Pacific decadal oscillation and the decadal change in the intensity of the interannual variability of the South China Sea summer monsoon

本研究表明,二十世纪南海夏季风的年际变率强度在一定程度上受到太平洋年代际振荡(PDO)的调控,PDO处于暖(冷)位相时南海夏季风的年际变率强度偏强(弱)。热带太平洋海温的年际变率强度及南海夏季风与ENSO的关系在上述调控中起到重要作用。PDO处于暖位相时,热带太平洋海温变率偏大,ENSO事件偏强,因而沃克环流及西北太平洋反气旋异常的位置和强度均发生改变,最终导致南海夏季风与热带太平洋海温的相互作用更强,南海夏季风年际变率强度增大,反之亦然。     

南海夏季风变化及其与全球大气和海温的关系

本文分析了1948～2006年南海夏季风的年际变化, 讨论了南海夏季风与全球气象要素场如环流、相对湿度、海表温度 (SST) 等的关系。结果表明: 南海夏季风与全球各物理量之间有较好的大范围统计相关。选出了10个强南海夏季风年, 8个弱南海夏季风年, 利用合成分析研究了季风强、 弱年的环流和SST特征及其差异, 结果表明南海夏季风强弱年各特征量之间存在显著差异。尤其表现在SST上, 强弱季风年不仅在夏季东印度洋－西太平洋区域有明显差异, 并且前期春季此区域的SST与南海夏季风有持续的显著负相关, 可以作为南海夏季风强度变化的一个预报因子。     

大气再分析资料中潜在可预报性的特征及其差异

利用1957年9月—2002年8月ECMWF和NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别讨论了冬季和夏季SLP(sea level pressure,海平面气压)、500hPa高度、200hPa纬向风和850hPa经向风年际变率的潜在可预报性特征。结果表明:热带地区的潜在可预报性较高,尤其是赤道中东太平洋地区,而中高纬地区的潜在可预报性则较低。比较两套资料潜在可预报性的异同后发现:南半球的差异均明显大于北半球,特别是南极地区;低层变量的差异均大于中高层变量;东亚大陆在冬、夏季均具有一定的潜在可预报性;冬季各变量均表现出东亚冬季风具有较高的年际变率潜在可预报性,且两套资料的差异较小;500hPa位势高度表现的东亚夏季风潜在可预报性在两套资料中较一致,而低层变量(SLP和850hPa经向风)表现的东亚夏季风年际变率潜在可预报性在两套资料中存在较大差异。     

北大西洋多年代际振荡（AMO）对南海夏季风撤退年代际变率的影响及可能机理

基于美国国家海洋和大气管理局（NOAA）物理科学实验室（PSL）和科罗拉多大学环境科学研究所（CIRES）重建的NOAA-CIRES 20th再分析数据和国际综合海洋大气数据集（ICOADS）的全球月海表温度数据（ERSST）,并结合数值试验分析了南海夏季风撤退的年代际变率特征及北大西洋多年代际振荡（AMO）对其产生的影响。结果表明,南海夏季风撤退时间具有明显的年代际变率,南海夏季风撤退偏晚（早）年代中国南海及其附近区域上空有显著的气旋性（反气旋性）环流异常,降水偏多（少）。进一步研究发现,AMO与南海夏季风撤退年代际变率呈显著正相关,即AMO为正位相时,南海夏季风撤退偏晚;AMO为负位相时,南海夏季风撤退偏早。北大西洋海温升高（即AMO位于正位相）,从海洋释放更多的热通量到大气,导致北大西洋上空对流层的对流活动明显增强,通过海-气相互作用激发北大西洋上空的波活动异常,进而影响与东北亚关键区域大气环流变化密切相关的中纬度欧亚遥相关波列的形成和传播,引起东北亚关键区的正位势高度异常和明显的下沉运动,并在其对流层低层产生辐散运动,能量伴随着偏北的辐散风气流传播至中国南海及邻近区域辐合上升,进一步加强了南海区域的气旋性环流异常,使得南海夏季风撤退偏晚。AMO负位相时,异常情况与之大致相反,使得南海夏季风撤退偏早。      

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

Relationship over southern China between the summer rainfall induced by tropical cyclones and that by monsoon

