北太平洋区域浅层海温与海平面气压场年代际异常关系的分析

用奇异值分解(SVD)方法，研究了北太平洋区域1、7月浅层海温(ST)异常与同期海平面气压(SLP)异常场的关系。结果表明：(1)统计显著的主要是第一模态，且1月的0—80m层、7月的20—120m的上层ST与SLP′，第一模态层际差异很小；(2)年代际变化是该区域海气相互作用的主要时域特征，“突变”发生在1970年代后半期，1月的年代际变化早于7月的1—2年；(3)合成分析表明，年代际变化的环流实质是北太平洋中部前期(1970年代中叶以前)ST持续偏高，相应1(7)月阿留申低压(北太平洋副高)偏弱、位置偏西(变化不明显)，而东亚冬(夏)季风偏弱，反之亦然。     

全球海气系统年际和年代际变化的时空特征分析

本文利用从1950－1998年共计49年的马里兰（Maryland）大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料，分析了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征，结果表明：1）全球上层海洋年际变化的主要模态是位于热带太平洋的ENSO模态，海洋年代际变化的最显著区域为南半球高纬度及中纬度海洋特别是赤道以外区域的热带东太平洋和大西洋；2）全球大气年际和年代际变化都主要位于中高纬度地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生热带海洋上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前者主要表现为大气的内部（浑沌）变化，而后者主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在70年代前后，均一致性地经历了一次跃变，其结果是导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸、及非洲西海岸等海域海表面温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部和格陵兰岛区域气温具有变冷的趋势，而南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

热带太平洋海气系统内部联系的年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料以及英国CRU提供的南方涛动指数，分析了热带太平洋区域海气系统内部联系的年代际变化特征。结果表明：热带太平洋地区海气年际变化间的相关关系具有显著的年代际变迁；最近50a中，西太平洋地区海温变化与南方涛动的联系存在更为明显的年代际变化，且在IWP与ISO相关关系微弱时，在西太平洋赤道北侧对流层低层，西太平洋海温较暖（冷）时存在反气旋（气旋）环流。这样的高海温-反气旋系统与ENSO时期典型的低海温-反气旋的系统相反，其动力学作用将不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的密切联系。     

热带风场季内振荡强度与海表温度异常关系研究

利用NCEP/NCAR逐日风场及英国气象局逐月海表温度资料,研究了对流层高低层风场季内振荡强度季节变化特征,探讨了其年际及年代际异常特征与海表温度异常的关系。热带印度洋、热带西太平洋是高低层风场季内振荡终年均活跃的区域。对流层高低层风场季内振荡强度异常与海表温度异常均不存在确定的局地关系。风场季内振荡能量异常与海表温度异常在年代际尺度上具有良好对应关系,20世纪70年代中后期以来,赤道东太平洋海温异常升高,Walker环流减弱,导致亚洲区域季风季内振荡强度减弱,赤道太平洋区域200hPa（850hPa）风场季内振荡在赤道东太平洋增强（减弱）,在印度洋东南部—印尼—中西太平洋的暖池区域减弱（增强）,促进了ElNino事件的增强。对流层高低层风场季内振荡强度年际异常与ElNino事件关系密切,这一特征在低层（850hPa）风场表现更显著。在事件发展初期,热带中西太平洋区域850hPa风场季内振荡异常增强并东移,事件发生之后这些区域能量减弱。大气季内振荡可能是ElNino事件的激发因素。     

月平均位势高度场异常持续性初步分析

使用NCEP/NCAR的500hPa月平均位势高度场球函数展开系统资料，分析了北、南半球1、7月具有较大年际异常方差贡献的5种低阶球函数（全波数n=0-4)分量振幅异常的持续性，以及它们与热带太平洋海表温度年际异常的关系。结果表明：振幅异常的持续性随n增大迅速减小，明显的持续性只存在于少数低n值超长波分量；均匀球函数分量振幅异常的持续性显著，且存在季节、半球际差异；北、南半球均匀球函数分量（n=0)振幅异常呈准同步变化，它们与热带太平洋SSTA在ENSO尺度上准同步；南半球n=2的带型球函数分量振幅异常也具有较强的持续性，且其变化与热带太平洋SSTA在年代际尺度上准同步。     

