冬季海温-春季副高-夏季旱涝的季度效应

本文通过冬季黑潮海域海温与亚洲中、南部环流各月参数相关计算和感热释放参数计算以及华北平原夏季旱涝的环流分析,指出: 1.冬季黑潮海温在海气相互作用中的重要一点是对春季亚洲副高起加强作用; 2.冬季黑潮海温感热释放直接影响春季副高脊线的连续演变,冬季海温—春季副高存在季度热效应; 3.春季亚洲副高系统的调整直接影响华北平原夏季旱涝,春季副高—夏季华北旱涝存在季度相关效应。最后给出了应用十年效果良好的夏季降水予报方程。     

冬,春季海温异常关键区对长江中下游夏季降水影响的敏感性试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式（L9R15）研究了前期冬季和春季海温异常的关键区对我国长江中下游地区夏季降水的影响,数值试验结果表明,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常及春季印度洋和黑潮区海温异常使得长江中下游地区的夏季降水明显增多,同时500hPa副热带高压和100hPa南亚高压增强,但从范围和强度上来看,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常时我国西南至长江中下游地区一带的夏季降水异常比春季印度洋和黑潮区海温异常时更明显,由此证实了观测资料的分析结果。     

影响高原大气热源的海温强信号及其相关大气结构

利用1951—2007年NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA扩展重建海表温度ERSST.v3b数据,通过分析春季地气温差和大气热源显著性分布及变化特征,选定了东亚(以青藏高原为主)区域为研究对象,运用标准化指数计算、异常年合成,相关性比较等方法,分析并探讨了影响高原春季热源的前期冬季海温特征及时空分布关系。分析发现在冬季北太平洋海面存在着两个海温与春季高原视热源相关性较显著的区域,位于北太平洋东部海域A区及位于北太平洋西部海域B区,前者呈正相关关系,后者呈反相关关系。以3月高原热源为出发点,进一步分析了前期海温场对青藏高原视热源影响"强信号"区持续性,以印证冬季海温对春季视热源影响具有持续性的前兆性意义。通过异常年分析,揭示出对应于前期冬季海温强信号区异常年的高原大气视热源与风场垂直结构异常特征;通过前冬海温强信号区与夏季东亚相关环流型和水汽输送结构的相关矢综合分析,进一步揭示出夏季长江中下游多雨年的前冬海温强信号区域与后期夏季500hPa高度场相关型及其整层水汽输送相关矢特征。     

春季中国东海黑潮区大气热源异常对中国东部降水的影响

采用ERA-interim逐日再分析数据集与中国东部389个站逐日降水资料,通过相关和合成分析讨论了不同时间尺度上,春季中国东海黑潮区上空大气热源异常对东亚大气环流和中国东部降水的影响。观测分析表明,春季中国东海黑潮区上空为一显著的大气热源,大气对该热源的响应在不同时间尺度上表现出不同的形式。在较长时间的季节和年际尺度上,春季中国东海黑潮区大气热源增强时,可在大气对流层低层强迫出偏南气流,同期春季及后期夏季西太平洋副热带高压增强并西伸,相比于热源低值年西北太平洋副热带地区为一反气旋式异常环流所控制,中国长江中下游以南地区降水增多;反之亦然。与年际和季节时间尺度不同,在较短的天气时间尺度上,中国东海黑潮区上空大气热源增强可在其下方强迫出气旋式异常环流。大气热源的增强与中国东部对流层低层气旋式异常环流的东移有关,相应地在中国东部地区出现了显著的降水增多。     

华亲夏季旱涝的前期环流异常及其与北太平洋海温的关系

文章分析了华北地区夏季旱涝的前期春季大气环流和北太平洋海温异常分布特征，探讨ＳＳＴＡ与异常环流的关系，并用ＯＳＵ－ＡＧＣＭ进行黑潮地区热源异常强迫的数值试验。结果表明，当春季北极低涡明显减弱，欧亚大陆中高纬度地区纬向环流加强，西太平洋副高位置偏北偏西，且存在负ＰＮＡ型异常环流时，华北地区夏季多雨涝；反之则少雨干旱。     

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响II--数值模拟

基于观测分析的结果,采用NCARCCM3模式,设计4组7个数值试验,研究太平洋海表温度异常对中国东部夏季降水影响及其可能的物理过程。结果表明：数值模拟与观测分析所得的结果一致,前期冬季西北太平洋黑潮海区海温异常,引起亚洲中高纬和东亚东部地区大气环流异常,导致长江流域夏季降水异常;前期春季赤道中东太平洋海温异常,西太平洋副热带高压异常;同期夏季北太平洋中纬中太平洋海区海温异常,激发夏季EUP遥相关型,影响东部夏季降水。     

