秋季北极海冰对EP型ENSO的非线性响应

利用1961—2015年Hadley中心逐月海表温度资料、海冰密集度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了秋季北极海冰对于EP型ENSO事件的异常响应,并进一步研究了这种异常响应的可能原因。结果表明,秋季北极海冰对EP型ENSO的响应具有非线性,特别是喀拉海海域(60°～90°E,70°～80°N)海冰无论在EP型El Ni?o或是La Ni?a位相,均表现为显著的负异常。进一步研究发现,不同ENSO位相造成该区域海冰异常偏少的机制有明显不同。EP型El Ni?o年秋季菲律宾附近海域对流活动被抑制,所激发的经向波列在高纬地区形成异常反气旋环流,其南风分量向喀拉海输送暖平流,造成海冰异常偏少。而EP型La Ni?a年喀拉海海域则主要受到来自大西洋开放性海域西风异常的影响,合成结果和个例年均显示EP型La Ni?a年秋季北大西洋上空存在一个显著的西风急流中心,有利于北大西洋开放性海域较暖海水向下游输送,进而影响喀拉海海冰。这些结果表明,热带外地区大气环流场对EP型ENSO的非线性响应导致了喀拉海海冰对EP型ENSO事件的响应也表现出明显的非线性。     

ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响

利用1979—2012年Hadley中心海表温度、中国2 474个台站逐日降水和NCEP/NCAR全球再分析资料,分析了不同类型ENSO事件秋冬季和次年春季中国南方地区10~30 d降水低频变率的变化特征。结果表明,中国南方地区10~30 d降水低频变率对不同类型ENSO事件的响应存在显著的季节差异。EP型El Ni1o的冬季和次年春季,低频降水变率显著增强; CP型El Ni1o秋冬季低频降水强度呈现相反的异常,秋季低频降水偏弱,而冬季则偏强; La Ni1a事件期间中国南方低频降水变率的变化较小且不稳定。进一步分析发现,ENSO对南方地区10~30 d低频降水变率的影响与西北太平洋地区季节平均大气环流背景场对ENSO的响应密切相关。相比正常年份,EP型El Ni1o冬春季菲律宾反气旋性异常环流的强度较强且范围较大,其西侧的异常西南风向中国南方地区输送了大量水汽,从而有利于低频降水的增强; CP型El Ni1o年秋季西北太平洋表现为气旋性环流异常,抑制了热带水汽向东亚大陆的输送,而冬季却产生了与EP型El Ni1o年类似的异常反气旋环流,只是强度有所减弱,因此中国南方地区低频降水强度在秋冬季呈相反异常。La Ni1a年菲律宾附近虽然存在气旋性环流异常,但强度较弱,因而我国南方地区低频降水变率的响应也较弱。     

Statistical Characteristics of ENSO Events in CMIP5 Models

By applying the historical-run outputs from 24 Coupled Model Intercomparison Project Phase 5（CMIP5） models and the NOAA Extended Reconstructed SST V3 b dataset（ERSST）, the characteristics of different types of ENSO in the selected CMIP5 models, including cold-season-matured Eastern Pacific（C-EP） ENSO, warmseason-matured EP（W-EP） ENSO, cold-season-matured Central Pacific（C-CP） ENSO, and warm-season-matured CP（W-CP） ENSO, were examined in comparison with those in the ERSST dataset. The results showed that, in general, consistent with observations, EP ENSO events in most of the model runs were relatively much stronger than CP ENSO events, and cold-season-matured ENSO events were relatively much more frequent than warm-season-matured ENSO events for both EP and CP ENSO events. The composite amplitudes of ENSO events in most of the models were generally weaker than in observations, particularly for EP El Ni？o and CP La Ni？a. Moreover, most of the models successfully reproduced the amplitude asymmetries between El Ni？o and La Ni？a for cold-season-matured EP and CP ENSO events, exhibiting an average stronger/weaker EP El Ni？o/La Ni？a regime and a weaker/stronger CP El Ni？o/La Ni？a regime. Most of the models, however, failed to reproduce the observed regimes of stronger/weaker W-EP El Ni？o/ La Ni？a and weaker/stronger W-CP El Ni？o/La Ni？a.     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料，探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明，北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关，北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外，不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏低。     