广东热带气旋降水年代际变化特征的分析

采用1951—2005年热带气旋和广东省26个测站降水的观测资料,分析了广东热带气旋及其降水的年代际变化特征。结果表明:广东热带气旋降水存在峰值为25年左右的振荡周期,影响广东的热带气旋个数和西北太平洋上热带气旋的形成个数都存在峰值为23年左右的振荡周期;广东热带气旋降水的年代际变化与影响广东的热带气旋个数和西北太平洋上热带气旋的形成个数存在高度正相关;广东热带气旋降水的年代际变化与西太平洋部分区域的年平均SST的年代际变化和北太平洋中高纬部分地区的年平均500 hPa位势高度的年代际变化存在显著的负相关;广东热带气旋降水偏少时期与降水偏多时期相比,一般赤道中、东太平洋的平均SST相对较高,而北太平洋中纬度地区的平均SST相对较低,北太平洋上的东亚大槽相对较强。     

CMIP5耦合模式对太平洋年代际振荡的模拟与预估

利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）40个模式的模拟资料和分类集合的方法,评估了耦合模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）特征的模拟能力。结果表明,CMIP5多数模式对PDO周期有着较好的刻画能力,能模拟出PDO的年代际变化周期。模式对PDO模态空间特征的模拟能力存在较大差异,小部分模式模拟效果较差。进一步的分析表明,对PDO模态模拟较好的第1类模式,能较好地再现热带太平洋与北太平洋海表温度异常（SSTA）年代际变化间的关系,而且热带太平洋SSTA通过大气遥相关影响北太平样海表温度的过程也模拟的较成功。对PDO模态模拟差的模式,不能合理模拟出热带太平洋SSTA对北太平洋海表温度影响的遥相关过程。以上研究也证实了热带太平洋地区海表温度的年代际变率对北太平洋海表温度年代际变率的重要影响,热带太平洋SSTA对北太平洋SSTA的影响是通过大气遥相关实现的。利用CMIP5中等排放情景模拟结果,分析了第1类模式预估的北太平洋年代际变率的特征,发现21世纪北太平洋年代际变率的主要模态为一致的正异常分布且呈现明显的上升趋势,第二模态则表现为类似于20世纪典型PDO的马蹄型SSTA分布。     

北太平洋浅层海温时空特征及区域海气相互作用的诊断分析

采用EOF(Empirical Orthogonal Function)、SVD(Singular Value Decompo—sition)、相似、相关以及合成分析等方法,探讨了北太平洋浅层海温(ST)层际间时空结构的差异,据此对浅层海温场进行分层,并研究其与海平面气压场的相互作用。结果表明：北太平洋浅层海温距平场第1模态及其时间系数基本上反映了该海区浅层海温场的时空特征。1月浅层海温场可划分为两层,7月可划分为4层,说明7月的浅层海温分布较1月复杂。海气相互作用的主要时域特征为明显的年代际变化,正负值转变主要发生在中后期。海气相互作用分析表明,当北太平洋中部ST持续偏高时,相应的1(7)月阿留中低压(北太平洋副高)偏弱,位置偏西,其西侧冬(夏)季风偏弱;反之亦然。     

热带西太平洋热状况年代际和年际变化特征分析

采用谐波分析和EOF分析方法,对比研究了暖池区域表层热状况(海表温度距平SST'表征)和浅层热状况(热含量距平HS'和次表层海温距平ST'表征)在1月和7月的年代际、年际尺度时空特征.分析结果表明:⑴不同季节的年代际、年际尺度SST'和HS'都存在两个显著模态,HS'1月的年代际、年际尺度结构最简单,而SST'7月的年代际和1月年际结构最复杂;⑵ 1970年代末和1980年代初发生的年代际跃变HS'晚于SST', 且SST'(HS')呈增温(减少)趋势;⑶ HS'的年际异常与ENSO关系密切,而SST'与ENSO关系不显著.     