西北太平洋低空环流与海温异常关系的季节性差异

通过资料分析与数值模拟研究了西北太平洋低空环流特征及其与海面温度（SST）异常关系的季节性差异,得到如下结论：1）西北太平洋低空环流的空间尺度和位置在春季和夏季存在明显差异,从春季到夏季,异常环流范围缩小且中心位置向西北偏移;2）西北太平洋低空环流与西北太平洋局地海温的相互作用存在季节差异,春季西北太平洋冷海温与上空反气旋异常之间存在相互作用,而夏季则以大气影响海洋为主,异常的反气旋/气旋可以加热/冷却其下垫面的海温,大气超前3～4 d影响海洋;3）夏季异常反气旋环流（WNPAC）的维持主要来自非局地海温异常（北印度洋暖海温与中太平洋冷海温异常）的强迫,这两个海区对WNPAC的影响也存在季节性差异,北印度洋的影响主要体现在晚春至盛夏,而中太平洋则主要在晚夏发挥作用。     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅱ 印度洋和南海海温的“海洋桥”作用

用回归、合成、相关、ESVD等方法分析了春夏季印度洋、南海海温异常在春季南半球环状模(SAM)与夏季长江中下游降水关系中的作用.研究发现春季南半球环状模指数(SAMI)正(负)异常时,同期南印度洋中高纬、北印度洋海域海温出现了明显正(负)异常,这种海温的正(负)异常在夏季依然存在,并且北印度洋的海温异常得到加强.对印度洋和南海海域详细划分区域后的进一步分析表明春季南半球热带外大气环流(SAM)异常可以强迫南印度洋中高纬海域海温发生明显异常.这种异常可以持续到夏季,而且表现出传播特性,即南印度洋中高纬海温异常可以传播到北印度洋(包括阿拉伯海和孟加拉湾)和南海海域,加强这些海域的海温异常.对东亚夏季风与夏季海温关系的分析表明东亚夏季风异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常与春季SAM异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常的形势相似,符号相反.说明印度洋、南海海温是春季SAM影响夏季长江中下游降水的一个"桥梁".基本思路为强(弱)春季SAM可以引起南印度洋中高纬海域海温的偏高(偏低);南印度洋中高纬海域偏高(偏低)的海温从春季持续到夏季并且传播到阿拉伯海、孟加拉湾、南海海域;这些海区偏高(偏低)的海温可以导致东亚夏季风减弱(加强),而东亚夏季风减弱(加强)是长江中下游降水偏多(偏少)的一种有利条件.     

华北夏季旱涝的前期环流异常及其与北太平洋海温的关系

文章分析了华北地区夏季旱涝的前期春季大气环流和北太平洋海温异常（ＳＳＴＡ）分布特征，探讨ＳＳＴＡ与异常环流的关系，并用ＯＳＵ－ＡＧＣＭ进行黑潮地区热源异常强迫的数值试验．结果表明，当春季北极低涡明显减弱，欧亚大陆中高纬度地区纬向环流加强，西太平洋副高位置偏北偏西，且存在负ＰＮＡ型异常环流时，华北地区夏季多雨涝；反之则少雨干旱．此时，西北太平洋和赤道东太平洋ＳＳＴ分别存在较大的正、负异常，它们与春季环流异常密切相关，黑潮区ＳＳＴＡ对北半球副热带及其以北的大气环流产生显著影响，正的ＳＳＴＡ是造成华北夏涝年的前期春季异常环流形势的重要因素．     

