南海夏季风爆发与南大洋海温变化之间的联系

利用1979-2009年NCEP第二套大气再分析资料和ERSST海温资料,分析南海夏季风爆发时间的年际和年代际变化特征,考察南海夏季风爆发早晚与南大洋海温之间的联系.主要结果为:(1)南海夏季风爆发时间年际和年代际变化明显,1979-1993年与1994-2009年前后两个阶段爆发时间存在阶段性突变;(2)南海夏季风爆发时间与前期冬季(12-1月)印度洋-南大洋(0-80°E,75°S-50°S)海温、春季(2-3月)太平洋-南大洋(170°E -80°W,75°S-50°S)海温都存在正相关关系,当前期冬、春季南大洋海温偏低(高)时,南海夏季风爆发偏早(晚).南大洋海温信号,无论是年际还是年代际变化,都对南海夏季风爆发具有一定的预测指示作用;(3)南大洋海温异常通过海气相互作用和大气遥相关影响南海夏季风爆发的迟早.当南大洋海温异常偏低(偏高)时,冬季南极涛动偏强(偏弱),同时通过遥相关作用使热带印度洋-西太平洋地区位势高度偏低(偏高)、纬向风加强(减弱),热带大气这种环流异常一直维持到春季4、5月份,位势高度和纬向风异常范围逐步向北扩展并伴随索马里越赤道气流的加强(减弱),从而为南海夏季风爆发偏早(偏晚)提供有利的环流条件.初步分析认为,热带大气环流对南大洋海气相互作用的遥响应与半球际大气质量重新分布引起的南北涛动有关.     

5月热带印度洋大气大洋耦合环流的统计动力分析

对大气大洋耦合环流作直接的统计动力分析, 即将大气环流风场和大洋上层环流场看作一个整体, 作经验正交函数(矢量)展开, 从而可以得到在统计意义上的海气耦合模态和分析耦合的特征. 应用该方法对5月份热带印度洋区域(含南海)的大气大洋耦合环流进行联合统计动力分析, 得到以下结论: 第1模态是南海夏季风模态, 该模态时间系数序列有明显的两个态, 分别代表季风爆发前、后的大气、大洋环流并与南海夏季风爆发的迟早有密切关系; 在南海夏季风爆发偏早(晚)的年份, 印度洋表层到次表层的海温距平大多呈正(负)IOD形态, 印度洋赤道辐合带的上升运动和在该带南北两侧的动力性补偿下沉运动均偏强(弱); 总的说来该模态中大洋次表层到表层的流与地面风方向一致, 这表明该流是风生流. 第2模态反映ENSO在印度洋的延伸, 其时间系数序列也有两个态, 分别与Niño 3, 4区的海温异常相关较好.     

赤道MJO活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979—2013年NCEP/DOE再分析资料的大气多要素日平均资料、美国NOAA日平均向外长波辐射资料和ERSST月平均海温资料,分析赤道大气季节内振荡(简称MJO)活动对南海夏季风爆发的影响及其与热带海温信号等的协同作用.结果表明,赤道MJO活动与南海夏季风爆发密切联系,MJO的湿位相(即对流活跃位相)处于西太平洋位相时,有利于南海夏季风爆发,而MJO湿位相处于印度洋位相时,则不利于南海夏季风爆发.赤道MJO活动影响南海夏季风爆发的物理过程主要是大气对热源响应的结果,当MJO湿位相处于西太平洋位相时,一方面热带西太平洋对流加强使潜热释放增加,导致处于热源西北侧的南海—西北太平洋地区对流层低层由于Rossby响应产生气旋性环流异常,气旋性环流异常则有利于西太平洋副热带高压的东退,另一方面菲律宾附近热源促进对流层高层南亚高压在中南半岛和南海北部的建立,使南海地区高层为偏东风,从而有利于南海夏季风建立;当湿位相MJO处于印度洋位相时,热带西太平洋对流减弱转为大气冷源,情况基本相反,不利于南海夏季风建立.MJO活动、孟加拉湾气旋性环流与年际尺度海温变化协同作用,共同对南海夏季风爆发迟早产生影响,近35年南海夏季风爆发时间与海温信号不一致的年份,基本上是由于季节转换期间的MJO活动特征及孟加拉湾气旋性环流是否形成而造成,因此三者综合考虑对于提高季风爆发时间预测水平具有重要意义.     

