冬季热带印度洋上层流场异常模态分析

利用复经验正交函数(CEOF)分解对冬季热带印度洋海洋上层流场异常做了模态分析和结果讨论,得到以下主要结果:该流场异常前两个模态均呈现赤道俘获波形式,其异常在赤道上最大,向南北两侧迅速衰减,呈现纬向流的形态;第一、二模态的性质分别是大洋赤道波动的半波和1波形态,这表明此时赤道波动异常在大洋流场异常中占有重要地位。冬季第一模态大洋垂直运动所导致的近表层海温异常与春、秋季不同,此时在赤道印度洋呈现正—负—正的经向分布态势,这与印度洋耦极子(Indian Ocean Dipole,IOD)的不同,并是IOD在冬季衰亡的直接原因。第二模态相应的海温异常则在赤道东印度洋呈现北负南正的分布态势。第一模态与南亚冬季风异常密切有关,为印度洋冬季风环流模态。第一、二模态都有明显的年际变化和年代际变化,年际变化均为3~5年,主要的年代际变化则分别为约18、22年,此外两者还均有约13年的年代际变化。本文第一、二模态年代际变化的主周期也是冬季北太平洋和冬季热带太平洋流场异常第二、一模态的主周期。     

印度洋海气相互作用对热带夏季大气环流气候态的影响

利用分辨率较高的SINTEX-F(Scale INTeraction EXperiment-FRCGC) 海气耦合模式, 进行多组长时间积分模拟和理想试验, 分析研究热带印度洋海气耦合对夏季大气环流气候态的影响。主要结果有: (1) 热带印度洋海气相互作用使热带东印度洋产生明显的东风变化, 使热带中西太平洋赤道北部产生气旋性切变变化。 (2) 印度洋海气相互作用对大气环流气候态的影响绝大部分由于大气对海气相互作用的响应存在年际变化正负距平不对称性造成, 这种年际变化不对称性包括正偶极子与负偶极子的不对称、 海盆宽度正异常与海盆宽度负异常的不对称。 (3) 年际和季节内两种时间尺度海气相互作用对印度洋关键区大气环流平均态都有影响, 约各占60%、 40%; 季节内尺度海气相互作用对太平洋近赤道区大气环流平均态有重要影响; 年际尺度海气相互作用对太平洋赤道外地区大气环流平均态有重要影响。热带印度洋年际尺度、 季节内尺度海气相互作用对大气环流气候态的影响, 都存在年际变化以及年际变化正负距平不对称性。这两种尺度海气相互作用主要通过年际变化正负距平不对称性而对大气环流平均态产生影响。     

热带太平洋、印度洋海温异常对处于厄尔尼诺事件成熟期的东亚Hadley环流的影响

分析了热带太平洋El Nino事件和热带印度洋海盆一致的暖海温异常事件（记为暖海盆模态）与东亚Hadley环流的关系及海温异常对东亚Hadley环流的影响。结果表明：（1）东亚Hadley环流与El Nino循环的关系密切,El Nino事件从开始到消亡的不同位相期,东亚地区表现为随位相变化的异常经向垂直环流,在El Nino成熟期由异常顺时针经向环流圈转换为异常逆时针经向环流圈,意味着东亚Hadley环流圈的显著减弱。（2）冬季Nino3指数、赤道印度洋海盆一致型模态指数（IOBMI）与东亚Hadley环流指数间呈负相关关系,相关系数分别为-0.42、-0.39,远超过0.01信度的显著性检验,表明当El Nino事件和印度洋暖海盆模事件发生时,东亚Hadley环流减弱。模拟结果与诊断分析结果一致。（3）鉴于印度洋海盆模态和太平洋El Nino事件的密切联系,在考虑冬季东亚Hadley环流变化时,应考虑El Nino事件和印度洋海盆一致型海温异常事件的共同作用。数值试验结果表明两大洋的共同作用会产生更强的东亚异常逆时针经向垂直环流,使得东亚Hadley环流显著减弱。     