冬季亚洲中纬度极端低温事件与巴伦支—喀拉海异常增暖的关系及联系机制

利用1979～2019年NCEP-DOE再分析资料,分析了亚洲中纬度冬季极端低温事件发生频次与巴伦支—喀拉海异常增暖的联系及可能机制。研究表明:巴伦支—喀拉海异常增暖通常对应西伯利亚高压异常增强及亚洲中纬度极端低温频发。进一步分析发现,伴随巴伦支—喀拉海异常增暖,新地岛、乌拉尔山附近出现位势高度正异常,在位势高度正异常的东侧、南侧对应显著的冷平流及下沉运动异常,并在近地面出现异常辐散气流,使得西伯利亚高压增强且向东南延伸。热力学方程诊断的结果表明:西伯利亚高压异常南侧东北风导致的异常冷平流、偏东风异常经过地形造成的异常上升运动以及辐射、感热、潜热交换造成的异常非绝热冷却导致亚洲中纬度近地面温度季节循环振幅增大,有利于极端低温频发。     

厄尔尼诺/南方涛动事件对云南秋季气象干旱的不同影响分析

云南是我国干旱灾害高发区,为增进厄尔尼诺/南方涛动（El Ni?o/Southern Oscillation,ENSO）对云南干旱影响的认知,提升云南秋季气象干旱预测能力,采用1979—2022年云南125个气象站逐日降水资料、英国国家气象局哈德莱中心（Hadley Center）逐月海表温度（Sea Surface Temperature,SST）资料及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代再分析资料（the Fifth Generation of European Reanalysis,ERA5）,揭示两类ENSO事件对导致云南秋季气象干旱的降水异常影响及相应的物理过程。结果表明：（1）中部（Central Pacific,CP）型El Ni?o或La Ni?a事件同期,云南秋季降水以偏少为主;东部（Eastern Pacific,EP）型El Ni?o或La Ni?a事件同期,云南秋季降水则以偏多为主,且EP型El Ni?o是云南秋季降水偏多的强信号。（2）EP型El Ni?o...     

两类ENSO背景下中国东部夏季降水的环流特征及关键系统

利用全国160站逐月降水资料、74项环流指数、HadISST月平均海温资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,对比分析了两类ENSO事件衰减阶段中国东部夏季降水及相应大气环流的差异,并探讨其可能成因。结果表明:1)EP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负正(负正负)的三极型反相分布;CP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负(负正)的偶极型反相分布;2)El Ni?o事件次年夏季,西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)及南亚高压均偏强,EP型西太副高偏西、南亚高压偏东,CP型西太副高范围更大、强度更强;La Ni?a事件次年夏季,西太副高及南亚高压强度偏弱,CP型强于EP型但弱于气候平均;3)El Ni?o事件期间西北太平洋上存在异常反气旋,EP型位置偏南,强度更强,持续时间更长,CP型位置偏北,范围更大;La Ni?a事件期间,西北太平洋区域至中国东南部存在异常气旋,EP型异常气旋的强度及范围均不及CP型;4)两类El Ni?o事件期间异常反气旋的差异可能与印度洋海盆增暖及太平洋海温持续性偏冷有关;两类La Ni?a事件期间异常气旋的差异可能由赤道西太平洋海温持续偏暖造成。     

北极海冰变化的时间和空间型

利用 4 4a(195 1～ 1994年 )北极海冰密度逐月资料 ,分析提出了一种与北极冰自然季节变化相吻合的分季法 ,并根据这种分季法 ,使用EOF分解 ,揭示了北极各季海冰面积异常的特征空间型及其对应的时间变化尺度。结果表明 :(1)北极冰面积异常变化的关键区 ,冬季 (2～ 4月 )主要位于北大西洋一侧的格陵兰海、巴伦支海和戴维斯海峡以及北太平洋一侧的鄂霍次克海和白令海 ,夏季 (8～ 10月 )则主要限于从喀拉海、东西伯利亚海、楚科奇海到波佛特海的纬向带状区域内 ,格陵兰海和巴伦支海是北极海冰面积异常变化的最重要区域 ;(2 )春 (5～ 7月 )、秋 (11月～次年 1月 )季各主要海区海冰面积异常基本呈同相变化 ,夏季东西伯利亚海、楚科奇海、波佛特海一带海冰面积异常和喀拉海呈反相变化 ,而冬季巴伦支海、格陵兰海海冰面积异常和戴维斯海峡、拉布拉多海、白令海、鄂霍次克海的海冰变化呈反相变化 ;(3)北极冰总面积过去 4 4a来确实经历了一种趋势性的减少 ,并且叠加在这种趋势变化之上的是年代尺度变化 ,其中春季 (5～ 7月 )海冰面积异常变化对年平均北极冰总面积异常变化作出了主要贡献 ;(4)位于北太平洋一侧极冰面积异常型基本具有半年的持续性 ,而位于北大西洋一侧极冰面积异常型具有半年至一年的持续性     