南印度洋副热带偶极模在ENSO事件中的作用

南印度洋副热带偶极模（Subtropical Dipole Pattern,SDP）是印度洋存在的另一种很明显的偶极型海温差异现象,在年际和年代际尺度上均有十分明显的表现.而目前有关印度洋海气相互作用的研究主要集中在赤道印度洋地区,针对南印度洋地区的工作还比较少,特别是有关南印度洋海温与ENSO（El NiDo-Southern Oscillation）事件关系的研究.本文初步探讨了年际尺度上南印度洋副热带偶极型海温变化差异与ENSO事件的关系,发现SDP与ENSO事件有密切的联系,SDP事件就像连接正负ENSO位相转换的一个中间环节,SDP事件前后期ENSO的位相刚好完全相反.进一步,本文通过分析SDP事件前后期海温、高低层风、低层辐合辐散、高空云量和辐射等的变化特征研究了南印度洋偶极型海温异常在ENSO事件中的作用,结果表明：SDP在ENSO事件中的作用不仅涉及海气相互作用的正负反馈过程,还与热带和副热带大气环流之间的相互作用有关,特别是与东南印度洋海温变化所引起的异常纬向风由赤道印度洋向赤道太平洋传播的过程等有十分直接的关系;同时,SDP对ENSO事件的影响在很大程度上还依赖于大尺度平均气流随季节的变换.     

热带太平洋-印度洋温跃层海温异常联合模及其演变

利用SODA次表层海温再分析资料和卫星遥感海面高度异常数据,分析了热带太平洋和印度洋温跃层海温之间的联系,提出了太平洋-印度洋温跃层海温异常联合模(PITM)的概念、并定义了该联合模指数.结果表明,联合模指数具有准两年和3~5年的年际变化周期以及2011-2012年的年际变化周期,并具有季节锁相和振幅不对称等特征.联合模的演变过程与温跃层海温异常(TOTA)的发展和传播过程紧密相联:在太平洋,TOTA一般从西太平洋出发沿赤道(5°S-5°N)向东传播,到达东太平洋之后折向北,再沿10°N-14°N纬度带向西传播到达太平洋西岸并向赤道西太平洋扩展,形成一条回路;南太平洋也有类似回路但信号较弱;在印度洋,则主要沿8°S-12°S纬度带向西传播,到达西岸后折向北,然后迅速沿赤道(1.25°S-1.25°N)向东扩展,也形成一条回路.对NCEP/NCAR再分析风场资料的合成分析则表明,联合模的演变过程与大气环流尤其是纬向垂直环流(Walker环流)的变化密切相关,联合模的正位相对应着赤道印度洋区域顺时针的Walker环流以及赤道太平洋区域逆时针的Walker环流;而联合模的负相位则有相反的情况.此外,联合模演变过程中,TOTA的传播发展与850 hPa异常纬向风的传播发展有很好的相关.     

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.     

印度洋偶极子对北印度洋热带气旋活动的影响研究

利用JTWC提供的1981～2010年北印度洋热带气旋路径资料,NECP提供的风场、OLR场等资料,以及NOAA提供的SST资料,使用统计诊断方法研究了北印度洋热带气旋活动时空分布特征及其与印度洋海温的关系.结果表明：北印度洋热带气旋活动频次EOF1占总方差贡献的比例为16%,反映了北印度洋整个海盆尺度热带气旋活动频次变化基本一致的分布形态,但是其空间分布具有不均匀性,表现为以孟加拉湾热带气旋偏西路径变化为主的特征;小波分析表明EOF1模态有显著的准5年变化周期.印度洋偶极子对北印度洋热带气旋活动年际变化影响显著,其影响机制概念模型为：印度洋偶极子处于正（负）位相模态时,印度洋海温异常呈显著的西暖东冷（西冷东暖）型分布,造成北印度洋上空对流减弱（加强）、低层有反气旋（气旋）式环流异常,不利（有利）于热带气旋在北印度洋生成,北印度洋热带气旋活动频次偏少（多）;且可造成孟加拉湾上空西风引导气流加强（减弱）,进一步使得出现在孟加拉湾90°E以西的偏西路径热带气旋偏少（多）.     

