ENSO 年冬季北半球平流层大气环流异常特征分析

利用1957-2002年欧洲中心的再分析资料和Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料,对ENSO年冬季的平流层环流进行了合成分析,分别从暖事件和冷事件年的温度场、高度场和风场,分析研究了平流层大气环流的异常特征.分析结果表明,对应El Ni(n)o年冬季,在赤道东太平洋的温度场、高度场和纬向风场都有由大气低层的正距平转变为平流层负距平的特征;与之相反,在El Ni(n)a年冬季,赤道东太平洋大气低层的负距平到了高层变为正距平.同时,在纬向平均垂直剖面图中, El Ni(n)o年冬季北半球高纬地区从对流层顶到平流层温度场和高度场为正距平,而La Ni(n)na年出现相反的情况.在热带平流层,El Ni(n)o年冬季高空纬向风场在50 hPa到15 hPa左右为负距平,从15 hPa到1 hPa为正距平;而El Ni(n)a年则相反.在El Ni(n)o年冬季100 hPa以上的北半球高纬度地区存在一个类偶极子结构的异常高度场和风场,El Ni(n)o年在极区主要为正距平,El Ni(n)a年在极区主要为负距平.     

ENSO与中国夏季降水的联系:冬季QBO的调制作用

使用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象局台站降水资料和GPCC降水资料,系统研究了在冬季平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)调制下,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)不同阶段与中国夏季降水的可能联系。根据两者的位相和强度,可将它们的配置分为QBO西风/El Ni?o、QBO西风/La Ni?a、QBO东风/El Ni?o、QBO东风/La Ni?a。研究结果表明,在年际时间尺度上,ENSO和QBO无显著相关关系。冬季QBO西风位相时,El Ni?o发展年夏季,我国整体偏旱,而华南偏涝;衰减年夏季,华南、华东北部偏旱,东北、长江流域偏涝。La Ni?a发展年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布;衰减年夏季,东南沿海偏涝。冬季QBO东风位相时,El Ni?o发展年夏季,长江以北偏旱;衰减年夏季,我国东部降水异常呈负-正-负的三极分布。La Ni?a发展年夏季,江淮和华南南部偏旱;衰减年夏季,我国东部沿海偏涝。ENSO是影响我国夏季降水异常的重要因子,而QBO的调制作用在ENSO衰减年夏季更为显著。相比冬季QBO东(西)风位相,QBO西(东)风位相时El Ni?o (La Ni?a)期间赤道西太平洋负(正)海温异常更强,衰减年夏季位于西太平洋的异常下沉(上升)运动和印度洋的异常上升(下沉)运动更强更深厚,西太平洋副热带高压范围更大(小),南亚高压更偏东(西)。      

ENSO发展和衰减阶段的陕西夏季降水异常特征

利用1961—2008年陕西78个气象站夏季 (6—8月) 降水资料、NCEP/NCAR位势高度场和风场月平均再分析资料,采用合成及相关分析方法探讨ENSO发展和衰减阶段对陕西夏季降水异常的影响,以期为陕西夏季降水的气候预测提供线索和依据。结果表明:陕西夏季降水异常对ENSO发展和衰减阶段的响应存在显著差异,El Ni?o发展阶段和La Ni?a衰减阶段,陕西夏季降水偏少; El Ni?o衰减阶段和La Ni?a发展阶段,陕西夏季降水偏多; ENSO不同阶段对陕西7月降水影响最为显著。比较而言,El Ni?o事件对陕西夏季降水的影响更加显著。在El Ni?o衰减、La Ni?a发展阶段,西太平洋副热带高压偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,而在El Ni?o发展、La Ni?a衰减阶段,西太平洋副热带高压偏弱、偏东,东亚夏季风偏强,El Ni?o过程对东亚夏季风强弱的影响更加显著。ENSO发展和衰减阶段通过影响大气环流变化和东亚夏季风的强弱,进而影响陕西夏季降水。     