东海黑潮区潜热变化对中国春季降水的影响及其影响过程

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、哈德来(Hadley)中心海温数据、国家气候中心的观测站降水和客观分析海气通量(OAFlux)潜热感热通量资料,研究了1960~2010年春季黑潮区潜热输送对中国春季降水的影响及其影响过程。本文以黑潮流经的中国东部海域及邻近海域为研究对象,该区域是黑潮的主体区域,在文中简称为东海黑潮区。对中国东海以及邻近海域海温与降水的分析表明,在夏季该区域可能以大气强迫海洋为主,而在春冬两季可能主要为海洋强迫大气为主,秋季则可能为不明显的海气相互作用。在春季西北太平洋区域中感热和潜热都对黑潮流经的区域有比较好的敏感性,黑潮流经区域感热和潜热的气候平均值分别约为30 W m-2与120 W m-2;春季的感热通量标准差大值区主要集中在日本以西区域,潜热通量标准差主要集中在中国东海区域与日本东南区域(即东海黑潮区域)。春季潜热EOF第一模态的主要变化就集中在东海黑潮流域。相关分析与合成分析的结果表明,当黑潮潜热指数为正时,华南地区春季降水偏多,长江以北地区偏少,反之亦然。在物理过程分析中,黑潮潜热指数大于0.8时,长江以南的中国大陆有比较强盛的异常北风,使得水汽无法输送到更北的地区,导致在华南地区水汽的积累,并且在海面出现有利于降水的垂直运动异常延伸到大陆上,使华南地区降水增多,而长江以北的东部地区由于水汽输送偏弱,导致水汽积累偏少,从而降水减少。当黑潮指数小于-0.8时,有较强盛的异常南风,有利于水汽输送到北方地区,水汽在华北地区积累,导致长江以北出现降水正异常,而华南地区由于南风偏强,水汽输送加强,导致水汽无法在此区域积累,并且出现不利于降水的垂直运动异常,从而导致降水偏少。     

区域海气耦合模式对中国夏季降水的模拟

以区域气候模式RegCM3和普林斯顿海洋模式POM为基础,建立了一个区域海气耦合模式,对1963-2002年中国夏季气候进行模拟,重点分析该耦合模式对中国夏季降水的模拟性能以及降水模拟改进的可能原因.结果表明:耦合模式对中国夏季雨带分布的模拟明显优于控制试验(单独的大气模式),对长江流域以及华南降水的模拟性能改进尤为明显,同时耦合模式能够更为真实地刻画中国东部地区汛期雨带的移动.对降水的年际变化分析发现,耦合模式模拟的1963-2002年中国夏季降水年际变率与观测吻合,模拟的夏季长江流域降水与观测降水相关系数达到0.48,模拟的华南夏季降水与观测的相关系数达到0.61,而控制试验结果与观测降水的相关系数均较小.对中国东部长江流域夏季降水与近海海温的相关分析表明,用给定海温驱动的大气模式,并不能正确模拟出中国东部夏季降水与海温的关系,而耦合模式能够较好地模拟出长江流域与孟加拉湾、南海以及黑潮区海温的关系,与GISST(全球海冰和海表温度)和观测降水相关关系一致.对水汽输送通量的分析发现,控制试验模拟的水汽输送路径与NCEP/NCAR再分析资料相比差别较大,耦合模式模拟的来自海洋上的水汽输送强度和路径与NCEP/NCAR再分析资料一致,提高了耦合模式对水汽输送的模拟能力,从而改善了模式对华南以及长江流域降水的模拟.     

The role of atmospheric internal variability on the prediction skill of interannual North Pacific sea-surface temperatures

The sensitivity of the sea-surface temperature (SST) prediction skill to the atmospheric internal variability (weather noise) in the North Pacific (20^°–60^°N;120^°E–80^°W) on decadal timescales is examined using state-of-the-art Climate Forecasting System model version 2 (CFS) and a variation of CFS in an Interactive Ensemble approach (CFSIE), wherein six copies of atmospheric components with different perturbed initial states of CFS are coupled with the same ocean model by exchanging heat, momentum and fresh water fluxes dynamically at the air-sea interface throughout the model integrations. The CFSIE experiments are designed to reduce weather noise and using a few ten-year long forecasts this study shows that reduction in weather noise leads to lower SST forecast skill. To understand the pathways that cause the reduced SST prediction skill, two twenty-year long forecasts produced with CFS and CFSIE for 1980-2000 are analyzed for the ocean subsurface characteristics that influence SST due to the reduction in weather noise in the North Pacific. The heat budget analysis in the oceanic mixed layer across the North Pacific reveals that weather noise significantly impacts the heat transport in the oceanic mixed layer. In the CFSIE forecasts, the reduced weather noise leads to increased variations in heat content due to shallower mixed layer, diminished heat storage and enhanced horizontal heat advection. The enhancement of the heat advection spans from the active Kuroshio regions of the east coast of Japan to the west coast of continental United States and significantly diffuses the basin-wide SST anomaly (SSTA) contrasts and leads to reduction in the SST prediction skill in decadal forecasts.     

