El Ni?o和La Ni?a事件对东亚冬、夏季风循环的影响

通过合成的El NiNo和La NiNa的分析发现,一般一个El Nino或La Nina事件大致可以分成爆发前的冬季、发展期的夏季、盛期时的冬季和衰亡期的夏季四个阶段.在此基础上利用NCEP再分析环流资料和中国降水资料分析了东亚冬、夏季风对E1 Nino和LaNina的响应,结果发现,E1 Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环.E1Nino爆发前的冬季在东亚地区往往有异常强的北风;El Nino发展期的夏季,西太平洋副热带高压偏弱,同时影响我国的西南气流偏弱,从而江淮地区和南方沿海地区多雨,长江中游和华北地区少雨;E1 Nino盛期的冬季东亚地区则出现异常的南风;而E1 Nino衰亡期的夏季,西太平洋副热带高压偏强,同时影响我国的西南气流偏强,从而江淮地区少雨,华北、东北以及洞庭湖、鄱阳湖地区多雨.La Nina对东亚冬、夏季风循环的影响则与El Nino大致相反,但它的影响不如El ino的影响显著.对强、弱东亚冬季风后的夏季中国降水异常的分析则表明,正是由于与El Nino或La Nina事件有关的海温异常对东亚冬、夏季风循环的影响才导致了东亚冬季风与随后的夏季风存在着紧密的联系;当冬季风异常不是由与ElNiNino或La Nina事件有关的海温异常所引起时,两者之间就缺少显著的联系.     

SVD相空间分析方法及其在海气耦合关系中的初步应用

利用非线性动力学中的相空间概念和场诊断分析中的SVD技术,提出了一种SVD相空间分析方法.应用该方法研究了热带太平洋E1 Nino区SST与东亚500 hPa环流场的关系.结果表明这种SVD相空间分析,优于EOF相空间分析,它不仅能在两个场耦合联系的基础上分析两场自身的变化过程和状态特征,而且能够揭示两场之间的内在相互联系;前期冬半年东亚冬季风异常偏强(弱)时,将导致未来El Nino(La Nina)事件的发生;前期El Nino(La Nina)事件,将导致未来冬半年东亚冬季风异常弱(强);由此建立了东亚冬季风与El Nino(La Nina)事件相互作用的概念模型,指出了东亚冬季风异常变化与El Nino(La Nina)事件互为双方发生发展的重要机制.     

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.     

El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风季节内变化的比较

基于1979~2013年多种再分析资料,合成分析了El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,东亚夏季风在两种情况下呈现出不同的季节内变化特征。在El Ni?o发展年,初夏期间高纬度地区出现偏北风异常,造成东亚地区位势高度场偏低,西太平洋副热带高压偏东,但均不显著。盛夏期间,El Ni?o强迫造成中太平洋对流增强,副热带西太平洋出现气旋异常,位势高度显著降低,副热带高压明显偏东。与此不同的是,La Ni?a年春季暖池海温偏高,造成夏季对流偏强,西太平洋地区位势高度场偏低,副热带高压减弱东退。此外,La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化较为复杂,6月异常较弱,7月达到最强,8月又开始减弱。因此,虽然El Ni?o发展年和La Ni?a年夏季平均副高异常有一定的相似性,但季节内变化则有很大差异,其成因也完全不同。     

华南冬季气温异常与ENSO的关系

利用1951一2012年华南192个测站逐月气温资料、NCEP/NCAR再分析月资料、NCC的ENSO监测资料,采用相关分析和合成分析等方法分析了华南冬季气温异常与ENSO的关系。结果表明:华南冬季气温对La Nina事件的响应比对E1 Nino事件显著,La Nina事件当年华南冬季气温以偏低为主,极强La Nina事件对应的华南冬季气温显著偏低,而中部型La Nina事件出现过华南冬季气温显著偏高的情况。当La Nina(El Nino)事件为东部型、Nino区海温异常的峰值月份出现在秋冬季,当年华南冬季气温易偏低(高)。从年际尺度上,当La Nina发生时,在对流层低层激发西太平洋异常气旋环流和北风异常,对应对流层中层北太平洋高压、乌拉尔山高压脊和东亚大槽南段均加强,西太平洋副热带高压减弱,东亚中高纬经向环流明显,冬季风偏强,导致我国大部分地区包括华南冬季气温偏冷,反之亦然。El Nino事件对华南冬季气温的影响具有年代际差异。对应华南冬季气温年代际变化的海温变化明显的区域位于北太平洋,而与ENSO关系不明显。     

