风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

热带太平洋—印度洋热含量变异及其与表层水温的关系

基于日本气象厅月平均温、盐度资料和英国Hadley中心月平均SST资料,利用经验正交函数(EOF)分解法研究了热带太平洋—印度洋热含量距平场和SST距平场的时空变化,并探讨了它们之间的关系。结果表明,热带太平洋—印度洋热含量距平场的年际振荡主要是由变化周期相近、空间结构不同的两个模态构成的,它们分别对应于ENSO的成熟期位相和过渡期位相;SST距平场的年际振荡主要是由空间结构和变化周期均不同的两个模态构成的,但它仅对应于ENSO的成熟期位相;虽然热含量与SST距平场第一模态之间存在着密切的正相关,但在热带东印度洋和赤道中太平洋热含量与SST的年际变化则都是反位相的。     

热带太平洋-印度洋上层热含量年际变化的主模态

利用多种海洋资料,采用经验正交函数分解(EOF)与合成分析等方法研究了热带太平洋-印度洋热含量年际变化的主要模态及其对应的转换过程。结果表明其第一模态对应El Nino事件成熟位相时的空间分布,即热带西太平洋和东印度洋为一冷中心,西南印度洋和赤道东太平洋为暖中心;第二模态对应着El Nino事件过渡期的空间分布,太平洋10°N附近以及赤道带为变化中心,而印度洋的变化中心主要在苏门答腊岛西部的赤道东印度洋海区。这2个模态基本刻画了ENSO循环过程中热带两大洋热含量变化的关键海区。利用合成分析结果与EOF分解结果的相似性,探讨了EOF分解前两个模态之间的转换过程,发现第一模态可能主要是通过海洋波动的传播过程调整到第二模态的,而第二模态还可以作为El Nino或La Nina事件的预报因子。此外,分析结果还表明,El Nino事件与La Nina事件对应的热含量变化并不是反对称的。     

赤道太平洋-印度洋海温异常综合模与次表层海温异常

通过对1958-2001年的SODA海温资料进行经验正交函数分解,得到了太平洋-印度洋海温异常综合模态,该模态在海表及次表层的时空演变特征的分析表明,在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高)。该综合模态既有年际变化特征,还有年代际变化特征,在20世纪70年代中后期由以负指数为主转变为以正指数为主。对1958-2001年强正、负指数事件合成分析结果得知,综合模也存在着显著的年变化特征,在2-4月份偏弱,最强出现在10月份。西太平洋暖池次表层与赤道东太平洋次表层、赤道东印度洋次表层与西印度洋次表层有一种反位相的变化。次表层海温异常在东太平洋、西印度洋分别沿着南北纬10°左右向西太平洋、东印度洋传播并向赤道扩展,西太平洋、东印度洋的次表层海温异常则分别沿赤道向东太平洋、西印度洋传播汇聚。     

热带印度洋-太平洋热力异常联合模及其指数定义研究

根据1955-2003年的全球海洋上层热含量资料,利用经验正交函数(EOF)分解法分析了热带印度洋-太平洋上层热含量距平场的时空变化.结果表明,无论在印度洋还是在太平洋,上层热含量距平场都存在着一种显著的东西向偶极型振荡,其年际变化与ENSO循环有密切的联系.据此定义了热带印度洋-太平洋热力异常联合模指数,功率谱分析和10 a滑动的t检验结果表明,该联合模具有显著的年际和年代际变化,并在1976年前后经历了一次由冷到暖的气候跃变.进一步分析还发现,该联合模的变化特征能较好地反映太平洋ENSO事件和印度洋偶极子事件的基本信息.     

热带西北太平洋热状况对热带气旋活动的影响

分析热带西北太平洋和南海的表层至100m的水温变化与热带气旋活动的关系。得出:(1)海洋热含量正距平年热带气旋偏多,反之偏少。(2)热带西北太平洋西部热含量增加时,副热带高压脊点偏西,移入南海的热带气旋频数增加,反之减少。(3)因热带东、西太平洋水温变化反相,南海水温变化与热带东太平洋同位相,故从太平洋移入南海的热带气旋与在南海生成的热带气旋频数的变化趋势近于相反。     

春季Wyrtki急流异常及其与亚洲热带夏季风的关系

采用热带印度洋上层洋流的复EOF分解,对春季Wyrtki急流异常及其年际、年代际变化做了研究,并探讨了其与南海、南亚夏季风的关系。结果表明:该分解第一模态可称之为Wyrtki急流模态,其反映了每年5月份Wyrtki急流的总体强度;该强度有非常明显的8 a年际变化,这与亚洲夏季风年际变化之一相近;还有17 a和23 a的年代际变化,其中后者与热带外北太平洋主要气候模态PDO的周期相近。Wyrtki急流强度偏弱(强)年,南海、南亚夏季风建立大多偏早(迟),南海夏季风大多偏强(弱)。第二模态反映了Wyrtki急流在整个赤道印度洋东、西方向的不均匀性;其有非常明显的11 a和18~19 a的年代际变化,其中前者与热带外北太平洋次要气候模态NPGO的周期相近;此外该模态还有5 a的年际变化。     