ENSO循环对东亚地区平流层臭氧分布的影响

采用NOAA提供的ONI(Oceanic Nio Index)指数资料与欧洲中心提供的臭氧再分析资料,以滞后相关为切入点,分析了ENSO循环对东亚地区平流层臭氧分布的影响,探讨了ENSO不同位相(El Nio、La Nia)对臭氧场的强迫影响程度,并且用ENSO对剩余环流的影响解释了平流层臭氧变化的动力机制。结果表明:(1)ENSO对东亚地区平流层臭氧的分布有明显的影响,在平流层30 h Pa和70 h Pa尤为显著,且滞后8个月时二者相关达到最大;(2)El Nio发生8个月后中纬度地区平流层30 h Pa的臭氧有所减少,而高纬度臭氧增加,70 h Pa则与之相反,同时在低纬度地区70 h Pa臭氧减少;La Nia反之;(3)Nio3.4区海温与滞后8个月臭氧的SVD分析结果也有类似的变化;(4)El Nio和La Nia的影响之间有显著的差异,在分别滞后于El Nio和La Nia事件8个月后平流层低层的臭氧含量差异可达-25%以上。(5)ENSO可以通过影响剩余环流的变化,进而影响臭氧分布发生以上的变化。     

东亚冬季风年际变化的ENSO信息 I. 观测资料分析

利用1950～1989年40年的全球月平均资料,详细讨论了东亚冬季风的年际变化特征,分析结果表明东亚冬季风年际变化中包含有明显的ENSO信号,也就是说东亚冬季风活动与ENSO的发生有明显的关系,大多数El Ni?o事件爆发后东亚冬季风偏弱,而大多数La Ni?a爆发后东亚冬季风偏强。通过对这40年间的10次El Ni?o和7次La Ni?a事件的合成分析,结果表明El Ni?o冬半年东亚500 hPa位势高度为正距平、海平面气压为负距平,即东亚冬季风偏弱,阿留申及北美地区呈现出明显的类似PNA型的异常环流形势;La Ni?a冬半年东亚以至于北半球大气环流异常形势与El Ni?o的相反。同时资料分析也表明,在大多数El Ni?o（La Ni?a）爆发前东亚冬季风偏强（弱）。另外,功率谱分析结果表明,东亚冬季风有显著的3～5年和准2年的变化周期,这从另一方面说明了东亚冬季风的年际异常中包含有显著的ENSO信息。     

两个典型ENSO季节演变模态及其与我国东部降水的联系

本文根据1950~2014年月平均海温和大气环流资料以及中国160站降水等资料,利用扩展经验正交函数（EEOF）分析、相关分析以及合成分析等方法,分析了太平洋海温季节演变的主导模态,并探讨了各模态与中国东部降水和东亚环流季节变异的关系及其联系的物理过程。结果表明,ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）季节演变存在2个主导模态,包含4种类型:El Ni?o持续型、La Ni?a持续型、La Ni?a转El Ni?o型和El Ni?o转La Ni?a型。发现不同模态和类型的ENSO季节变化过程我国东部降水距平的分布和强度都有明显差异。El Ni?o持续型和El Ni?o转La Ni?a型,冬春季和初夏均处在El Ni?o背景下,降水异常分布存在一定共性,但盛夏和秋季分别受El Ni?o和La Ni?a影响,降水异常分布差异十分明显,前者雨带北跳慢、位置偏南而后者雨带北跳快、位置偏北。La Ni?a持续型和La Ni?a转El Ni?o型也是如此,冬春季和初夏降水异常分布大致相似,但盛夏和秋季分别受La Ni?a和El Ni?o影响,前者雨带北跳快、位置偏北而后者雨带北跳慢、位置偏南。因此,利用ENSO做我国降水的气候预测时,不能只着眼于前期冬季El Ni?o或La Ni?a事件,还应考虑其未来演变所属的可能模态和类型。对他们之间联系的物理过程分析表明,不同ENSO季节演变模态和类型主要通过影响西太平洋副热带高压以及西风带经向型/纬向型环流调整及伴随的低纬暖湿水汽输送以及中高纬冷空气活动变化来影响我国东部降水。其中,西太平洋菲律宾群岛附近异常反气旋（或气旋）、赤道Walker环流和北半球Hadley环流分别是联系ENSO与西太平洋副热带高压活动和东亚西风带经向型/纬向型环流的重要环节。     