夏季西北太平洋热带气旋生成频次与热带海温关系的年代际变化

探讨了夏季(6—8月)西北太平洋(Western North Pacific,WNP)热带气旋生成频次(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)与热带海温关系的年代际变化,发现影响WNP TCGF的热带海温型在1991/1992年发生了年代际变化。在1990年代初之前,TCGF正异常对应的热带海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)呈现东部型La Ni?a衰减位相,前冬至春季WNP局地暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,夏季时由热带印度洋冷SSTA继续维持。在1990年代初之后,TCGF正异常对应的热带SSTA呈现东部型La Ni?a向中部型El Ni?o快速转换的位相,夏季中太平洋暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,同时热带东印度洋至海洋性大陆以及热带大西洋的冷SSTA通过垂直环流圈加强中太平洋的辐合上升运动,进一步维持其西北侧气旋异常。由于激发气旋异常的暖SSTA在第二个年代相较第一个年代明显偏南偏东,气旋异常和TCGF正异常在第二个年代也整体偏南且向东扩展至更远的区域。WNP TCGF与热带海温关系的年代际变化与1990年代初之后厄尔尼诺-南方涛动演变速率加快有关。      

INTERDECADAL AND INTERANNUAL VARIABILITIES OF AIR AND SEA AND THEIR RELATIONS OVER THE PACIFIC*

Regional differences and relations of the atmospheric and oceanic interdecadal and interannual variability in the Pacific are addressed in terms of period analysis and singular value decomposition(SVD) method.Results show that the interdecadal anomalies are more significant in the North Pacific(NP) than in the tropical Pacific(TP),and the interannual anomalies in the TP than in the NP in the variance of air-sea anomalies:the interdecadally variational character of a surface(shallow) layer sea and air is unanimous in the same season and region,and the transition of a high mode to a low one both occurred at the end of 1970s and the beginning of 1980s,with an exception for July in the NP,which is related to the stability of the stratification of sub-surface layer sea temperature:the interannual scale air-sea anomalies are associated with ENSO,which is most typical for January,then July in the TP,followed by January in the NP,and there is no visible relationships for July in the NP.     

The Oscillation between Tropical Indian Ocean and North Pacific:Evidence and Possible Impact on Winter Climate in China

This paper provides evidence that the variation of boreal winter sea level pressure (SLP) over the North Pacific is out-of-phase with SLP fluctuation over the tropical Indian Ocean on both the interdecadal and interannual time scales.Subsequently,a SLP between tropical Indian Ocean and North Pacific (TIO-NP) oscillation index is defined to indicate the variation of such out-of-phase fluctuation.Moreover,the simultaneous surface air temperature and precipitation anomalies in China are closely related to TIO-NP oscillations.Below-normal surface air temperature anomalies in the northern and the eastern part of China,and less rainfall in southern China,correspond to positive TIO-NP oscillation phase with negative SLP anomalies in tropical Indian Ocean and positive anomalies in North Pacific.The TIO-NP oscillation affects China’s winter climate anomalies,possibly through modulating the northeast East Asia winter monsoon.     

ROLE OF EQUATORIAL PACIFIC OCEAN SUBSURFACE OCEANIC TEMPERATURE MODE IN ENSO CYCLE

Based on the simple ocean data assimilation (SODA) reanalysis dataset from the University of Maryland and the method of Empirical Orthogonal Functions (EOF), the characteristics of interannual and interdecadal variabilities of the equatorial Pacific subsurface oceanic temperature anomaly (SOTA) are captured. The first and second modes of the equatorial Pacific SOTA in the interannual and interdecadal variations are found respectively and the effect of the second mode on the ENSO cycle is discussed. Results show that the first mode of SOTA’s interannual and interdecadal variabilities exhibit a dipole pattern, indicating that the warm and cold temperature anomalies appear simultaneously in the equatorial subsurface Pacific. The second mode shows coherent large-scale temperature anomalies in the equatorial subsurface Pacific, which is a dominant mode in the evolution of ENSO cycle. The temporal series of the second mode has a significant lead correlation with the Ni?o-3.4 index, which can make a precursory prediction signal for ENSO. The function of this prediction factor in SOTA is verified by composite and case analyses.     