东亚冬季风及其影响的进一步研究Ⅰ.东亚冬季风变化及异常的特征

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的大气环流系统,其活动有重要影响,其向南爆发可以越过赤道对澳大利亚夏季风起作用。但相对夏季风,人们对东亚冬季风的研究一直较少。作者首先利用Hadley中心近百年的北半球海平面气压场资料,改进提出了一个能更好表征东亚冬季风强度的指数,进一步分析研究了东亚冬季风的年际和年代际变化及其异常特征。其结果表明,东亚冬季风不仅存在着明显的年际变化,主要有准两年的振荡周期和5~7年左右的周期,还存在周期为25~30年左右以及周期为十几年的年代际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析的方法,还系统研究了东亚冬季风异常时的大气环流特征。对比分析表明,对应强、弱东亚冬季风,大尺度环流系统(蒙古高压、阿留申低压、500 hPa位势高度场等)的变化特征基本上呈反相分布;并且在强、弱东亚冬季风年,赤道地区的Hadley环流和Walker环流也出现基本反相的异常分布特征;而且赤道西太平洋有西(东)风异常出现,菲律宾以东有异常气旋(反气旋)性环流。在对异常东亚冬季风诊断分析的基础上,用一个大气环流模式(GCM)模拟了异常东亚冬季风的活动。通过对数值模拟结果的强、弱东亚冬季风进行对比分析发现,在强、弱东亚冬季风时,北半球中高纬度大气环流的结构会出现明显的变化和调整;同时,热带地区大气环流也有显著的差异。数值模拟和资料分析结果有较好的一致性,从而进一步揭示了东亚冬季风的变化和异常特征。     

东亚冬季风及其影响的进一步研究I.东亚冬季风变化及异常的特征

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的大气环流系统,其活动有重要影响,其向南爆发可以越过赤道对澳大利亚夏季风起作用。但相对夏季风,人们对东亚冬季风的研究一直较少。作者首先利用Hadley中心近百年的北半球海平面气压场资料,改进提出了一个能更好表征东亚冬季风强度的指数,进一步分析研究了东亚冬季风的年际和年代际变化及其异常特征。其结果表明,东亚冬季风不仅存在着明显的年际变化,主要有准两年的振荡周期和5～7年左右的周期,还存在周期为25～30年左右以及周期为十几年的年代际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析的方法,还系统研究了东亚冬季风异常时的大气环流特征。对比分析表明,对应强、弱东亚冬季风,大尺度环流系统(蒙古高压、阿留申低压、500 hPa位势高度场等)的变化特征基本上呈反相分布;并且在强、弱东亚冬季风年,赤道地区的Hadley环流和Walker环流也出现基本反相的异常分布特征;而且赤道西太平洋有西(东)风异常出现,菲律宾以东有异常气旋(反气旋)性环流。在对异常东亚冬季风诊断分析的基础上,用一个大气环流模式（GCM）模拟了异常东亚冬季风的活动。通过对数值模拟结果的强、弱东亚冬季风进行对比分析发现,在强、弱东亚冬季风时,北半球中高纬度大气环流的结构会出现明显的变化和调整;同时,热带地区大气环流也有显著的差异。数值模拟和资料分析结果有较好的一致性,从而进一步揭示了东亚冬季风的变化和异常特征。     

10月份热带印度洋海气耦合的统计动力诊断

本文将热带印度洋10月份的大气风场和海洋上层流场看作一个整体, 对其作了动力统计诊断, 即作了复EOF分析, 考察了其年际和年代际变化, 并揭示其与印度洋偶极子 (IOD) 和ENSO的关系。结果表明: 在同一模态中, 海洋模态表现出很强的赤道俘获现象, 而大气则无此现象; 第一模态为印度洋偶极子模态; 第二模态为ENSO前期在印度洋的延伸模态。前2个模态的风场都揭示了Walker环流异常的结构; 印度洋海温的年际变化主要取决于印度洋地区的海气耦合状态, 但太平洋的ENSO循环对其也有一定影响。     

