年8月,受中高纬度冷平流的影响,副高偏弱,长江流域降水偏多。1999年8月,由于热带西风异常偏强,副高偏强,长江以南降水偏多。本文的研究结果表明,即使在两个相似的强La Nia事件影响下,由于其他因子对La Nia信号的调制作用,中国夏季降水仍呈现不同的分布,1989年为中间型,而1999年为南方型,这与一般La Nia年雨带偏北正好相反。最后,对中国夏季降水的季度预测提出了一些建议。     

强La Ni(n)a背景下的东亚夏季风异常与1989年和1999年中国夏季降水的对比分析

选取两个强La Ni(n)a年 (1989年和1999年), 对比分析了强La Ni(n)a背景下的东亚夏季风异常和中国夏季降水分布.结果表明, 受南极海冰分布异常的影响, 这两年6～7月间南极涛动呈现不同的位相, 进而改变了南方涛动的位相.1989年, 南极涛动为正时, 南方涛动为正, 马斯克林高压 (简称马高) 偏强, 澳大利亚高压 (简称澳高) 偏弱.与1989年相反, 1999年南极涛动和南方涛动均为负位相, 马高偏弱, 澳高偏强, 这与一般La NiNi(n)a年的情况正好相反.与马高和澳高强度变化相对应, 西太平洋副热带高压在1989年偏西、 1999年偏东, 并影响到6～7月间中国降水的分布.8月副高北抬后, 南半球环流变化的影响减弱, 东亚夏季风环流主要受热带环流和中高纬度环流的影响.1989年8月, 受中高纬度冷平流的影响, 副高偏弱, 长江流域降水偏多.1999年8月, 由于热带西风异常偏强, 副高偏强, 长江以南降水偏多.本文的研究结果表明, 即使在两个相似的强La NiNi(n)a事件影响下, 由于其他因子对La NiNi(n)a信号的调制作用, 中国夏季降水仍呈现不同的分布, 1989年为中间型, 而1999年为南方型, 这与一般La NiNi(n)a年雨带偏北正好相反.最后, 对中国夏季降水的季度预测提出了一些建议.     

夏季菲律宾低空越赤道气流与南半球大气环流的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料,定义了1950-2009年菲律宾越赤道气流强度指数,并研究其与南半球大气环流的关系。结果表明,菲律宾越赤道气流受南半球低层极地高压、绕极低压带和中纬度副热带高压,以及高层巨大的绕极低压影响;南半球环流对菲律宾越赤道气流的影响主要是通过南极涛动的调整,对澳大利亚高压产生影响来发挥作用,从南极涛动发生调整到对越赤道气流及北半球环流产生影响,有约4a的时滞;澳大利亚高压强度和位置的变化对菲律宾越越赤道气流有重要影响,关键区位于澳大利亚高压西北方向的洋面上。     

南极涛动异常与2006年我国东部夏季降水形势预测

南极涛动是南半球中高纬主要的气候变率模态，反映了南半球中高纬大气环流反位相的变化及质量交换的实质。南极涛动强，表示南半球绕极低压加深和中高纬西风加强弱，反之亦然。作者近年的研究表明了南极涛动是一个重要的气候因子，能够影响东亚的冬春气候和我国北方的沙尘频次以及华北、长江中下游的夏季降水。根据作者已有的研究结果，可以依据3—4月南极涛动指数的变化，尝试预测2006年我国东部夏季降水形势，进而考察南极涛动异常信号对我国东部夏季降水形势的预测价值。     

南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

华南后汛期降雨与南极海冰变异和南半球大气环流异常的关系

利用１９７３￣１９８９年南极海冰北界资料研究海冰变异对华南不同区域后汛期降雨的影响。认为,华南后汛期降雨与南极海冰和南半球大气环流间存在遥相关显著性。分析海洋与南半球大气环流,副高、热带气旋、南亚高压等系统间的相关关系表明,海冰变异是通过影响这些系统,而对后汛期降雨产生影响作用的,其中上年９月罗斯海海冰、７月全南极海冰和威德尔海海冰的作用更明显,当年１月低纬气旋烽和前期南美深对流区强弱与广西后汛期     