FOAM海气耦合模式中印度洋海温年际变化在厄尔尼诺不同发展阶段的影响

热带印度洋与热带太平洋是全球海气耦合最活跃的区域之一,两者的海温场中均存在着显著的年际变化模态,而且这两个洋盆间的海温异常模态间是相互联系的.本文采用一个复杂的全球海气耦合模式,模拟了两组分别包含和不包含热带印度洋海温年际变化对热带大气强迫的耦合试验,对比研究印度洋海温年际变化在厄尔尼诺事件演变中的贡献.结果表明,热带印度洋海温年际变化的存在使得厄尔尼诺事件的成熟期强度增加,且在厄尔尼诺的发展年秋季出现明显的快速增长.但在厄尔尼诺衰亡年,热带印度洋海温年际变化却使得热带太平洋暖海温减弱甚至转变为冷海温,使得厄尔尼诺事件的演变周期减短.具体来讲,发生于厄尔尼诺发展年的印度洋偶极子正异常事件能够在热带印度洋东部到热带西太平洋之间强迫出一支异常的下沉气流及异常Walker环流,加强原有的西太平洋低层西风异常,通过海洋平流及波动调整过程增强厄尔尼诺期间太平洋的暖海温异常;而在厄尔尼诺衰亡年出现的印度洋全洋盆增暖则在南亚季风爆发的背景下,在印度大陆上空产生一支明显的异常上升气流,激发西太平洋东传的Kelvin波及低层大气的东风异常,削弱了热带太平洋洋面的西风异常,促使厄尔尼诺从暖位相向冷位相转化,并使得西北太平洋出现反气旋式大气环流和降水的减少.因此,印度洋海温偶极子模态主要影响厄尔尼诺事件的发展阶段,而印度洋海温洋盆一致变化模态显著影响厄尔尼诺事件的衰亡阶段,两者均可通过改变大气环流而遥强迫太平洋海域.     

印度洋经圈环流的结构及其与风应力的耦合关系

利用惯性理论计算了印度洋经圈环流的结构,并分析风应力与经圈环流的耦合关系．结果表明,惯性理论能够较好地表征经圈环流的特点——副热带环流圈与跨赤道环流圈,北印度洋经圈环流会随着季风的季节性反向而翻转．风应力异常和经向流函函数异常可以分解为夏季风模态、冬季风模态及异常模态．当异常呈现冬夏季风期间环流的结构特征时,经圈环流与风应力的同时相关最大;在异常模态时,二者的关系较为复杂．通过20°S和赤道断面的输送均表现为多时间尺度变化的特征,主要的周期集中在年际和年代际尺度上．     

欧亚地区夏季大气环流年际变化的关键区及亚洲夏季风的关联信号

本文利用资料分析和数值模拟方法研究了欧亚地区夏季大气环流的相关性及其与亚洲夏季风的关联信号,以期为欧亚地区的气候变异及可预测性研究提供科学依据.结果表明:欧亚区域同期(JJA)500 hPa高度场年际变化的关键区包括热带区、中纬度的贝加尔湖和巴尔喀什湖之间以及欧洲地中海附近地区;表面气温的关键区主要位于热带海洋;海平面气压的关键区包括热带的海洋性大陆区域、印度洋和非洲大陆赤道附近部分区域、中高纬的贝加尔湖与巴尔喀什湖之间的地区.另外,夏季大气环流年际变化的春季关键区明显西移/南退,特别是表面气温(其西太平洋区不再是关键区).公用气候系统模式CCSM4.0的大气模式在给定海温年际变化的情况下对于上述大气环流相关场及其关键区的模拟基本合理,其中500 hPa高度场的模拟结果较好,海平面气压场的结果逊之;对于同期和前期的结果,模式都有夸大西太平洋海温影响的倾向.对于东亚夏季风指数与大气环流的同期年际变化信号而言,其空间分布基本表现为以30°N为界呈西南东北向的波列状分布;其春季前期信号中,30°N以南的显著区几乎都位于海洋,30°N以北主要位于欧洲、巴尔喀什湖与贝加尔湖之间的地区.南亚夏季风指数的前期显著相关区比同期明显西移/南退.总之,模式的模拟结果和观测结果相当吻合,但其同期模拟结果比前期的更好一些.这些结果说明:模式对于大气环流年际变化的耦合变化信息的刻画是基本合理的,这为利用气候模式进行有关可预测性研究和降尺度预测研究奠定了基础.     

