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.     

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.     

ENSO循环之中的海气相互响应--对次表层海温和大气旋度的资料分析

利用美国国家环境预测中心（NCEP）和联合环境数据分析中心（JEDAC）资料,分别定义了表征海洋和大气变异的风场涡度指数和温度场指数,对热带太平洋海域的极值曲面上的温度距平、850 hPa风应力旋度进行了分析.结果显示,大气对海洋热力强迫的响应主要是Gill型,而大气又可以通过风应力旋度造成的Ekman抽吸作用来影响海洋,这种海气相互作用影响着ENSO循环的发展.通过简单的统计分析,解释了二者在ENSO循环之中所起的作用,并从资料中验证了El Nio事件具有3～4年的循环周期.这在一定程度上支持了ENSO的时滞振荡子和自然振荡子理论.     

夏季东北亚阻塞高压年际变化的一个物理机制

根据实际观测资料反演获得描述大气环流演变的空间谱函数后,从改进的高截断谱模式途径出发研究了夏季东北亚阻塞高压年际变化的物理机制.结果表明,前期外部热源强迫的空间分布大致为El Nio型分布时,外部热力强迫导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向2波的相互作用;波流相互作用主要表现为经向2波和3波与反映基本流中的经向1波的相互作用.这样使得500 hPa高度场上东北亚地区为一相对正异常区,为夏季东北亚阻塞的频繁发生提供了有利的大气环流背景.而前期外部热源强迫大致为La Nia型分布时,外部热力强迫则导致大气环流演变中波波相互作用主要表现为纬向1波的相互作用;波流相互作用主要表现为经向2波和4波与反映基本流中的经向2波的相互作用.从而使得500 hPa高度场上帆北亚地区出现相对负异常,抑制了夏季东北亚阻塞的发生.     

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.     

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.     

区分热带太平洋两类厄尔尼诺事件的海表面盐度指数

本研究利用再分析资料和观测数据得到用来区分热带太平洋两种类型El Ni?o事件(中太平洋El Ni?o (CP El Ni?o)和东太平洋El Ni?o (EP El Ni?o))的海表面盐度(SSS)指数.通过计算SSS异常与海表面温度(SST)的空间和时间相关性,识别出了与CP和EP El Ni?o事件相关的SSS关键区.确定出的EP El Ni?o事件SSS关键区位于以(0°,130°E)为中心的弧形区域和由赤道太平洋覆盖(5°S～5°N, 175°W～158°W)的区域; CP El Ni?o事件SSS关键区位于西太平洋东北部(2°S～9°N, 142°E～170°E)和东南太平洋(20°S～10°S, 135°W～95°W).本研究中获得的CP和EP El Ni?o事件的关键区与传统的回归和合成方法不一致,并不位于赤道太平洋的日界期线附近.根据这些关键区,分别构建SSS指数,称为CSI指数(CP El Ni?o SSS index)和ESI指数(EP El Ni?o SSS index),用于独立区分CP和EP El Ni?o事件.利用不同时段的多种来源的数据进行检验,表明CSI和ESI可以有效地用于区分两类El Ni?o事件,并作为监测ENSO的另一个有效工具.本研究为表征和理解El Ni?o事件的多样性提供了可能的新方法.     

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.     

中国华北雾霾天气与超强El Ni?o事件的相关性研究

2015年11—12月,全国接连发生七次大范围、持续性雾霾天气过程,其中,11月27日—12月1日的雾霾天气过程持续时间长达五天,成为2015年最强的一次重污染天气过程;12月19-25日重度雾霾再次发展,影响面积一度达到35.2万km~2.本文利用多种数据资料通过个例对比和历史统计详细分析了超强El Ni?o背景下雾霾天气频发的天气气候条件.其结果清楚表明:2015年11—12月欧亚中高纬度以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱,使得影响我国的冷空气活动偏少,我国中东部大部地区对流层低层盛行异常偏南风,大气相对湿度明显偏大,并且大气层结稳定,对流层底层存在明显逆温.上述大气环流条件使得污染物的水平和垂直扩散条件差,因此在有一定污染排放的情况下,造成了重度雾霾天气过程的频发.由此,超强El Ni?o事件所导致的大尺度大气环流异常是我国中东部,尤其华北地区冬季雾霾天气频发的重要原因之一.     