贵州夏旱成因初步分析

本文使用1951～1990年北半球500百帕和100百帕高度场及850百帕和200百帕赤道附近风场、500百帕地转西风、太平洋海水表层温度，厄尔尼诺现象、南方涛动以及西风环流指数、副高特征参量等对我省夏旱成因进行分析，其结果表明：贵州夏旱与南亚高压、副热带高压、南海台风均有较好的一致性，与越赤道气流有着密切关系．我省夏季降水与海洋和大气的相互影响有关系，通过厄尔尼诺现象和南方涛动两种不同介质。当南方涛动指数为负值时，垂直的南——北向哈特菜环流加强，南半球的大气环流相对角动量通过经向环流向北半球输送，从而西北太平洋副热带高压面积指数增大．反之亦然．     

澳大利亚东侧环流及海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的SST资料和1951～2005年中国160站月降水总量资料,研究了南极涛动,特别是澳大利亚东侧的环流及局地海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系。研究发现,澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关,并由此定义了一个澳大利亚东侧位势高度指数（GHIEA）。当GHIEA指数偏大（小） 时,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（偏低）,这种气压异常扰动可能通过Rossby波传播到北半球副热带地区,形成南北半球高度场的遥相关,使我国南海至菲律宾北部副热带地区位势高度增加（减小）,也即副高较强（弱）且偏南西伸（偏北偏东）,从而造成长江中下游地区降水偏多（少）。夏季南极涛动与长江中下游夏季降水的显著相关的原因主要是澳大利亚东侧局地位势高度异常造成的。澳大利亚东侧位势高度偏高（低）,南极涛动指数（IAO） 也随之偏大（小）,澳大利亚东侧位势高度异常通过南北半球高度场遥相关影响到北半球副热带地区的大气环流, 进而使长江中游夏季降水偏多（少）。另外,从局地海温异常角度也能部分解释澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关的可能成因:当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,对应GHIEA指数偏高（低）,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（低）。同时,当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,南海地区SST也易于偏高（低）,使西太平洋副高较强并偏南西伸（较弱并偏北偏东）,从而造成长江中下游降水偏多（少）。     

南极海冰涛动与ENSO的关系

对近30年南极海冰密集度资料的EOF和SVD分析，发现南极地区在罗斯海外围和别林斯高晋海的海冰密集度场存在着“翘翘板”的变化特征，并与ENSO有密切联系。由此定义两个海冰关键区的差值为南极海冰涛动指数（ASOI），ASOI超前SOI和Nino3指数2个月时，其正、负相关系数达到最大，并通过α=0.001的信度检验。ASOI高、低指数阶段对应的南半球海平面气温、气压场和风场的合成分析表明，海冰关键区的异常变化可能引起温度、气压、风场的响应而影响南太平洋的洋流，进而对ENSO的发生、发展产生影响。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

Regional variability of Antarctic sea ice extent

Interannual and seasonal variability of regional distribution of Antarctic sea ice extent is studied using monthly mean data on sea ice concentration in 1970-2012. The correlation is estimated between the variations in the area of floating ice in West and East Antarctica as well as in the Atlantic, Pacific, and Indian sectors of the Southern Ocean and the indices of atmospheric circuiation in the Southern Hemisphere.     

气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟和预估

针对参加“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-s2,评估了其对南半球气候平均态的模拟能力,在此基础上,预估了未来不同“典型浓度路径”(RCPs)情景下南半球气候的变化特征.对20世纪历史气候模拟结果的分析表明,模式能够合理再现南半球大气环流气候态分布特征,包括6～8月平均(JJA)南半球双西风急流现象,只是模拟的北支急流偏弱、南支急流偏强.未来气候预估试验中,不同RCPs情景下南半球温度变化以增暖为主要特征,陆地增温大于海洋,只有南大西洋—印度洋海盆存在局部变冷.综合四种不同情景,未来随着温室气体浓度的增加,南半球中纬度高压带将显著加强,绕极低压带将加深.降水呈现出增多的特征,12月到来年2月平均(DJF)强于JJA,海洋强于陆地,只有南印度洋和南太平洋中部局部降水减少.未来不同RCPs情景下,马斯克林高压表现出先减弱后增强的特征,而澳大利亚高压则呈现出先增强后减弱的特征.南极涛动(AAO)的变化表现为:RCP2.6和RCP4.5情景下AAO都表现为先增强后减弱,RCP6.0和RCP8.5情景下都为一致的增强趋势,这主要与四种情景中模拟的未来温度变化结构不同有关.例如在RCP6.0和RCP8.5情景下,南半球高纬高层温度增暖趋势小于中纬地区,使得经向温度梯度增大,中纬度西风加强,60°S以南位势高度减小,最终令AAO增强.     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(二)——季节变化