江南初夏降水集中期降水变化及其统计预测模型

利用1979-2018年252个台站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析等资料,分析了江南初夏降水集中期降水(Rainfall in the Precipitation Concentrated Period,RPCP)的时空演变及其环流特征,并通过寻找其前期物理因子建立统计预测模型。结果表明:(1) 6月10-29日为江南初夏降水集中阶段,其降水呈现全区一致的空间分布结构。20世纪90年代初—21世纪初江南地区为多雨期,在此期间RPCP强度存在3~5 a的周期振荡;(2)与异常偏多的RPCP显著相关的热带海温异常从EP El Ni1o转为CP La Ni1a,即RPCP异常偏强通常发生在EP El Ni1o衰减阶段,随后将出现CP La Ni1a发展事件;(3)前期冬春季ENSO海温信号、赤道中太平洋SLP异常及印度洋—海洋性大陆SLP趋势均可通过增强菲律宾海反气旋对RPCP异常变化产生影响。基于这3个物理因子建立统计预测模型,预测与观测结果相关系数达0.63,说明该模型可为江南初夏降水的季节性预测提供有用工具。     

两类El Ni?o事件盛期南大洋海冰异常的对比分析

基于1979～2017年数据,利用回归方法和线性模式试验,分析了两类El Ni?o事件（东部型EP和中部型CP）盛期（12月至2月）南大洋海冰异常的差异及其可能机制。结果表明,两类事件期间尽管海冰异常定性上类似,但强度和位置存在明显差异:在罗斯海和阿蒙森海,两类事件期间海冰均偏少,但 EP期间海冰减少范围更大,振幅更强;在威德尔海,两类事件期间海冰均偏多,但EP期间增多更明显,而且位置相对CP期间偏西偏北。造成这种差异的主要因素是两类事件期间海温异常强度的不同:EP期间对应的海温偏东偏强,其激发的类太平洋—南美型（PSA）模态在南极边缘海的异常高压中心强度更大、范围更广,使得罗斯海区域为东北风异常控制,有利海冰向高纬输送,海冰范围进而减少;而威德尔海区域则是异常偏南风控制,使得海冰向北输送,有利于威德尔海南部海冰范围减少,北部海冰范围增大。相比之下,CP事件期间,赤道中东太平洋的暖海温异常偏于中太平洋且强度弱,其激发的类PSA在南极边缘的异常高压偏弱,使得动力作用引起阿蒙森海的海冰减少和威德尔海海冰增加偏弱。进一步的分析表明,CP事件期间威德尔海海冰增多还与该区域更早时间（11月份）的海冰增多,及随后海冰—太阳反照率的正反馈效应有关。本研究结果显示两类事件期间海冰异常的强度和位置的差异,与两类事件期间赤道中东太平洋SSTA强度和位置的差异,二者有很好的对应关系,相比前人的合成分析结果（CP期间海冰异常强于EP期间）,物理上更为合理。     

ENSO空间形态变异对ENSO-IOD关系年代际减弱的可能作用

基于1979—2017年哈得来中心的逐月海表温度资料（HadISST）和美国环境预报中心/美国大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析数据,研究了北半球秋季厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）与印度洋偶极子（IOD）关系的年代际变化特征及其可能原因。结果显示,ENSO-IOD关系存在显著的年代际变化:21世纪初期前,二者呈显著正相关,厄尔尼诺（拉尼娜）年秋季常对应显著的印度洋偶极子正（负）异常;21世纪初期以后,ENSO-IOD关系显著减弱,统计上不显著。进一步研究表明,ENSO空间型态的变异对于该关系的年代际减弱起重要作用。在第二时段（2004—2017年）,中部型厄尔尼诺事件和东部型拉尼娜事件频发,中部型厄尔尼诺事件与印度洋偶极子强度的关系与其纬向位置密切相关,与其强度的线性关系较弱;而东部型拉尼娜事件,由于海温距平位置偏东（位于赤道东太平洋冷舌区）,在偏低的气候态海温作用下,其引起的大气局地响应很弱,对印度洋的遥强迫作用较弱,因而对印度洋偶极子强度的影响也较弱。在二者的共同作用下,ENSO-IOD的关系发生了年代际减弱。      