本文分析华南夏季风降水(P_(SM))与热带气旋降水(P_(TC))在年际和年代际尺度上的物理联系,结果表明:在年际变化上,华南P_(SM)与P_(TC)呈显著负相关。南海-西北太平洋的气旋性涡度和相对湿度增加以及垂直风切变减弱,有利于更多的热带气旋生成,从而使得华南P_(TC)增加。同时异常增暖的赤道中太平洋SST和异常偏冷的北印度洋SST会激发南海-西太平洋异常气旋,加之中国东部-日本异常反气旋的作用,使得华南P_(SM)减少。在年代际尺度上,华南P_(SM)与P_(TC)呈显著正相关,在1990s初华南P_(SM)与P_(TC)明显增加。其中,南海生成的热带气旋对华南P_(TC)年代际增多有重要贡献。前期冬春季西太平洋持续异常偏暖的SST会通过垂直环流的作用引起热带印度洋SST增暖并持续到夏季,之后偏暖的热带印度洋SST又反馈作用于西北太平洋异常反气旋,使得华南P_(SM)增加。1990s初南海夏季风爆发年代际偏早,促使华南上空的大气显热源从5月持续增加至夏季,从而有助于东亚副热带夏季风的增强和华南P_(SM)增加。     

热带西北太平洋10~30 d振荡对南海夏季风影响

采用1958—2011年NCEP/NCAR再分析资料以及ERSST海温资料,分析热带西太平洋夏季对流10~30 d振荡对南海夏季风的影响。在年际变化尺度上,热带西北太平洋夏季10~30 d振荡强度指数 (TWPI) 与南海夏季风强度有很好的正相关关系。在TWPI增强年份,海温主要呈El Ni?o分布,南海周边区域增强的异常西风产生强的正涡度切变,导致异常气旋性环流,为季风槽的增强提供了热量和水汽,从而增强南海夏季风强度。反之,在TWPI减弱年份,海温主要呈La Ni?a分布,南海夏季风强度减弱。在不同的年代际背景下,垂直切变和水汽-对流的总体变化是影响TWPI总体变化的重要因子,但不能影响南海夏季风强度的总体变化。海陆热力对比的总体变化是导致南海夏季风强度总体变化的主要影响因素。     

南海夏季风强度年代际变化基本特征

利用美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心 (NCEP/NCAR) 的再分析资料, 通过合成分析、对比分析等方法, 对南海夏季风的年代际变化的划分、不同年代际阶段平均场的差异及其成因进行研究。分析表明:南海夏季风强度具有显著的年代际变化特征, 在20世纪70年代末出现了年代际时间尺度的转折, 可将其分成两个阶段, 1960—1976年 (简称第一阶段) 和1980—1998年 (简称第二阶段), 第二阶段与第一阶段相比, 南海地区夏季西南风强度显著减弱, 年际变化的方差显著变大, 变化周期变短, 但是南海中南部地区的上升运动却有所加强。夏季, 从低层到对流层高层, 中国大陆上空的气温显著降低, 海洋上空的气温有所升高, 在热力作用下, 导致大陆中低层位势高度增加比海洋上大, 形成大陆地区反气旋性环流加强, 从而减弱了南海中北部地区的西南风。从辐散风场来看, 赤道东太平洋地区海温显著增加可能对南海中南部地区上升运动的加强起着重要的作用。     

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

吉林省夏季降水量潜在可预报性估计

短期气候预测的主要对象是气温和降水的月、季平均量和总量,需要做预报是因为它们有年际变率,但是年际变率究竟有多少是可以被预报出来的呢？通常情况下将总的年际变率划分为主要来源于大气下边界条件持续性外源强迫引起的可预报成分和由于大气内部不稳定性产生的日际天气振荡引起的不可预报成分,前者称气候信号,后者称气候噪声,我们用两个成分的方差之比给出潜在可预报性的测度。本文用低频白噪声延伸法估计了吉林省夏季（6～8月）降水量潜在可预报的气候信号方差和天气噪声方差。结果表明,我省各地均存在潜在可预报性信号。以绝对误差小于均方差0．68倍做为预报正确的标准,我省70%的站预报正确率上限达60％以上。     