1月份两类ENSO的海气环流模态分析

本文对1950～2001年1月份的大气风场和大洋流场做了联合复EOF（Empirical Orthogonal Function）分解,用以探讨1月份两类ENSO（El Ni?o-Southern Oscillation）的海气环流及耦合情况,所得结果主要有:该分解第1、2模态空间场分别相应于东部型、中部型ENSO,前者在赤道太平洋东部和中部都有海温动力异常,并以东部异常最强,后者仅在中部存在此异常,两模态的时间系数都与ENSO有很好相关,为此第1、2模态可分别称为东部型、中部型ENSO的风场流场（异常）模态。东部型ENSO模态具有3～6年的年际变化和13～14年的年代际变化,中部型则有明显的7年年际变化和12、17年的年代际变化,两者中约13年的周期与冬季北太平洋NPGO（North Pacific Gyre Oscillation）的周期相同。东、中部型El Ni?o期间,沃克环流上升支分别从印尼东移至赤道西、中太平洋,并有所减弱;南、北支哈得莱环流则分别位于日界线以东及该线附近,且均有所加强,从而使南、北太平洋副热带高压偏强;而在5°S的南美沿岸则分别有垂直运动上升和下沉异常。在海气耦合上,两类ENSO模态在赤道中太平洋均存在西风异常与海洋赤道Kelvin波和Rossby波的波包解耦合,而海温动力异常对大气的影响则都起到负反馈作用,从而有利于ENSO的维持和稳定。     

Pacific decadal oscillation and variability of the Indian summer monsoon rainfall

Recent studies have furnished evidence for interdecadal variability in the tropical Pacific Ocean. The importance of this phenomenon in causing persistent anomalies over different regions of the globe has drawn considerable attention in view of its relevance in climate assessment. Here, we examine multi-source climate records in order to identify possible signatures of this longer time scale variability on the Indian summer monsoon. The findings indicate a coherent inverse relationship between the inter-decadal fluctuations of Pacific Ocean sea surface temperature (SST) and the Indian monsoon rainfall during the last century. A warm (cold) phase of the Pacific interdecadal variability is characterized by a decrease (increase) in the monsoon rainfall and a corresponding increase (decrease) in the surface air temperature over the Indian subcontinent. This interdecadal relationship can also be confirmed from the teleconnection patterns evident from long-period sea level pressure (SLP) dataset. The SLP anomalies over South and Southeast Asia and the equatorial west Pacific are dynamically consistent in showing an out-of-phase pattern with the SLP anomalies over the tropical central-eastern Pacific. The remote influence of the Pacific interdecadal variability on the monsoon is shown to be associated with prominent signals in the tropical and southern Indian Ocean indicative of coherent inter-basin variability on decadal time scales. If indeed, the atmosphere–ocean coupling associated with the Pacific interdecadal variability is independent from that of the interannual El Niño-Southern Oscillation (ENSO), then the climate response should depend on the evolutionary characteristics of both the time scales. It is seen from our analysis that the Indian monsoon is more vulnerable to drought situations, when El Niño events occur during warm phases of the Pacific interdecadal variability. Conversely, wet monsoons are more likely to prevail, when La Niña events coincide during cold phases of the Pacific interdecadal variability.     