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.     

Dynamical effect of the zonal wind anomalies over the tropical western Pacific on ENSO cycles

The circulation and zonal wind anomalies in the lower troposphere over the equatorial western Pacific and their roles in the developing and decaying processes of the 1982–1983, 1986 –1987, 1991–1992 and 1997–1998 El Ni?o events and the occurrence of La Ni?a events are analyzed by using the observed data in this paper. The results show that before the developing stage of these El Ni?o events, there were cyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies brought the westerly anomalies over the Indonesia and the tropical western Pacific. However, when the El Ni?o events developed to their mature phase, there were anticyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies made the easterly anomalies appear over the tropical western Pacific. A simple, dynamical model of tropical ocean is used to calculate the response of the equatorial oceanic waves to the observed anomalies of wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific during the 1997/98 ENSO cycle, which was the strongest one in the 20th century. It is shown that the zonal wind stress anomalies have an important dynamical effect on the devel-opment and decay of this El Ni?o event and the occurrence of the following La Ni?a event.     

Influences of Indian Ocean interannual variability on different stages of El Nio: A FOAM1.5 model approach

Both the tropical Indian and tropical Pacific Oceans are active atmosphere-ocean interactive regions with robust interannual variability, which also constitutes a linkage between the two basins in the mode of variability. Using a global atmosphereocean coupled model, we conducted two experiments(CTRL and PC) to explore the contributions of Indian Ocean interannual sea surface temperature(SST) modes to the occurrence of El Ni?o events. The results show that interannual variability of the SST in the Indian Ocean induces a rapid growth of El Ni?o events during the boreal autumn in an El Ni?o developing year. However, it weakens El Ni?o events or even promotes cold phase conversions in an El Ni?o decaying year. Therefore, the entire period of the El Ni?o is shortened by the interannual variations of the Indian Ocean SST. Specifically, during the El Ni?o developing years, the positive Indian Ocean Dipole(IOD) events force an anomalous Walker circulation, which then enhances the existing westerly wind anomalies over the west Pacific. This will cause a warmer El Ni?o event, with some modulations by ocean advection and oceanic Rossby and Kelvin waves. However, with the onset of the South Asian monsoon, the Indian Ocean Basin(IOB) warming SST anomalies excite low level easterly wind anomalies over the west tropical Pacific during the El Ni?o decaying years. As a result, the El Ni?o event is prompted to change from a warm phase to a cold phase. At the same time, an associated atmospheric anticyclone anomaly appears and leads to a decreasing precipitation anomaly over the northwest Pacific. In summary, with remote forcing in the atmospheric circulation, the IOD mode usually affects the El Ni?o during the developing years, whereas the IOB mode affects the El Ni?o during the decaying years.     

北太平洋副热带高压年际变异与ENSO 循环之间的选择性相互作用

利用NCEP/NCAR大气再分析资料以及Hadley中心海表温度资料,针对北太平洋副热带高压(简称副高)的完整系统,通过分析超前于ENSO事件的海平面副高年际异常特征及其对ENSO事件的触发作用以及ENSO事件对500 hPa副高和海平面副高的滞后影响,结果表明了北太平洋副热带高压年际变异和ENSO循环之间存在选择性相互作用.即在大多数情况下,一方面,前期海平面副高减弱会导致热带西太平洋表面西风异常,通过海洋平流过程触发El Nino事件在夏季发生发展,在秋冬季成熟; 而另一方面,El Nino事件在秋冬季发展成熟后,增强了赤道中太平洋的对流性热源,通过对异常热源的动力响应,同期和次年夏季500 hPa副高增强,又通过增强的Hadley环流作用,副热带地区下沉运动增强,从而使得次年夏季海平面副高增强,增强的海平面副高又有利于触发下一个La Nina事件.副高年际变异和ENSO循环之间相互作用的选择性主要取决于副高异常是否接近于赤道以及ENSO事件本身的持续性.这种相互作用有利于在热带太平洋海气系统产生准两年振荡.     