全球变暖背景下春季Hadley环流与东亚夏季风环流年际对应关系的多模式预估

观测事实揭示,春季Hadley环流在年际时间尺度上与东亚夏季风环流和降水具有密切联系.在未来全球变暖背景下,春季Hadley环流与东亚夏季风环流和降水的这种年际关系是否会发生变化？针对该问题,本文在评估的基础上选取五个气候模式,分析了A1B排放情景下春季北半球Hadley环流年际变率的未来变化及其与东亚夏季风环流和降水的年际关系.多模式集合(MME)预估结果表明,在全球变暖背景下,与20世纪末期(1970—1999年)相比,到21世纪末期(2070—2099年),春季北半球Hadley环流的年际变率强度将减弱,减弱幅度达32%.随着春季Hadley环流年际变率的减弱,其与夏季西太平洋副热带高压和东亚夏季风强度的联系将变弱.MME模拟结果还显示,春季Hadley环流与夏季东亚西风急流和降水的关系也降低,但各单个模式间存在较大差异.     

Role of Ocean in the Variability of Indian Summer Monsoon Rainfall

Asian summer monsoon sets in over India after the Intertropical Convergence Zone moves across the equator to the northern hemisphere over the Indian Ocean. Sea surface temperature (SST) anomalies on either side of the equator in Indian and Pacific oceans are found related to the date of monsoon onset over Kerala (India). Droughts in the June to September monsoon rainfall of India are followed by warm SST anomalies over tropical Indian Ocean and cold SST anomalies over west Pacific Ocean. These anomalies persist till the following monsoon which gives normal or excess rainfall (tropospheric biennial oscillation). Thus, we do not get in India many successive drought years as in sub-Saharan Africa, thanks to the ocean. Monsoon rainfall of India has a decadal variability in the form of 30-year epochs of frequent (infrequent) drought monsoons occurring alternately. Decadal oscillations of monsoon rainfall and the well-known decadal oscillation in SST of the Atlantic Ocean (also of the Pacific Ocean) are found to run parallel with about the same period close to 60 years and the same phase. In the active–break cycle of the Asian summer monsoon, the ocean and the atmosphere are found to interact on the time scale of 30–60 days. Net heat flux at the ocean surface, monsoon low-level jetstream (LLJ) and the seasonally persisting shallow mixed layer of the ocean north of the LLJ axis play important roles in this interaction. In an El Niño year, the LLJ extends eastwards up to the date line creating an area of shallow ocean mixed layer there, which is hypothesised to lengthen the active–break (AB) cycle typically from 1 month in a La Niña to 2 months in an El Niño year. Indian monsoon droughts are known to be associated with El Niños, and long break monsoon spells are found to be a major cause of monsoon droughts. In the global warming scenario, the observed rapid warming of the equatorial Indian ocean SST has caused the weakening of both the monsoon Hadley circulation and the monsoon LLJ which has been related to the observed rapid decreasing trend in the seasonal number of monsoon depressions.     