热带印度洋春季海表温度异常与南海夏季风强度变化的关系

利用50年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋春季海温异常对南海夏季风强度变化的影响。结果表明:1)热带印度洋春季海表温度距平(SSTA)的模态主要是全区一致型(USBM)和热带南印度洋偶极型(SIODM),USBM模态既有年际时间尺度的变化特征,又有年际以上时间尺度的变化特征,既包含有对冬季ENSO信号响应的变化特征,又有独立于ENSO的变化特征;SIODM模态主要表现为独立于ENSO的年际时间尺度变化。2)USBM模态与南海夏季风强度变化呈显著负相关关系,且二者都是对冬季ENSO信号的响应,USBM模态的年际变化不能独立于ENSO信号影响南海夏季风的强度变化。3)经(1~8年)带通滤波及去除ENSO信号的热带印度洋春季SSTA的SIODM型分布是影响南海夏季风强度变化的主要模态,表现为热带东南印度洋为负(正)、其他海区为正(负)时,南海夏季风强度增强(减弱),大气环流对热带东南印度洋SSTA热力作用的响应是造成这一关系的直接原因,SIODM型的SSTA分布与南海夏季风年际异常关系在热带印度洋长期变化趋势的暖位相期显著,在长期变化趋势的冷位相期不显著。     

南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系 II.机理分析

通过区分ENSO外部影响和偶极子内部局地作用,探讨了前期春季的印度洋海温异常对南海夏季风建立早晚的可能影响途径。结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)的情况下,全区一致型的海温分布主要通过影响热带印度洋上空纬向季风环流的强弱来影响南海夏季风建立的早晚。去除ENSO信号后,非ENSO全区一致型的海温分布则主要通过影响低层东西向的气压差异和对流层中上层的南北温度梯度的逆转,进而对南海夏季风建立的早晚产生影响;而南印度洋偶极子(SIODM)型的海温分布则主要通过影响亚洲大陆热低压、西太平洋副热带高压和高低层的辐合辐散运动影响南海夏季风的建立。     

The Potential Predictability of the South China Sea Summer Monsoon in a Dynamical Seasonal Prediction System

The potential predictability of climatological mean circulation and the interannual variation of the South China Sea summer monsoon (SCSSM) were investigated using hindcast results from the Institute of Atmospheric Physics Dynamical Seasonal Prediction System (IAP DCP),along with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data from the period of 1980-2000.The large-scale characteristics of the SCSSM monthly and seasonal mean low-level circulation have been well reproduced by IAP DCP,especially for the zonal wind at 850 hPa;furthermore,the hindcast variability also agrees quite well with observations.By introducing the South China Sea summer monsoon index,the potential predictability of IAP DCP for the intensity of the SCSSM has been evaluated.IAP DCP showed skill in predicting the interannual variation of SCSSM intensity.The result is highly encouraging;the correlation between the hindcasted and observed SCSSM Index was 0.58,which passes the 95% significance test.The result for the seasonal mean June-July-August SCSSM Index was better than that for the monthly mean,suggesting that seasonal forecasts are more reliable than monthly forecasts.     

南海夏季风爆发与大气对流低频振荡的年际变化

根据1980～1991年云顶黑体温度（TBB）相位和强度的变化确定了南海夏季风爆发的时间,分析研究了夏季风爆发期间TBB场和850hPa风场的变化过程及其与海温的关系。结果表明:南海夏季风爆发平均时间是5月第4候,它爆发的时间和强度有显著的年际变化,并与大气的低频振荡及前期海洋的热力状况有密切关系。南海夏季风爆发早年（4月第6候）,副热带高压较弱,撤离南海较快,从赤道东印度洋到赤道西太平洋,大气对流活动较强,夏季风爆发南海早于孟加拉湾,季风爆发时90～100°E区域过赤道气流显著加强。夏季风爆发晚年（6月第1候）情况相反。南海夏季风爆发早晚与大气30～60天振荡到达南海的位相有关,前冬和早春南海海温的高低和4月中旬至5月中南半岛强对流区的出现时间,是南海夏季风爆发年际变化的前期征兆。根据前冬南海海温预测1998年南海夏季风爆发的时间和强度与实际相符。     

Roles of the tropical convective activities over different regions in the earlier onset of the South China Sea summer monsoon after 1993