热带印度洋降水的年际变化特征分析

对热带印度洋海区逐月降水资料的分析表明,热带印度洋海区降水年际变化的主要特征表现为东、西方向反位相的偶极子模态,该模态与热带印度洋海区低空纬向风场异常有较强的相关,并且与太平洋ENSO事件存在显著相关。另外对偶极子型降水主要模态的周期分析表明,偶极子型降水距平还存在1.5 a和4 a左右的变化周期。     

印度洋-太平洋暖池海域表层水温分析

利用1951~2003年HadISST资料集的表层海水温度（SST）资料,讨论了印度洋-西太平洋暖池（IPWP）海域,尤其是印度尼西亚贯穿流（ITF）及其周边海域SST的季节及年际变化的时空特征.研究结果表明,整个研究海域SST的年际变化均与ENSO相关,但印度洋与南海的响应特征与西太平洋的相反且不同步.前者海温变化滞后Nio3指数3~6个月,而热带太平洋西边界和ITF流经海域海温则超前1~3个月.沿ITF及其东印度洋出口,SST的年际变化规律不同于热带印度洋而与太平洋的相似,分析表明其在较大程度上受到ITF海洋桥的影响.在季节尺度上,印度洋和太平洋赤道海域SST的波动规律也有明显不同.以巽他岛弧（苏门答腊、爪哇和小巽他群岛）为界,从赤道西太平洋向西沿ITF流径,太平洋一侧SST的季节变化以0.5a周期的波动占主导,印度洋一侧则以1a周期占主导.     

夏季江淮地区雨量与印度洋海温联系的年代际变化

探讨了近50a（1951-2000年）来太平洋年代际振荡（PDO）冷暖位相中夏季江淮地区雨量与印度洋海温年际遥相关空间分布的差异,结果显示,不同季节的印度洋海温与夏季江淮地区雨量之间的联系存在显著的年代际变化。在PDO冷位相（1951-1976年）,同期夏季和后期秋季南印度洋海温与夏季江淮地区雨量的负相关最显著;而在PDO暖位相（1977-2000年）,从前期春季到后期秋季热带印度洋表现为持续的正相关,其中同期夏季赤道东印度洋SST与夏季江淮地区雨量的正相关最大,前期春季热带西印度洋SST异常对夏季江淮地区雨量变化有重要的预示性,后期秋季热带印度洋偶极子（IOD）强度与夏季江淮地区雨量变化密切相关。它反映了印度洋海温和东亚季风降水之间年际相关的不稳定性,季风系统中年际和年代际振荡间的相互作用是引起这种不稳定的主要原因。PDO和伴随的亚非大陆和印度洋地区之间海陆热力差异的年代际变化对印度洋海温和东亚季风降水年际联系具有明显的调节作用。     

热带、亚热带太平洋和南印度洋束毛藻的大尺度分布研究

利用2008年大洋环球航次,研究了热带、亚热带太平洋和南印度洋中束毛藻丰度的大尺度分布特征,结果表明:在亚热带西北太平洋和热带东南亚海域束毛藻藻丝平均丰度较高,分别为25.2×103和33.3×103m-3,在热带中太平洋、热带东太平洋和南印度洋束毛藻平均丰度较低,分别为1.76×103,0.87×103和1.52×103m-3。各海区束毛藻丰度与水温无明显相关关系。总叶绿素a的分布特征与束毛藻不同,在太平洋呈西低、东高,在热带东南亚海域较高而在南印度洋较低,从总叶绿素a的粒级结构看,微微型浮游植物(0.2~2μm)所占比重最高,其次是微型浮游植物(2~20μm),小型浮游植物(20μm)所占比重最低。各海区束毛藻对总叶绿素a贡献的比例不同,在亚热带西北太平洋和热带东南亚海域较高,分别占总叶绿素a的7.79%和3.92%,在热带中太平洋、热带东太平洋和南印度洋占总叶绿素a的比例较低,均低于1%。在亚热带西北太平洋束毛藻固氮占真光层总新氮输入量的比例较高,这是该海域新氮的重要来源之一,而在热带中太平洋和热带东太平洋束毛藻固氮对真光层新氮的贡献比例则很低。     

热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

ENSO十年际尺度变率的机制初探

利用太平洋次表层海温、热含量和洋表风应力等资料探讨了ENSO十年际尺度变率的可能机制。结果表明，热带西南太平洋不仅是年代际信号的显著区，同时也有可能是影响ENSO循环十年际变化的关键区。热带西南太平洋的海温暖异常经热带中太平洋东传到热带东太平洋，导致热带东太平洋产生暖的海温异常，这种海温异常进而激发了澳大利亚东部沿岸的大气，产生反气旋性风应力异常。在这种风场的作用下，其下方海水向四周辐散，使热带西南太平洋的温跃层变浅，产生负的温度异常，此后发生反位相的循环。整个循环过程所需的时间约为13a。     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整 I. 年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