两次不同ENSO背景下云南冬季极端冷事件的成因分析

2008年初和2016年初分别经历了一次中等强度以上的La Niña和El Niño事件,在不同的厄尔尼诺-南方涛动(El Niño/Southern Oscillation,ENSO)背景下,云南均发生了低温雨雪冰冻天气。本文利用大气环流、海表温度、云南124个观测站逐月温度等资料,通过多种统计方法探讨了不同ENSO背景下极端冷事件发生的原因。结果表明:1)2008年初和2016年初云南冬季极端冷事件在2月表现更明显。2)不同ENSO背景下,2月大气环流和云南气温变化差异较大。La Niña(El Niño)年西伯利亚高压加强(减弱),位势高度场北(西)高南(东)低,西太平洋副高偏弱(强),菲律宾异常(反)气旋西北侧异常北(南)风加强,东亚冬季风偏强(弱),云南东部气温偏低(高)。3)2008年和2016年的东北太平洋大气环流异常对赤道中东太平洋海温异常均有响应,同时2008年赤道中东太平洋冷海温作用激发的菲律宾气旋西部偏北气流对东亚冬季风的加强和向南活动有重要影响,而2016年赤道中东太平洋暖海温对菲律宾地区环流变化的影响并不显著。4)北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北极海冰变化对2008年2月和2016年2月西伯利亚高压的加强的影响表现出一定的差异特征,2月AO负位相变化对2008年西伯利亚高压的加强影响较大,而2月北极海冰偏少对2016年西伯利亚高压加强的影响显著。     

两类ENSO对中国北方冬季平均气温和极端低温的不同影响

利用1961-2012年观测、再分析资料以及全球大气环流模式数值试验,探讨了中国北方冬季平均气温对于不同类型（即东部型和中部型）ENSO事件的气候响应,并分析了不同类型ENSO对极端低温事件的可能影响,重点关注了北大西洋涛动（NAO）在其中的桥梁作用。结果表明,ENSO信号能通过调制北大西洋地区的大气环流改变欧亚中高纬度地区的纬向温度平流输送和西伯利亚高压的强度,进而影响中国北方冬季气温,由于不同类型ENSO事件海温分布的差异,这种影响具有明显的非线性特征。在两类厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季,北大西洋涛动均呈现负位相,不利于北大西洋的暖湿空气向欧亚大陆输送,西伯利亚高压偏强,因而中国北方地区较气候态偏冷。中部型厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季气温负异常的显著区域分别位于东北大范围地区、内蒙古河套附近;东部型厄尔尼诺事件冬季显著的冷异常信号仅局限于黑龙江北部与大兴安岭地区;而中部型拉尼娜事件冬季虽伴随北大西洋涛动正位相,但其空间结构向西偏移,对下游中国北方地区气温的直接影响并不显著,可能受局地信号干扰较大。数值试验再现了北大西洋涛动以及中国北方冬季气温对不同类型ENSO的响应,进一步佐证了上述结论。此外,两类厄尔尼诺事件冬季中国东北地区日平均气温容易偏低,极端低温事件的发生频次增多;而两类拉尼娜事件对极端低温的影响较弱。      

ENSO发展和衰亡阶段中非线性项的作用

利用哈得来中心海表温度（HadISST）和美国马里兰大学海洋同化（Simple Ocean Data Assimilation,SODA 2.2.4）数据集,分析了1979-2015年赤道太平洋地区海表温度异常的偏度特征;并通过诊断混合层热量收支平衡方程着重探讨了非线性项在不同类型ENSO发展衰亡过程中起的不同作用。研究结果表明,中部型厄尔尼诺和拉尼娜事件的偏度很弱,且符号相反、强度相当,而东部型厄尔尼诺的偏度为很强的正值,即ENSO的强度非对称性主要来自东部型厄尔尼诺的贡献,中部型厄尔尼诺和拉尼娜的海表温度异常呈现准对称特征。在ENSO事件的发展阶段,非线性项对东部型厄尔尼诺和拉尼娜均有很强的正贡献,而对中部型厄尔尼诺的正贡献相对较弱,这会促进东部型厄尔尼诺强度的增强而抑制拉尼娜振幅的发展,从而有利于ENSO强度非对称性的产生;在ENSO事件的衰亡阶段,非线性项对拉尼娜维持正贡献但强度大为减弱,对东部型厄尔尼诺和中部型厄尔尼诺的衰减则分别起促进和抑制作用,这可能是东部型厄尔尼诺衰减速度较快而中部型厄尔尼诺衰减速度较慢的重要原因之一。      