南亚和东亚热带夏季风强弱不同配置及其对中国夏季降水的影响北大核心

利用NOAA向外长波辐射(OLR)、NCEP/NCAR再分析资料和CN05.1降水资料,研究了南亚和东亚热带夏季风强度年际变化关系,及其强弱不同配置对中国夏季降水的影响。结果表明:南亚和东亚热带夏季风强度变化之间存在同相和反相两种配置,定义的强度同相和反相变化指数可以很好地表征该关系。同相变化模态可能与海温异常时的强El Nino(La Nina)影响有关,其反相变化模态受El Nino(La Nina)以及印度洋海盆一致模的影响,同时西太平洋副热带高压和伊朗高压位置东西偏移和强度变化也影响着不同配置的出现。两者不同配置时,对中国夏季降水的影响不同。当变化呈同相偏强时,夏季中国东部地区降水为“中间少南北多”的雨型。当变化呈反相,东亚热带夏季风偏强南亚夏季风偏弱时,夏季中国东部地区降水为“一致偏少”雨型。     

前期热带太平洋次表层海温异常与东亚夏季风的可能联系

利用1979—2012年日本气象厅次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前期冬季热带太平洋次表层海温与东亚夏季风的关系,并讨论了其可能机制。结果表明,前期冬季热带太平洋次表层海温与后期东亚夏季风强弱有显著的相关关系。冬季次表层海温呈现东正西负的类El Nio分布型时,夏季副热带高压偏强,西北太平洋地区受反气旋型环流控制,能将大量的水汽输送到长江和淮河流域,有利于水汽在该区域辐合,为夏季降水偏多创造了条件,此时东亚夏季风活动整体偏弱,反之亦然。但类El Nio分布型对东亚夏季气候变化的影响较类La Nia分布型更显著。此外,冬季热带太平洋次表层海温可能通过其自身能够持续性地影响东亚—太平洋地区的大气环流异常,次表层海温随季节变化有明显的发展和移动趋势:冬季西太平洋暖池次表层冷(暖)海温不断堆积,沿温跃层向东传播使得中东太平洋次表层海温逐渐变冷(暖),冷(暖)海温上翻加强使得海表温度异常,进一步影响到西太平洋副热带高压的位置和强度,并在东亚地区形成经向遥相关波列,通过西北太平洋地区异常反气旋(气旋)环流的作用,影响东亚地区大气环流以及气候变化。     

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

不同PDO位相下El Niño发展年和La Niña年东亚夏季风的季节内变化

基于1957~2017年观测和再分析资料,合成分析了北太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)不同位相下El Ni?o发展年和La Nina年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明,PDO正、负位相作为背景场,分别对El Ni?o发展年、La Nina年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Ni?o发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号,另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常,从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度;反之,PDO负位相则增强了La Nina年热带海气相互作用以及中高纬环流(如东北亚反气旋)的异常。在季节内变化方面,El Ni?o发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常,东北亚位势高度减弱;7月开始,环流形势发生调整,日本以东洋面出现气旋性异常,东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强;8月,随着东亚夏季风季节进程和El Ni?o发展,西太平洋出现气旋性环流异常,东亚副热带位势高度进一步降低,西北太平洋副热带高压(简称副高)明显东退。La Nina年6月异常较弱,主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始,东亚-太平洋遥相关型显著,副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下,均造成东亚地区夏季降水总体上偏少,尤其是中国北方降水显著偏少。     

强La Ni(n)a背景下的东亚夏季风异常与1989年和1999年中国夏季降水的对比分析

选取两个强La Ni(n)a年 (1989年和1999年), 对比分析了强La Ni(n)a背景下的东亚夏季风异常和中国夏季降水分布.结果表明, 受南极海冰分布异常的影响, 这两年6～7月间南极涛动呈现不同的位相, 进而改变了南方涛动的位相.1989年, 南极涛动为正时, 南方涛动为正, 马斯克林高压 (简称马高) 偏强, 澳大利亚高压 (简称澳高) 偏弱.与1989年相反, 1999年南极涛动和南方涛动均为负位相, 马高偏弱, 澳高偏强, 这与一般La NiNi(n)a年的情况正好相反.与马高和澳高强度变化相对应, 西太平洋副热带高压在1989年偏西、 1999年偏东, 并影响到6～7月间中国降水的分布.8月副高北抬后, 南半球环流变化的影响减弱, 东亚夏季风环流主要受热带环流和中高纬度环流的影响.1989年8月, 受中高纬度冷平流的影响, 副高偏弱, 长江流域降水偏多.1999年8月, 由于热带西风异常偏强, 副高偏强, 长江以南降水偏多.本文的研究结果表明, 即使在两个相似的强La NiNi(n)a事件影响下, 由于其他因子对La NiNi(n)a信号的调制作用, 中国夏季降水仍呈现不同的分布, 1989年为中间型, 而1999年为南方型, 这与一般La NiNi(n)a年雨带偏北正好相反.最后, 对中国夏季降水的季度预测提出了一些建议.     