东亚季风系统的动力过程和准定常行星波活动的研究进展

本文系统地回顾了近几年来关于东亚季风系统的动力过程与机理方面的研究,特别是关于东亚季风系统年际和年代际变异与准定常行星波活动关系的研究。最近的许多研究表明东亚夏季风系统变异的动力过程主要与东亚／太平洋型(即EAP型)遥相关有关,利用EAP型遥相关理论不仅可以说明东亚夏季风系统各成员之间内在联系的机理,而且可以揭示热带西太平洋热力和菲律宾周围对流活动影响东亚夏季风系统季节内、年际变化及其异常的经向三极子结构的动力过程;除了EAP型遥相关外,研究还表明北半球夏季从北非到东亚的对流层上层经向风异常存在一个沿急流传播的遥相关型,它对东亚夏季风系统异常的经向三极子型分布也有重要影响。并且,最近关于东亚冬季风变异与行星波活动的关系已做出许多研究,并获得很大进展。这些研究表明:北半球冬季准定常行星波传播波导在年际和年代际变化上存在着反相振荡特征,即若“极地波导”加强,则“低纬波导”将减弱,反之亦然;准定常行星波两支波导的反相振荡与北半球环状模(NAM)的年际和年代际振荡有紧密联系,而NAM的变化通过行星波活动的异常可以导致东亚冬季风的年际和年代际变化;此外,准定常行星波活动的年际变化与东亚冬季风异常之间的关系明显地受热带平流层纬向风准两年周期振荡(QBO)的调制,进一步的研究还提出了可能的机理。最后本文还指出:2005～2007年冬季东亚冬季风的异常不仅与西伯利亚高压和阿留申低压的变异有关,而且与极涡的演变和准定常行星波活动密切相关。     

A tripole winter precipitation change pattern around the Tibetan Plateau in the late 1990s

Classical monsoon dynamics considers the winter/spring snow amount on the Tibetan Plateau (TP) as a major factor driving the East Asian summer monsoon (EASM) for its direct influence on the land–sea thermal contrast. Actually, the TP snow increased and decreased after the late 1970s and 1990s, respectively, accompanying the two major interdecadal changes in the EASM. Although studies have explored the possible mechanisms of the EASM interdecadal variations, and change in TP snow is considered as one of the major drivers, few studies have illustrated the underlying mechanisms of the interdecadal changes in the winter TP snow. This study reveals a tripole pattern of change, with decreased winter precipitation over the TP and an increase to its north and south after the late 1990s. Further analyses through numerical experiments demonstrate that the tropical Pacific SST changes in the late 1990s can robustly affect the winter TP precipitation through regulating the Walker and regional Hadley circulation. The cooling over the tropical central-eastern Pacific can enhance the Walker circulation cell over the Pacific and induce ascending motion anomalies over the Indo-Pacific region. These anomalies further drive descending motion anomalies over the TP and ascending motion anomalies to the north through regulating the regional Hadley circulation. Therefore, the positive–negative–positive winter precipitation anomalies around the TP are formed. This study improves the previously poor understanding of TP climate variation at interdecadal timescales.摘要在20世纪70年代和90年代末, 伴随着东亚夏季风的两次主要年代际变化, 高原积雪分别显著增加和减少. 尽管很多学者研究了东亚夏季风年代际变化的可能机制, 高原积雪变化也被认为是主要因素之一, 但是关于高原冬季积雪本身发生年代际变化的潜在机制尚鲜有研究. 本文揭示了20世纪90年代末高原及周边冬季降水的三极子变化特征: 高原主体上空主要为降水减少, 其南北两侧区域降水增加. 数值试验结果表明, 热带太平洋海温变化可以通过调节沃克环流和局地哈德莱环流, 对上述三极子降水变化型态产生显著影响.     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

A mechanism of interdecadal variability of tropical cyclone activity over the western North Pacific

Tropical cyclone (TC) activity in the western North Pacific (WNP) has changed interdecadally with an approximately 20-year period between 1951 and 1999. The cause and mechanism of interdecadal variability of TC frequency in the WNP is investigated using NCEP/NCAR reanalysis and the result obtained from a high-resolution coupled general circulation model (CGCM). The interdecadal variability of TC activity in the WNP correlates with long-term variations in sea surface temperatures (SSTs) in the tropical central Pacific and with those of westerly wind anomalies associated with the monsoon trough that appears over the tropical WNP during the typhoon season of July to October. The westerly wind anomalies at near 10°N show positive feedback with the SST anomalies in the central Pacific. Therefore, the interdecadal variability of TC frequency is related to long-term variations in atmosphere–ocean coupling phenomena in the tropical North Pacific. A 50-year long-run simulation using the high-resolution CGCM showed the robustness of interdecadal variability of TC frequency.