海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的数值模拟

应用NCAR CAM3全球大气环流模式以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋及热带太平洋)的海表温度异常对夏季南压高压年代际变化的影响。结果表明,全球、热带、热带印度洋—太平洋和热带太平洋这些海域的海表温度异常都对南亚高压强度、面积、南界、西伸脊点和东伸脊点的1970s中后期年代际变化有重要影响:热带太平洋是关键海区,其海表温度第三模态(“三明治”式异常分布型)的变化与南亚高压的这些特征指数的年代际变化关系密切;热带印度洋的海表温度异常,主要是其第一模态(热带印度洋全区一致变化型)的变化与南亚高压强度、面积、南界和西伸脊点的年代际变化关系较密切,热带印度洋也是影响南亚高压年代际变化的关键海区;这两个关键海区的海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的主要差异在于:热带太平洋海表温度异常能对南亚高压的东伸脊点的年代际变化有重要影响,而热带印度洋的海表温度异常对其影响小;热带太平洋和热带印度洋这两个海区的海表温度异常均可通过影响热带对流层大气温度的变化进而使南亚高压发生变化;热带外的海表温度异常对南亚高压的年代际变化影响小。     

前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常反气旋环流的影响

研究了前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常环流的影响。结果表明,奇异值分解(SVD)的前期夏季、秋季至冬季热带海洋第一模态呈现出印度洋全海盆一致型海温异常和东太平洋西伸显著的ENSO事件,该模态与6月西北太平洋反气旋(气旋)环流场没有明显的关联。在第二模态中,前期热带太平洋海表温度呈现为ENSO正位相向负位相转换特征,印度洋海表温度变化呈现出赤道东南印度洋（90～110 °E,10 °S～0 °）显著的准IOD事件的变化特征。而这一联合模态与6月西北太平洋异常反气旋(气旋)环流场有显著关联。关联的可能原因是前期海温为El Ni?o和正IOD时,横跨热带印度洋-太平洋的沃克环流的减弱导致在西太平洋-海洋大陆的负降水异常,在Matsuno-Gill效应下西北太平洋形成反气旋异常环流。同时由于两大洋的共同作用和局地海气相互作用使得该环流加强并维持到6月。      

关于东亚冬季风指数的一个讨论——东亚中、低纬冬季风的差异

利用NCEP再分析资料和NOAA海表温度等资料,分析了东亚冬季风在不同纬度上的表现。根据我们定义的东亚中纬度冬季风(The mid latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-M)和低纬度冬季风(The low latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-L)指数,探讨了它们对应的影响系统,并重点分析了它们与海温异常之间联系的异同。研究主要发现:(1)EAWM-L和EAWM-M指数所反映的东亚冬季大气环流形势不尽相同。在对流层低层,EAWM-L与中国南海、菲律宾附近环流异常的关系密切,EAWM-M与贝加尔湖阻塞高压的关系更为密切;在对流层中层,EAWM-M同样与贝加尔湖阻塞高压异常的联系相对更为紧密,而EAWM-L指数则与东亚大槽的关系更为紧密。在对流层高层,副热带西风急流强度变化通过调制次级环流进而与EAWM-L联系起来,而EAWM-M强弱变化主要与副热带西风急流北界的位置有关。(2)EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的联系都很紧密,而EAWM-M变化与冬季热带印度洋海温异常的联系更为密切,与赤道中东太平洋海温异常的关系相对偏弱。EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的紧密联系在年际和年代际尺度上都是存在的,而EAWM-M与冬季热带印度洋海温异常的紧密联系主要体现在年代际尺度上。     

东亚冬季风变化若干统计事实

利用EOF（VEOF）分析方法对1956-2005年东亚冬季风和大气环流场的统计特征进行了分析。结果表明：东亚冬季风存在2个模态,其中第2模态变化在冬季风年代际变化和长期变化趋势中起着较重要的作用;冬季风以及大气环流年代际异常在1980年前后发生了突变;冬季风的年代际变化与中国冬季气温、降水年代际关系密切。     