El Ni(n)o、La Ni(n)a事件与太阳活动对河南省东亚飞蝗大发生的影响

用研究灾变规律的关键时方法分析了El Ni(n)o、La Ni(n)a事件和太阳活动对河南省东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis Meyen)的影响.结果发现,El Ni(n)o和La Ni(n)a事件不会促使河南省沿黄地区东亚飞蝗的大发生,并得出El Ni(n)o和La Ni(n)a事件对飞蝗大发生的影响主要通过影响其发生地的天气、气候(主要是降水),从而影响飞蝗的大发生.在太阳黑子相对数高年的后一年,河南省东亚飞蝗大发生的可能性超过90%.     

一种新的El Ni(n)o海气耦合指数

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850 hPa风场、200hPa速度势和对外长波辐射OLR)的多变量经验正交函数展开(multivariate EOF,简称MV-EOF)探讨了热带太平洋的主要海气耦合特征.结果表明,MV-EOF分析的前两个耦合模态分别很好地对应了传统型El Ni(n)o和ElNiloModoki的海气耦合特征:传统型El Ni(n)o期间,伴随着赤道中东太平洋SST的异常增温,HC、SLP、200 hPa速度势等要素总体呈东西反相的“跷跷板”变化,低层850hPa赤道中太平洋出现较强西风距平,西北太平洋上空为反气旋性异常环流;ElNi(n)o Modoki期间,SST持续增温和HC正异常中心均显著西移至中太平洋,低层SLP和高空200 hPa速度势均呈现纬向三极型异常分布,低层异常强西风向西移至暖池东部,西北太平洋上空呈现气旋性异常环流.两类El Ni(n)o的海气耦合特征存在显著差异,较优的El Ni(n)o指数应不仅可以客观描述和区分El Ni(n)o现象本身,更要紧密联系两类事件所产生的大气响应.以往定量表征El Ni(n)o年际变化的指标大多立足于SST或SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的El Ni(n)o指数HCEI和HCEMI.较以往基于SST的El Ni(n)o指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类El Ni(n)o(如1993年的传统型El Ni(n)o和2006年的El Ni(n)o Modoki),而且能更好地反映和区分两类El Ni(n)o与大气间的海气耦合特征,为ElNi(n)o的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具.     

1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响

1998和2010年夏季长江流域均发生了明显的洪涝灾害,且都是厄尔尼诺事件的次年(衰亡位相).不同的是:1997/1998年冬季的厄尔尼诺事件是传统东部型,而2009/2010年冬季的厄尔尼诺事件是中部型(EL Ni(n)o Modoki).首先利用中国160个台站月降水观测资料,对比了1998和2010年降水异常情况,结果显示除长江流域多降水这一共同特征外,1998和2010年降水分布还存在一定差异.利用NCEP/NCAR再分析资料,对比了大气环流异常特征.结果表明:与1998年相比,2010年西北太平洋对流层低层异常反气旋中心位置偏北偏西,西太平洋副热带高压偏强、脊线偏北,使得南海孟加拉湾西南风减弱而东亚南风加强,导致自印度洋、南海向内陆的水汽输送减少,而自西太平洋的水汽输送增加并输送到偏北的位置,雨带比1998年偏北,中国西南地区降水比1998年偏少.进一步分析厄尔尼诺的影响,揭示环流形势的变化与中部型厄尔尼诺年赤道太平洋异常上升气流比传统厄尔尼诺年偏西、西太平洋异常下沉气流随之变化有关.利用GFDL大气环流模式AM2.1,进行了给定1998和2010年实际观测海温强迫的试验,显示海温差异能够部分解释观测到的环流异常.最后,将这两个个例与历史合成进行了比较,发现2010年与历史合成的中部型厄尔尼诺存在较大差异,表明中部型厄尔尼诺对中国夏季降水的影响比以前所认识的要复杂.     