在以前工作的基础上,本文进一步分析了各个季节北方涛动和与其相联系的北太平洋海温同北半球温带大气环流遥相关的特征,并与南方涛动和赤道太平洋海温的结果进行了比较,发现它们同北半球温带大气环流的遥相关,不仅具有很强的地区性,而且具有明显的季节变化。 冬季,北方涛动和北太平洋海温与PNA型相关非常明显,且比南方涛动和赤道太平洋海温的更密切。除PNA型外,北方涛动还同500hPa高度的亚洲-北美(ANA)流型有联系。 夏季,PNA遥相关型的表现仍然非常清楚,但位置较冬季偏酉和偏北,并在北美西海岸具有特殊的分叉现象。     

极冰对南方涛动的影响

分析南、北极冰量与南方涛动序列作月、季和年尺度的变化过程线性相关关系，发现北极冰量与南方涛动指数是反相关关系，而南极冰量与南方涛动是正相关。比较而言，南极冰量与南方涛动的关系在月和季尺度上似乎较北极与大气的关系密切些。在各时间尺度序列中以太平洋地区南极极冰的影响表现最明显。分析发现极冰与南方涛动之间存在较复杂的非线性关系。在前期极冰的强信号寻找中，发现极冰与南方涛动在月序列的相关关系上存在周期变化现象。进一步选择相关极值的对应步长建立前期极冰状态激发大气变化的预测统计动力模式，模式对大气序列的解释方差可达０．９０以上。文中还进一步探讨了月序列存在的周期变化的共同因素的影响     

Antarctic sea-ice relationships with indices of the atmospheric circulation of the Southern Hemisphere

A link between the Antarctic sea-ice extent and low-frequency atmospheric variations, particularly ENSO, has been suggested by recent modeling and empirical studies. This question is examined here using a high-resolution (by week, by region) data base of Antarctic sea-ice extent for the 1973–1982 period. Although of relatively short duration by Northern Hemisphere standards, such a data base offers an opportunity rare in Southern Hemisphere climate studies. The seaice variations are examined in the context of longer-term indices of the large-scale atmospheric circulation. These are a Southern Oscillation Index (SOI) and an index of sea-level pressure (SLP) wavenumber one in the Southern Hemisphere extratropics. The indices are updated through 1982, and their associations with regional-scale pressure indices in the Australia-New Zealand sector are also examined. The 1973–1982 period is anomalous when compared with the period 1951–1972. Correlation analysis of the monthly sea ice and circulation index values reveals that much of the apparent link between the ice and the SOI suggested in previous studies arises from autocorrelations present in both data sets and the strong annual cycle of sea-ice extent. Removing these effects from the data and re-running the correlations reveals that most of the resulting significant associations between the ice and one or other of the circulation indices can probably be explained on the basis of chance. In order to reconcile these findings with previous studies that show some strong ice-circulation interactions on regional scales, only those months in which significant correlations occur between both largescale circulation indices and the sea ice are examined further. These occur preferentially in the Ross and Weddell sectors, which constitute the regions contributing most to the variability of Antarctic sea ice. The analysis suggests that the sea-ice-extent changes lag the SOI by several months but may precede changes in extratropical SLP wavenumber one. Confirmation of these tentative regional ice extent-circulation teleconnections necessarily awaits the forward extension of the high-resolution sea-ice data base beyond the 10 years available here.This paper is based on material presented at the Conference on Mechanisms of Interannual and Longer-Term Climatic Variations held at the University of Melbourne, Australia: December 8–12, 1986.     

Atmospheric winter response to a projected future Antarctic sea-ice reduction: a dynamical analysis

Several studies have analysed the atmospheric response to sea-ice changes in the Arctic region, but only few have considered the Antarctic. Here, the atmospheric response to sea-ice variability in the Southern Hemisphere is investigated with the atmospheric general circulation model ECHAM5. The model is forced by the present and a projected future seasonal cycle of Antarctic sea ice. In September, the mean atmospheric response exhibits distinct similarities to the structure of the negative phase of the Southern Annular Mode, the leading mode of Southern Hemisphere variability. In the reduced Antarctic sea-ice integration, there is an equatorward shift of the Southern Hemisphere mid-latitude jet and the storm tracks. In contrast to a recent previous study, our findings indicate that a substantial impact of Southern Hemispheric future sea-ice reduction on the mid-latitude circulation cannot be ruled out.