冬/夏季热带太平洋与印度洋海表温度年际异常关系的年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料、全球海温海冰GISST 2.3b资料, 用EOF技术分析了热带太平洋海表温度的年际异常 (SSTA) 变化特征表明:可用Ni?o3指数表示热带太平洋SSTA, 并用该指数来讨论热带太平洋、热带印度洋SSTA间的关系。分季节分析表明:冬季Ni?o3指数与热带印度洋SSTA间的关系表现为热带印度洋整体相关系数为正的单极形态, 且1976年以后两者的关系减弱, 其原因是冬季为ENSO事件的盛期, 另外, 冬季西太平洋暖水区东移导致太平洋Walker环流上升支强盛处的东移, 造成两洋的垂直纬向环流耦合减弱。夏季两者关系表现为偶极形态 (热带西印度洋与Ni?o3指数同相变化, 热带东印度洋则相反), 但1976年以后两者的关系有所加强, 是因为夏季为偶极子盛期, 也是ENSO事件的发展期, 同时夏季西太平洋暖水区东移并未引起太平洋Walker环流上升支强盛处的明显东移, 且印度洋季风环流、太平洋Walker环流的上升支强盛处的强度增大了, 造成两洋的垂直纬向环流耦合更强烈。即1976年以后, 冬季热带两洋SSTA间的关系减弱了, 而夏季两者关系则变得更密切。     

Relationship Between East Asian Winter Monsoon and Summer Monsoon

Using National Centers for Environmental Prediction/National Centre for Atmospheric Research(NCEP/NCAR) reanalysis data and monthly Hadley Center sea surface temperature(SST) data,and selecting a representative East Asian winter monsoon(EAWM) index,this study investigated the relationship between EAWM and East Asian summer monsoon(EASM) using statistical analyses and numerical simulations.Some possible mechanisms regarding this relationship were also explored.Results indicate a close relationship between EAWM and EASM:a strong EAWM led to a strong EASM in the following summer,and a weak EAWM led to a weak EASM in the following summer.Anomalous EAWM has persistent impacts on the variation of SST in the tropical Indian Ocean and the South China Sea,and on the equatorial atmospheric thermal anomalies at both lower and upper levels.Through these impacts,the EAWM influences the land-sea thermal contrast in summer and the low-level atmospheric divergence and convergence over the Indo-Pacific region.It further affects the meridional monsoon circulation and other features of the EASM.Numerical simulations support the results of diagnostic analysis.The study provides useful information for predicting the EASM by analyzing the variations of preceding EAWM and tropical SST.     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

前冬印度洋海盆一致模对ENSO衰减期华南春季降水的影响

利用逐月台站观测降水、HadISST1.1海温和ERA5大气再分析资料,研究了前冬印度洋海盆一致模（Indian Ocean Basin,IOB）对华南春季降水（SCSR）与ENSO关系的影响,并分析了IOB通过调控ENSO环流异常进而影响SCSR的可能机制。结果表明:当前冬El Ni?o（La Ni?a）与IOB暖（冷）位相同时发生时,SCSR显著增多（减少）;而当El Ni?o或La Ni?a单独发生而IOB处于中性时,SCSR并无明显多寡倾向。其原因在于,当El Ni?o与IOB暖相位并存时,前冬热带印度洋和赤道中东太平洋均为正海温异常（Sea-Surface Temperature Anomaly,SSTA）,且印度洋SSTA强度可一直维持至春季。在对流层低层,春季赤道中东太平洋的正SSTA激发出异常西北太平洋反气旋（Western North Pacific Anticyclone,WNPAC）。而热带印度洋的正SSTA在副热带印度洋激发出赤道南北反对称环流,赤道以北的东风异常有利于异常WNPAC西伸;赤道以南的西风异常与来自赤道西太平洋的东风异常在东印度洋辐合上升,气流至西北太平洋下沉,形成经向垂直环流,有利于春季WNPAC维持。在对流层高层,印度洋的正SSTA在热带印度洋上空激发出位势高度正异常,随之形成的气压经向梯度加强了东亚高空副热带西风急流,进而在华南上空形成异常辐散环流。WNPAC的西伸和加强可为华南提供充足的水汽,同时高空辐散在华南引发水汽上升运动,共同导致SCSR正异常。而若El Ni?o发生时IOB处于中性状态,El Ni?o相关的SSTA衰减较快,春季WNPAC不显著,SCSR无明显多寡趋势。      