Warming in the Northwestern Indian Ocean Associated with the El Ni(n)o Event

This paper investigates possible warming effects of an El Ni(n)o event on the sea surface temperature anomaly(SSTA)in the northwestern Indian Ocean.Most pure positive Indian Ocean dipole(IOD)events (without an El Ni(n)o event co-occurring) have a maximum positive SSTA mainly in the central Indian Ocean south of the equator.while most co-occurrences with an El Ni(n)o event exhibit a northwest-southeast typical dipole mode.It is therefore inferred that warming in the northwestern Indian Ocean is closely related to the El Ni(n)o event.Based on the atmospheric bridge theory,warming in the northwestern Indian Ocean during co-occurring cases may be primarily caused by relatively less latent heat loss from the ocean due to reduced wind speed.The deepened thermocline also contributes to the warming along the east coast of Africa through the suppressed upwelling of the cold water.Therefore,the El Ni(n)o event is suggested to have a modulating effect on the structure of the dipole mode in the tropical Indian Ocean.     

用非线性最优化方法研究El Ni(n)o可预报性的进展与前瞻

综述用非线性优化方法研究厄尔尼诺(El Ni(n)o)-南方涛动(ENSO)事件可预报性的进展.针对ENSO可预报性研究中的热点问题--"前期征兆"、"春季可预报性障碍",以及如何量化研究ENSO可预报性和ENSO的不对称性问题,作者在近年来的工作中先后用理论模式和中等复杂程度ENSO模式研究了ENSO可预报性的动力学,揭示了ENSO的若干重要非线性特征.主要结果如下:(1)条件非线性最优扰动(CNOP)(局部CNOP)比线性奇异向量更易发展成ENSO事件,扮演了ENSO的最优前期征兆.这些ENSO事件关于气候平均态是不对称的.理论分析表明,非线性温度平流过程是造成这种不对称性的重要原因.1980～2002年的海洋再分析资料验证了上述理论结果.(2)ENSO事件CNOP型初始误差的发展有明显的季节依赖性,该误差导致了ENSO事件最显著的春季可预报性障碍(SPB)现象.ENSO事件SPB的发生不仅依赖于气候平均态,而且依赖于ENSO事件本身及其初始误差模态,是三者综合作用的结果.(3)建立了关于ENSO可预报性的最大可预报时间下界、最大预报误差上界和最大允许初始误差下界的三类可预报性问题,分别从三个方面揭示了ENSO事件的春季可预报性障碍现象,比较有效地量化了其可预报性.(4)通过CNOP方法,揭示了非线性温度平流在年代际尺度ENSO不对称性研究中的重要作用,解释了ENSO不对称性的年代际变化,基于所用ENSO模式给出了ENSO不对称性年代际变化的机制.最后,展望了非线性优化方法在ENSO可预报性中应用的前景,并期望该方法能拓展到ENSO第二类可预报性问题的研究中.     

El Nio事件与番禺降水的相关性分析

采用X^2检验方法,统计分析番禺地面气象站1961～2006年的逐月降水资料与El Nino现象的关系。结果表明：两类El Nino事件与番禺年降水量有密切关系,Ⅰ类El Nino事件与番禺年降水量呈强的正相关,降水增加量平均为26．63％,而Ⅱ类El Nino事件与番禺年降水量呈负相关,降水减少量平均为11．46％。从季节分布来看,两类El Nino事件对锋面降水和季风过渡季节降水影响较小,而对汛期降水影响较大。两类事件对降水影响的差异主要通过西太平洋副高脊线位置的差异表现出来：Ⅰ类El Nino事件影响年,4～6月副高脊线位置较常年偏南,7、8月偏北;Ⅱ类El Nino事件影响年,4～6月副高脊线位置较常年偏北,7、8月偏南。     

1997/1998 El Ni(n)o事件的热力学诊断分析

本文基于以925 hPa NCEP/NCAR再分析风应力距平为初始强迫场的Zebiak-Cane海气耦合模式对1997/1998 El Nio事件集合预报平均结果,对1997/1998 El Nio事件进行热力学诊断分析.结果表明:(1)在整个El Nio事件过程中,在赤道太平洋从西到东的各个Nio区中,平流作用主要起促进作用,而热力阻尼项则基本为衰减或抑止作用.(2)从Nio 4区到Nio 1 2区,纬向平流对SSTA上升的促进强度变化不大,而经向平流和垂直上升流对SSTA增加的促进作用在逐渐增强.同时,热力阻尼项对SSTA变化的抑制作用也呈依次增强.(3)平流项中,经向平流的贡献相对显著.