1960年以来ENSO事件对贺州市气候的影响

基于贺州市4个国家地面气象观测站1960—2021年降水和气温等气候观测资料以及同期的ENSO事件,采用统计学方法分析研究ENSO事件对贺州市气候的影响。结果表明,El Ni?o事件对贺州市年降水量、汛期降水量和暴雨日数有增多的作用,La Ni?a事件则对上述三个气候要素有减少的作用,但El Ni?o事件的增幅较La Ni?a事件的减幅稍偏大。El Ni?o事件强度与年降水量距平呈正相关关系。同样,El Ni?o年贺州市春季、冬季降水量增多,而La Ni?a年春季降水量基本持平而冬季降水量明显偏少;El Ni?o年贺州市春季、冬季和年平均气温均较多年平均偏高,且El Ni?o事件强度越强,年平均、春季平均气温和冬季平均气温偏高幅度越大;La Ni?a年贺州市年平均气温则偏低,尤其春季、冬季的平均气温偏低更明显;ENSO事件对贺州市高温天气日数存在一定的抑制效应。     

ENSO事件对川西高原区的气候影响

根据1951-2010年川西高原区7个气象站降水资料和气温资料以及60 a间发生的厄尔尼诺(El Ni?o)/拉尼娜(La Ni?a)事件,分析降水量、气温与El Ni?o /La Ni?a事件之间的关系,研究El Ni?o/La Ni?a事件对川西高原区气候的影响。结果表明：1951年以来川西高原区年降水量变化不大,呈现微弱的增加趋势,El Ni?o/La Ni?a 事件的发生对川西高原区年平均降水量有影响,El Ni?o事件影响下的年平均降水量减少,La Ni?a事件影响下的年平均降水量增加;El Ni?o年降水量低于正常年降水量39.14 mm,拉尼娜年降水量高于正常年降水量22.56 mm。1951年以来川西高原区年平均气温呈现微弱的波动上升趋势,川西高原区年平均气温与ENSO事件等级之间的相关性不显著。     

东亚冬季风对ENSO事件的响应特征

基于美国NOAA在ENSO诊断分析中使用的海洋Ni?o指数 （Oceanic Ni?o Index, 简称ONI）,将1950～2005年冬季分成强El Ni?o、强La Ni?a、弱El Ni?o、弱La Ni?a和没有发生ENSO事件5类,用分类合成方法研究了冬季东亚大气环流对ENSO事件的响应。结果表明,在低纬度,大气环流对ENSO事件的响应具有较明显的准线性特征,即大气对海洋暖事件与冷事件的响应大致是反位相的,对弱ENSO事件的响应与强ENSO事件相似但强度较弱。中高纬度大气环流与ENSO事件也有一定的联系,但同等强度暖事件与冷事件下大气环流距平场上的系统分布没有呈现明显的反位相,表明大气对海温异常的响应是复杂的。强El Ni?o事件时大气的响应信号显著,主要表现在东亚中高纬西风气流增强, 亚洲北部地区气温偏高,距平风场上的切变线从长江中下游向东伸展,菲律宾海距平反气旋西北侧的偏南气流和南支槽前西南气流加强,其共同作用使南海和中国东南沿海出现显著的偏南风距平;强La Nia事件时,长江中下游向东伸展的脊线不明显,中国南方至南海处于偏北风距平区,但通过统计检验的范围减小;弱El Ni?o事件时,菲律宾海距平反气旋西北侧的西南气流偏东,与南支槽前西南气流分开,使得华南和南海的偏南风距平没有强El Ni?o时显著; 弱La Ni?a事件时,西风带纬向气流减弱,亚洲北部地区气温偏低。对ONI指数与亚洲北部温度指数（NTI）的散点图的分析显示,9个强El Ni?o冬季中有8年亚洲北部温度距平偏高,7个弱El Ni?o冬季中只有1年温度偏高;8个强La Ni?a冬季有4年温度偏低,12个弱La Ni?a冬季中有11年温度偏低;亚洲强暖冬和强冷冬的发生与ENSO事件的联系不紧密。     