预测埃尔尼诺现象的开环门限自回归模式

本文利用大范围月表面水温资料,经过空间平均,减去多年月平均后,获得了热带东太平洋冷水舌域的表面水温距平逐月时间序列(1951年1月-1985年12月).并依此分别建立了自回归模式,自激励门限自回归模式和开环门限自回归模式.应用这三种模式对上述区域的水温距平年际变化曲线进行了模拟.结果表明,所有三个模式对1951年以来的9次埃尔尼诺过程均做出了很好的后报.为进一步验证模式的可靠性,特将该模式进行了外推预报检验(外推时间为1986年1月-1987年2月).预报结果表明,该模式较好地预测出最近的埃尔尼诺过程(1986-1987)的发生和发展强度.三种模式的模拟和预测结果与实测值的相关系数分别是0.84,0.88和0.89.可见三种模式均好,尤以开环门限自回归模式为最佳.这说明开环门限自回归模式是一个监测东太平洋冷水舌域水温距平的年际变化和估算埃尔尼诺强度的有力工具.     

热带太平洋温跃层深度的年代际变化特征及原因

利用SODA数据分析了20世纪70年代气候跃迁前后热带太平洋温跃层变化的季节特征,研究了NCEP/NCAR再分析资料中的风场变化与温跃层变化之间的关系。研究结果表明:1)在1976—1977年气候跃迁之后,温跃层深度存在显著的年代际变化。在热带太平洋东部的秘鲁沿岸海域温跃层变深,而在10°S~10°N的热带太平洋其他海域温跃层均呈现变浅趋势;2)温跃层深度的年代际变化存在显著的季节差异。总体表现为,温跃层变浅的最显著区域随着季节的推移由东太平洋逐渐移至西太平洋并且变浅的幅度增大;3)热带太平洋海表面风场的年代际变化导致的赤道西风异常及风场异常的散度场是温跃层变化的主要原因。     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅰ.年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

热带印度洋上层热含量异常场的年际变率分析

利用1950-2006年间日本气象局月平均温、盐度资料,分析了热带印度洋热含量异常场的年际时空变化特征,并分别探讨了热含量年际变异与ENSO、印度洋偶极子(IOD)、南印度洋偶极子(SIOD)和热带印度洋纬向风异常的关系.结果表明,热带印度洋热含量异常场的年际振荡是由空间结构不同但变化周期相近的两个主要模态构成的,这两...     

ENSO强度模拟差异对全球变暖下热带太平洋大气变化预估结果的影响

热带太平洋海洋-大气耦合系统对全球变暖的响应是气候变化的热点问题。前人研究发现,气候模式的模拟偏差对于全球变暖响应结果有重要影响。本文利用美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)的地球系统模式(The Community Earth System Model,CESM)中的大气模式(Community Atmosphere Model version 5, CAM5)设计数值试验,在相同的SST(Sea Surface Temperature)增暖强迫下,通过改变海洋SST的年际变化振幅,来分析热带海洋年际变化强度的模拟对未来热带海区降水和大气环流场未来变化的影响。试验结果表明,随着SST年际变化强度的增加,全球变暖后热带太平洋降水变化的东西不对称性,以及向暖池区域辐合的风场变化等特征都逐渐减弱。进一步的分析发现,不同年际变化信号导致的大气场变化差异主要发生在冬季,是由于热带太平洋SST年际变化主模态ENSO(El Niňo-Southern Oscillation)的不对称性造成的:在厄尔尼诺年,强(弱)的年际变化信号会造成降水在东太平洋产生较大(小)的变化;而在拉尼娜年和正常年份,年际变化信号的强弱对热带降水变化的影响则不大。当热带海温的年际变化较大时,厄尔尼诺年的海温异常更强,造成的降水和风场的变化特征也会更加显著。     

太平洋海平面变化特征及影响因素分析

采用经验模态分解法对太平洋沿岸验潮站的月平均海平面资料进行处理,结合T/P高度计资料、Church(2004)重构SSH资料、Ishii(2005)月均海温资料,研究太平洋海平面年际、年代际变化以及资料长度内海平面变化趋势。太平洋沿岸海平面总体呈上升趋势,平均上升速率为1.4 mm/a,趋势项分布有明显的区域性和纬度特征。ENSO对太平洋地区海平面年际变化有显著影响,海平面年际变化与Nino3指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面年际变化与Nino3指数的相关性在热带太平洋最大,并随着纬度升高相关性减弱,且不同地区年际变化有滞后ENSO时间不等的最大相关。海平面年际变化与PDO指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面与PDO的相关性分布有区域性和随时间演变特征。年代际变化对目前使用卫星高度计资料分析海平面长期趋势项的预测有直接影响,可能完全掩盖海平面长期变化趋势。