On the heat budget of the Arabian Sea

Summary The rate of oceanic heat storage of the upper 200m of the Arabian Sea is explained in terms of net air-sea heat flux (Q _F), heat change due to horizontal divergence and vertical motion (Q _V) and heat change due to lateral advection (Q _A). The analysis revealed that the heat storage of the Arabian Sea is mainly controlled byQ _V while the effect ofQ _A is much larger than expected. Parameterisation of summer cooling revealed that the depletion of energy from the mixed layer is mainly due to upwelling and horizontal advection though large amount of heat is accumulated due to net air-sea heat flux. The annual heat balance of the upper 200m of the Arabian Sea suggested large heat gain by air-sea exchange processes. About two third of this heat gain is compensated by horizontal advection and one third by vertical advection.With 4 Figures     

区域海气耦合模式对1998年5～8月东亚近海海况的模拟研究

采用区域海气耦合模式对1998年5～8月东亚近海海况进行了模拟研究。耦合模式模拟出了黑潮海流及其右侧的大尺度反气旋式涡旋,对南海表层海流的模拟也与实际基本相符,并模拟出了南海海流受季风影响较大的特点。模式也模拟出了伴随西南季风爆发及推进而发生的海温突增及暖水区北推过程。这为进行区域气候变化与区域海气相互作用问题的研究开辟了一条新途径。     

SEASONAL DEPENDENCE OF LOCAL AIR-SEA INTERACTION OVER THE TROPICAL WESTERN PACIFIC WARM POOL

Based on the air-sea interface heat fluxes and related meteorological variables datasets recently released by Objectively Analyzed Air-Sea Fluxes (OA Flux) Project of Woods Hole Oceanographic Institution, as well as the outgoing longwave radiation and surface wind datasets from National Oceanic and Atmospheric Administration, the seasonal dependence of local air-sea interaction over the tropical western Pacific warm pool (referred to the region (1o-6oN, 144o-154oE)) is revealed and the probable impacts of remote forcing on the air-sea interaction are examined. The results indicated the dominance of oceanic forcing with the significant impact of ENSO in March and that of atmospheric feedback without notable influence of remote forcing in June. While the interannual variability of sea surface temperature anomaly (SSTA) is larger than that of SSTA tendency when oceanic forcing is dominant, the opposite is true when atmospheric feedback is dominant. The magnitude of the oceanic forcing of the atmosphere tends to decrease in March with the occurrence of ENSO, though ENSO has little influence on the atmospheric feedback to the ocean in June. The local air-sea interaction is substantially the same before and after the removal of the effect of Indian Oceanic Dipole. The reduction of shortwave radiation fluxes into the western Pacific warm pool, due to the enhanced overlaying convection in March associated with ENSO, leads to the decline of SST tendency that will weaken the oceanic forcing of the atmosphere.     

中国邻海海-气热量、水汽通量计算和分析

使用长年代、高质量海洋气象观测资料,选用适合研究海域的计算参数,按2°×2°网格计算了中国邻海（黄、渤、东、南海及140°E以西西北太平洋）辐射平衡和海-气热量、水汽通量,讨论了它们的年、月分布和时空变化,并以海面热量净收支为主要指标进行了海洋气候区划。     

STUDY OF CHARACTERISTIC MODES IN SIMPLE TROPICAL COUPLED AIR-SEA MODEL

The propagation features, stabilities and dynamical characteristic structures of coupled Kelvin inner modes andsecond order Rossby inner modes are studied using a simple tropical coupled air-sea model in this paper. It is shownthat there is mechanism of selecting scale and frequency in the tropical air-sea system. The effects of air-sea couplingare mainly on the large-scale modes and nonuniform. These effects make the frequency of Kelvin modes decrease andeven excite the eastward propagating Rossby inner modes. These effects make the unstable development of Kelvinmodes and result in the decay of Rossby modes. The effects of atmospheric damp are opposite to those of air-sea coup-ling. The oceanic damp only make the wave amplitudes decay. Simutaneously, this paper shows the dynamical character-istic structures of air-sea coupled system and the phase relations between the atmospheric and the oceanic wave compo-nent.     

The birth and evolution of an eastward propagating air-sea coupled disturbance in an aqua-planet

Summary The birth and evolution of an air-sea coupled disturbance relevant to the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) events is investigated using a simple coupled aqua-planet model composed of the Gill's moist atmosphere and the Anderson-McCreary ocean. A coherent air-sea coupled disturbance with the zonal wavenumber 1 emerges from different initial disturbances either in the atmosphere or the ocean and propagates eastward as observed in the 1982/83 event. In the case of an initial westerly wind burst, oceanic Kelvin waves generated by the winds cause weak but long-lasting ocean temporature anomalies which trigger the air-sea coupled disturbance. When the initial disturbance is in the oceanic mixedlayer temperature, the coupled disturbance is excited more easily because the oceanic relaxation time is long compared to the atmospheric one. This is consistent with the result that the coupled disturbance collapses when the disturbance is forced to vanish on the oceanic side rather than on the atmospheric side.With 8 Figures