The Preferred Structure of the Interannual Indian Monsoon Variability

The leading empirical orthogonal function (EOF) of the June-Sept. mean, rotational horizontal wind at 850 hPa and 200 hPa (over the region 12.5°S–42.5°N, 50°E–100°E) from 56 years (1948–2003) of reanalysis (from the National Centers for Environmental Prediction) shows strong anti-cyclonic circulation at upper levels, strong Indian Ocean cross-equatorial flow and on-shore flow over western India at lower levels . The associated principal component (PC) is correlated at the 0.75 level with the seasonal mean observed Indian Monsoon rainfall (IMR). Composite differences of vertically integrated divergence (surface to 800 hPa) and vorticity (surface to 500 hPa) between ``strong' years (PC-1 exceeds one standard deviation σ) and ``weak' years (PC-1 less than − σ) suggest increased rising motion and storminess over the Bay of Bengal and central India. Composite difference maps of station rainfall from the India Meteorological Department (IMD) between strong years and normal years (weak years and normal years) are statistically significant over central India, with strong (weak) years associated with increased (decreased) precipitation. In both cases the maps of rainfall anomalies are of one sign throughout India. The correlation of PC-1 with global seasonal mean SST is strong and negative over the eastern equatorial Pacific, but positive in a surrounding horse-shoe like region. Significant negative correlation occurs in the northwestern Indian Ocean. The lag/lead correlation between the NINO3 SST index and PC-1 is similar to but stronger than the NINO3/IMR correlation. Modest (but significant) negative correlation is seen when NINO3 leads PC-1 (or IMR) by one-two months. Strong negative correlation is seen when PC-1 (or IMR) leads NINO3. The projections of running five-day means of horizontal rotational winds at 850 and 200 hPa onto EOF-1 (after removing the seasonal mean for each year) were pooled for strong, normal and weak years. The strong and normal year probability distribution functions (pdfs) are nearly indistinguishable, but the weak year pdf has more weight for moderate negative values and in both extreme tails and shows some hint of bi-modality.     

厄尔尼诺持续时间与大气环流异常形势

针对不同持续时间的El Nio事件,进行了大尺度大气环流及其演变的合成分析研究.其结果清楚地表明,不同持续时间的El Nio事件的发生、发展和消亡过程,对流层低层风场和对流层高层速度势场的距平都有极为显著差异.分析得到了对El Nio事件的发生和消亡起着重要作用的大气环流异常形势.还发现对于持续时间较长的El Nio事件,东北太平洋上850hPa异常气旋性环流减弱和西北太平洋上异常反气旋性环流增强较慢,因此赤道太平洋异常西风维持的时间也较长,而与澳大利亚冬季风加强相关联的南半球西太平洋的速度势正距平的维持,对El Nio的持续也起一定作用;对应持续时间较短的El Nio事件,西太平洋上200hPa速度势正距平的迅速东移,对El Nio的迅速消亡起重要作用.     

青藏高原春季积雪在南海夏季风爆发过程中的作用

本文应用欧洲中期预报中心（ECMWF,European Centre for Medium\|Range Weather Forecasts—ERA\|40）资料和美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR, National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)资料,研究了青藏高原雪深变化对南海夏季风爆发的影响和ENSO对青藏高原降雪的影响.结果表明：（1）ECMWF的雪深资料是可信的,可以用来研究青藏高原雪深变化对南海夏季风爆发的影响;（2）青藏高原的积雪异常影响到500 hPa以上的温度异常和印度洋与大陆间的气温对比,一方面使上层的南亚高压移动速度发生变化,另一方面也影响到低层大气的运动和东西向风异常,在青藏高原少雪年,东印度洋产生西风异常和一个气旋对,而在青藏高原多雪年,东印度洋产生东风异常和一个反气旋对;（3）ENSO与青藏高原春季积雪关系密切.东太平洋SST正异常时,东印度洋和南海气压偏高,从而导致该区海陆经向压强梯度增强和西风异常.另外,此时青藏高原北部气压偏高,北风偏强,副热带锋面增强,同时,印度洋的SST偏高,为青藏高原降雪提供了水汽保障,这些都有利于青藏高原的降雪.     

Zonal propagation of kinetic energy and convection in the South China Sea and Indian monsoon regions in boreal summer

As early as in the 1980s, Chinese scientists hadfirst proposed that there exits two summer monsoonsystems in Asia, namely the East Asian summer mon-soon (EASM) and the Indian summer monsoon(ISM)[1-4]. The two monsoon systems are quite dif-ferent in characteristics. Since then, such issue andconclusion had been documented and approved by alot of studies in the past two decades, and was appliedin the guideline of the South China Sea summer mon-soon experiment (SCSMEX), which was undertak…     

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.