西北太平洋热带云团发展与两类El Nio事件的联系

利用1982—2009年全球热带云团数据集、NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海温资料,并引入热带云团生成率(Genesis Productivity,GP)来分析EP(Eastern Pacific)El Nio和CP(Central Pacific)El Nio事件与西北太平洋热带云团发展的相关性。研究表明,1)夏秋两季GP与Nio3指数在东南区(SE)均为显著正相关,在西南区(SW)仅秋季呈显著正相关;GP与EMI(El Nio Modoki Index)指数在夏季SE区域为显著正相关,在秋季南中国海(South China Sea,SCS)区呈负相关。2)在EP El Nio年,夏季SE区域的GP增大与低层涡度、高层散度以及低层相对湿度的相对增大一致。夏季SW区域与秋季SE区域的GP增大与有利的高低空配置相关,La Nia年则与之相反。3)在CP El Nio年,夏季SE区域的GP增大伴随着低层涡度和高层散度的增加,同时与充足的水汽及弱风切变相吻合;而秋季SCS区域的GP下降源于正涡度带、正散度带以及水汽带的东移。     

Potential Influence of a Developing La Niña on the Sea-Ice Reduction in the Barents–Kara Seas

Abstract

The potential influence of a developing La Niña on Arctic sea-ice annual variability is investigated using both observational data and an atmospheric general circulation model. It is found that during the developing phase of an eastern Pacific (EP) La Niña event in June, July, and August (JJA) and September, October, and November (SON), the sea-ice concentration (SIC) over the Barents–Kara Seas declines more than 15%. The local atmospheric circulation pattern associated with the EP La Niña is characterized as a weak decrease in geopotential height over the Barents–Kara Seas, combined with an anticyclone in the North Atlantic. The corresponding southerly winds push warm waters northward into the key sea-ice reduction region and directly accelerate sea-ice melt. Meanwhile, the abundant moisture contained in the lower troposphere is transported into the Arctic region by winds resulting from the local barotropic structure. The humid atmosphere contributes to both net shortwave and longwave radiation and thus indirectly accelerates the decline in sea ice. Simulations by the European Centre Hamburg Model, version 5.4, are forced by observed sea surface temperature anomalies associated with EP La Niña events. The results of the simulations capture the North Atlantic anticyclone and reproduce the moisture transport, which supports the premise that an EP La Niña plays a crucial role in sea-ice reduction over the Barents–Kara sector from the perspective of atmospheric circulation and net surface heat flux.     

从2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常看北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常的作用

利用美国NCEP/NCAR、欧洲中心ERA-Interim再分析资料,以及英国哈得来中心海冰密集度资料,通过诊断分析和数值模拟试验,研究了2011/2012和2015/2016年两个冬季大气环流异常的主要特征和可能原因。结果表明,尽管热带太平洋海温背景截然不同（分别为弱的拉尼娜事件和强厄尔尼诺事件）,但这两个冬季西伯利亚高压均异常偏强,自1979年以来其强度分别排第1和第5位。前期秋季北极海冰异常偏少是导致这两个冬季西伯利亚高压偏强的主要原因。更为重要的是,前期夏季北冰洋表面反气旋风场,以及其上空对流层中、低层平均气温偏高,加强了北极海冰偏少对冬季大气变率的负反馈,进一步促进了西伯利亚高压的加强,从而有利于东亚地区冬季阶段性强严寒的出现。因此,夏季北极大气环流的动力和热力状态不仅影响夏、秋季北极海冰,而且对海冰偏少影响亚洲冬季气候变率有重要调节作用。2015/2016年冬季强厄尔尼诺事件并不能掩盖来自北极海冰和大气环流的影响。