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

印度洋海表温度（Sea Surface Temperature，简称SST）的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡，并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季（南半球冬、春）的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关，在冬、春达到最大，并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响，对应偶极子正位相，次年夏季印度洋、南海（东亚）夏季风偏弱；副高加强且南撤、西伸，南亚高压偏强且位置偏东，易形成我国长江流域降水偏多，华南降水偏少；负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO（El Nio Southern Oscillation，简称ENSO）的特征.     

On North Pacific circulation and associated marine debris concentration

Marine debris in the oceanic realm is an ecological concern, and many forms of marine debris negatively affect marine life. Previous observations and modeling results suggest that marine debris occurs in greater concentrations within specific regions in the North Pacific Ocean, such as the Subtropical Convergence Zone and eastern and western "Garbage Patches". Here we review the major circulation patterns and oceanographic convergence zones in the North Pacific, and discuss logical mechanisms for regional marine debris concentration, transport, and retention. We also present examples of meso- and large-scale spatial variability in the North Pacific, and discuss their relationship to marine debris concentration. These include mesoscale features such as eddy fields in the Subtropical Frontal Zone and the Kuroshio Extension Recirculation Gyre, and interannual to decadal climate events such as El Ni?o and the Pacific Decadal Oscillation/North Pacific Gyre Oscillation.     

平流层爆发性增温对中国天气气候的影响 及其在ENSO影响中的作用

本文通过分析1957~2002年平流层爆发性增温(SSW)的环流特征,研究平流层爆发性增温可能对我国天气气候的影响.平流层爆发性增温发生后平流层高纬地区有异常的环流变化,但是这种变化并不仅局限于平流层内部,其产生的环流异常能够向下传播,并对对流层的天气和气候产生影响.研究发现,平流层出现强爆发性增温后,平流层异常温度场和位势高度场在中、高纬度形成AO型振荡并向下传播,使得对流层低层西伯利亚高压增强、阿留申低压加深,500 hPa东亚大槽加深且偏西,导致东亚冬季风增强,我国北部大部分地区气温偏低.而在爆发性增温前,强行星波扰动使得东亚大槽加深,西伯利亚高压和阿留申低压同时增强,也可能导致东亚冬季风偏强.El Nio可能激发出强行星波,有利于强SSW事件的发生.通过上述的两个过程可能造成东亚冬季风的加强,这将会对"El Nio事件通过对流层过程而引起东亚冬季风减弱"的结论有一定影响. 因此,ENSO事件影响东亚冬季风及中国的天气气候存在不止一种途径,具体影响情况应该是几种途径的综合结果.     

El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型的数值模拟

给定1948～1999年逐月变化的全球观测的海表温度分布，使用全球大气环流模式（CCM3/NCAR）模拟了大气对海表温度变化的响应，利用SVD和合成检验方法，分析了El Nino发展阶段夏季、成熟阶段冬季以及衰亡阶段夏季东亚大气环流的年际异常型.结果表明：El Nino发展阶段夏季，中国东北、朝鲜半岛以及日本海附近为高度负异常中心，西太平洋副高偏弱、偏东，东亚夏季风增强；El Nino成熟阶段冬季，东亚大槽加强，东亚北部冬季风加强；El Nino衰亡阶段夏季，西太平洋副高偏强、偏南、西伸，东亚夏季风减弱；El Nino事件在其衰亡阶段夏季与东亚大气环流异常的关系最紧密，其次是成熟阶段冬季，最后是发展阶段夏季.模拟的El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型易于解释以往研究中观测分析揭示的由El Nino造成的我国东部气温和降水异常型.