The South China Sea summer monsoon (SCSSM) onset experiences evidently an interdecadal change around mid-1990s. Generally, the SCSSM broke out half a month earlier during 1994–2010 than IN 1978–1993. Possible causes are analyzed in this study. The results suggest that the earlier onset of the SCSSM is due to earlier retreat of the subtropical high (STH) over the western Pacific, which is closely related to enhanced intraseasonal oscillations of tropical convections. The enhanced convective activities can be found in three regions: the eastern tropical Indian Ocean (TIO), the equatorial SCS-Kalimantan (ESK) and the tropical western Pacific (TWP). Both convections in the TIO and the ESK are greatly influenced by the interaction of the westerly wind from the TIO and the easterly wind from the TWP. The convections in the TIO are never found to propagate to the east of 100°E, while those in the ESK are usually quite weak and not great help to the SCSSM onset. Our results suggest that the earlier retreat of the STH is mainly caused by the enhanced convections in the TWP, while the later may be the consequence of warming over the TWP on the interdecadal timescale. Therefore, the La Niña-like interdecadal change of the sea surface temperature (SST) in the Pacific is likely to be responsible for the interdecadal advance of the SCSSM onset.     

THE RELATIONSHIP BETWEEN SOUTH CHINA SEA SOUTHWEST MONSOON ANOMALIES AND IMPORTANT WEATHER IN GUANGDONG PROVINCE DURING THE RAINING SEASONS

The activity of South China Sea southwest monsoon (SCSSM) has direct impacts on the anomalies of important weather in Guangdong province during the raining seasons. So it is necessary to explore thoroughly the activity pattern of SCSSM and its relationship with important weather anomalies in the province. In this paper, the methods of composite analysis and correlation statistics are used to study the relationship between the onset date and intensity of SCSSM and the important weather, such as precipitation trends in Guangdong province during the annually first and second raining seasons, the timing of the annually first and last typhoon and the number of typhoons landing in Guangdong province. The results show that the rainfall is less than normal during the first raining season, but more than normal during the second one and there are more tropical cyclones landing in Guangdong province in the years of early SCSSM onset. The rainfall is more than normal during the second raining season and there are more tropical cyclones landing in Guangdong province in the years of strong SCSSM. The relationship between the SST of April - June, July - September and previous winter (December - February) and 500 hPa geopotential height and the onset date and intensity of SCSSM is analyzed. Some mechanisms between the onset dates and intensity of SCSSM and the important weather anomalies in Guangdong province are preliminarily explored. The results can be used for reference in short-term climate forecast.     

Equatorial pacific SSTA-related decadal variations of potential predictability of ENSO and interannual climate

Summary Based on analysis of NCEP reanalysis data and SST indices of the recent 50 years, decadal changes of the potential predictability of ENSO and interannual climate anomalies were investigated. Autocorrelation of Nino3 SST anomalies (SSTA) and correlation between atmospheric anomalies fields and Nino3 SSTA exhibit obvious variation in different decades, which indicates that Nino3 SSTA-related potential predictability of ENSO and interannual climate anomalies has significant decadal changes. Time around 1977 is not only a shift point of climate on the interdecadal time scale but also a catastrophe point of potential predictability of ENSO and interannual climate. As a whole, ENSO and the PNA pattern in boreal winter are more predictable in 1980s than in 1960s and 1970s, while the Nino3 SSTA-related potential predictability of the Indian monsoon and the East Asian Monsoon is lower in 1980s than in 1960s and 1970s. Received October 19, 1999 Revised December 30, 1999     

Non-stationarity of the signal and noise characteristics of seasonal precipitation anomalies

In order to improve seasonal-to-interannual precipitation forecasts and their application by decision makers, there is a clear need to understand when, where, and to what extent seasonal precipitation anomalies are driven by potentially predictable surface–atmosphere interactions versus to chaotic interannual atmospheric dynamics. Using a simple Monte Carlo approach, interannual variability and linear trends in the SST-forced signal and potential predictability of boreal winter precipitation anomalies is examined in an ensemble of twentieth century AGCM simulations. Signal and potential predictability are shown to be non-stationary over more than 80% of the globe, while chaotic noise is shown to be stationary over most of the globe. Correlation analysis with respect to magnitudes of the four leading modes of global SST variability suggests that interannual variability and trends in signal and potential predictability over 35% of the globe is associated with ENSO-related SST variability; signal and potential predictability are not significantly associated with SST modes characterized by a global SST trend, North Atlantic SST variability, and North Pacific SST variability, respectively. Results suggest that mechanisms other than SST variability contribute to the non-stationarity of signal and noise characteristics of hydroclimatic variability over mid- and high-latitude regions.