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。     

Structure of South Asia High in the stratosphere and influence of ENSO

The structure of the South Asia High(SAH)in the stratosphere and the influence of ENSO on the SAH are systematically investigated with the long-term ECMWF reanalysis data.The results show that the SAH only exists in low levels of the stratosphere.The maximum intensity of the High is located at around 150 hPa and there is no obvious anti-cyclonic structure above 50 hPa.The axis of the SAH center tends to be northwest slanting from lower levels to higher levels.Further analyses show that the geopotential height and temperature fields of the SAH have dramatic anomalies during El Ni?o years and La Ni?a years. Corresponding to the ENSO,the SAH is weaker(stronger)at the warm(cold)phase.     

用南亚高压和西太副高的周期关系做多雨时段的预报研究

对１００ｈＰａ南亚高压的振荡指数及５００ｈＰａ西太平洋副高的强度指数、西进指数进行了谱分析,着重考察了５天到一个月的振荡周期。通过分析得出,南亚高压的显著周期主要是准两周周期,西太平洋副高的显著周期主要是准一周周期,其次是准 两周周期;在多数情况下,南亚高压东进比西太平洋副高西伸加强提前１￣２天;南亚高压的显著周期与西太平洋副高的显著周期叠加时,陕西地区可出现多雨时段。     

南亚高压的东西偏向对亚洲季风区对流层顶附近水汽分布的影响

基于1958~2002年欧洲中期数值预报中心（ECMWF）提供的ERA-40再分析资料和美国气象环境预报中心/美国国家大气研究中心提供的NCEP/NCAR再分析资料研究了夏季南亚高压的东西偏向与亚洲季风区对流层顶附近水汽输送之间的关系。结果表明:（1）南亚高压的东西偏向对上对流层200 hPa水汽高值中心的位置影响较小,主要影响其强度,对100 hPa水汽高值中心的位置和强度有着较强的影响,而对平流层下部70 hPa的水汽分布几乎没有影响。（2）南亚高压偏东年,高原上空和高原南部的垂直上升运动较强,在西风急流的共同作用下可将低层丰富的水汽向上输送,使200 hPa和100 hPa的水汽高值中心位于高原上空,而100 hPa南亚高压范围内偏北风和偏东风增强,在水平输送的作用下使高值中心周围水汽的分布形态与高压中心的分布形态一致。（3）南亚高压偏西年,沿着高原西部的地形抬升作用比高原上空的对流上升运动更强,西风急流北移,对流层顶附近在60°E~80°E范围内形成气旋式环流,因此水汽高值中心向西偏移到伊朗高原。（4）南亚高压范围内200 hPa的温度异常分布与水汽的异常分布一致,暖中心有利于高水汽的生成。而100 hPa的温度异常分布与水汽异常分布相反,暖中心对应异常偏低的水汽,说明南亚高压范围内下平流层的水汽分布受环流场和温度场共同作用的影响。该研究对理解南亚高压东西偏向机制及提高亚洲气候预测有一定的参考意义。     

100hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化

利用NCEP／NCAR再分析资料，分析了中低纬地区100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化，并与南亚高压的相应变化进行对比分析。结果表明，100hPa高压环流中心有明显的季节分布特征，其中心经度的主频区与100hPa南亚高压中心经度的主频区位置较为一致。南亚高压和东风气流的部分特征参数有明显的年际和年代际变化。南亚高压参数有明显的10年和大于20年的振荡周期。东风气流的面积有2～5年的振荡周期，其强度则有4年和15年的振荡周期。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。     

夏季南亚高压与邻近上对流层下平流层区水汽变化的联系

利用1979-2015年ERA-interim月平均再分析资料,分析了夏季南亚高压（SAH）与邻近上对流层下平流层（UTLS）区水汽空间分布特征,讨论了二者的相关关系和因果联系。结果表明:（1）在对流层上层,水汽大值区位于南亚高压的东南侧,并随高度升高向西北倾斜到100 hPa,水汽大值中心基本位于南亚高压中心附近。（2）南亚高压偏强（弱）时,南亚高压东部UTLS区水汽显著偏多（少）,而南亚高压西北部水汽异常不显著。（3）南亚高压偏强（弱）时南亚高压中部UTLS区水汽偏多（少）可能与南亚高压对水汽的抽吸和对水汽输送屏障有关。（4）而南亚高压东南侧UTLS区水汽偏多（少）时南亚高压偏强（弱）可能与深对流输送的水汽潜热释放有关。      

华南前汛期持续暴雨环流分型初步研究

采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和台站观测降水量资料,按一定标准选取了华南前汛期24个持续暴雨过程;并且按基本判据确定逐年华南夏季风降水开始日期。然后依据南亚高压环流型和相对于该年夏季风降水开始的早晚,将这些暴雨过程划分为夏季风降水前、后南亚高压东部型,夏季风降水后南亚高压带状、西部型共4个类型;其中,夏季风后南亚高压西部型次数最多、平均持续时间最长。所有类型持续暴雨的相同点是:广东东北部附近均为暴雨频率和雨量高值区;暴雨期间华南150 h Pa位势高度增加、500 h Pa位势高度减少;华南处在150 h Pa偏西风急流南侧辐散区中;850 h Pa华南沿海有明显的西南气流,低层辐合在华南东北部最明显;两广沿海为可降水量大值区;华南的整层水汽输送主要呈现西南向。不同点是:夏季风后南亚高压西部型平均雨量较小,夏季风后南亚高压带状型与西部型在印度洋上存在明显的偏东风高空急流;夏季风后南亚高压类型在两广沿海的可降水量数值较大。     

ANALYSIS OF EFFECT OF ENVIRONMENTAL POTENTIAL VORTICITY LOCATED AT SOUTH EDGE OF SOUTH ASIA HIGH ON INTENSIFICATION OF TROPICAL CYCLONES

The NCEP 1°×1°reanalysis of June-to-September dataset between 2002 to 2009 is used in this study to conduct statistical analysis of the relationship between the environmental potential vorticity(PV)on 150 hPa located at the south edge of South Asia High(SAH)and TCs making landfall.The results show that 23 of the TCs are affected by the PV on 150 hPa located at the south edge of SAH between 2002 to2009,and three TCs'center pressure decline after the high-value environmental PV moves to the center of the TCs.These three TCs are Senlaku(0216),Bilis(0604)and Linfa(0903).Through diagnostic analysis from the viewpoint of isolines,we determined the relationship between the intensification of these TCs and the PV anomaly at high levels;the isentropic surface is close to the high level’s PV anomaly under the influence of the 150-hPa PV anomaly,leading to the decline of isentropic surfaces on both sides of the PV anomaly.Then the warm core of the middle and high levels of the TC strengthens and PV increases at the middle level,and both of them are beneficial to the reinforcement of the cyclonic vorticity in the low level.As a result,the center pressure of the TC declines.According to Wu’s theory of Slantwise Vorticity Development(SVD),the incline of the isentropic surfaces leads to the development of vertical vorticity,contributing to the vertical motion and the release of the latent heat.Then the warm core of the TC strengthens and the TC strengthens,too.Otherwise,piecewise PV inversion also shows that the high-level PV influences the mid-level more than the low level.     

两类极区平流层异常增温的特征及其与850hPa温度的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,将冬季极区平流层增温分为两种类型:Ⅰ型和Ⅱ型,并分析了两种类型增温的特征、机制及其与850hPa温度的关系。结果表明,波动强迫的强度和对流层的热量能否向上到达平流层是决定两类平流层异常增温的两个主要因素。Ⅰ型平流层增温期间,对流层也表现出了明显的增温特征,850hPa与平流层温度距平场呈现相当正压结构,极区和中纬度异常表现为反位相的振荡,呈现典型的北极涛动的特征;Ⅱ型平流层异常增温期间,增温异常仅局限在平流层范围内,平流层的中低层与高层呈现反位相的距平分布,850hPa温度距平场呈现无规则的分布特征。