Winter AO/NAO modifies summer ocean heat content and monsoonal circulation over the western Indian Ocean

This paper analyzes the possible influence of boreal winter Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation (AO/ NAO) on the Indian Ocean upper ocean heat content in summer as well as the summer monsoonal circulation. The strong interannual co-variation between winter 1000-hPa geopotential height in the Northern Hemisphere and summer ocean heat content in the uppermost 120 m over the tropical Indian Ocean was investigated by a singular decomposition analysis for the period 1979–2014. The second paired-modes explain 23.8% of the squared covariance, and reveal an AO/NAO pattern over the North Atlantic and a warming upper ocean in the western tropical Indian Ocean. The positive upper ocean heat content enhances evaporation and convection, and results in an anomalous meridional circulation with ascending motion over 5°S–5°N and descending over 15°–25°N. Correspondingly, in the lower troposphere, significantly anomalous northerly winds appear over the western Indian Ocean north of the equator, implying a weaker summer monsoon circulation. The off-equator oceanic Rossby wave plays a key role in linking the AO/NAO and the summer heat content anomalies. In boreal winter, a positive AO/NAO triggers a down-welling Rossby wave in the central tropical Indian Ocean through the atmospheric teleconnection. As the Rossby wave arrives in the western Indian Ocean in summer, it results in anomalous upper ocean heating near the equator mainly through the meridional advection. The AO/NAO-forced Rossby wave and the resultant upper ocean warming are well reproduced by an ocean circulation model. The winter AO/NAO could be a potential season-lead driver of the summer atmospheric circulation over the northwestern Indian Ocean.     

全球大气／热带太平洋耦合距平模式中由ENSO增暖引起的全球大气环流异常

本文利用全球大气／热带太平洋耦合距平模式模拟了一次类似于实际的ENSO增暖过程，并对由ENSO增暖引起的海洋和全球大气环流异常的主要特征进行了分析，指出:耦合模式中的ENSO增暖在热带地区主要伴随着赤道中西太平洋Walker环流的减弱、中东太平洋气压降低以及表层辐合上升运动的增强；夏季和冬季低纬环流异常具有明显的差异性，夏季主要表现为印度夏季风环流的显著减弱和东亚季风的增强，而冬季则主要表现为赤道所有纬向环流圈均减弱；温带大气环流异常冬夏季也具有明显不同特征，夏季温带大气异常主要限于东半球，且发源于亚洲季风区，和赤道中东太平洋海温异常似无直接联系，但冬季温带大气异常则主要是发源于海温异常区的波列响应，反映了海温异常直接热力强迫的结果。另外，本文对耦合模式中的温带大气环流异常产生的可能机制也进行了讨论。     

2012年海洋和大气环流异常及其对中国气候的影响

文章主要对2011/2012年冬季至2012年秋季的海洋和大气环流异常进行分析,并讨论这些异常特征对中国气温和降水的主要影响。分析表明:2012年3月拉尼娜事件结束,赤道中东太平洋在7—8月出现明显暖水波动,之后进入正常状态。暖水波动使9—10月西太副高偏强偏西控制长江以南大部,造成该地温高雨少:8—9月,热带印度洋呈显著的偶极子正位相模态,在热带东太平洋激发出异常反气旋,其西北侧西南气流有利于暖湿气流影响中国华西南部出现明显秋雨。2012年南海夏季风爆发偏早1候,结束偏晚2候,强度偏弱;东亚夏季风为1951年以来第四强,使得东亚夏季风雨带位置偏北,中国北方大部夏季降水偏多。受海温和大气环流异常等的共同影响,我国出现了冬冷、春夏热、秋冷和夏季降水"北多南少"的气候特征。     

云南夏季旱涝与前期冬季环流变化的关系

夏季气候异常的前期信号特征分析一直是短期气候预测工作的重点。利用1948—2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料、1961—2004年云南124个站的月平均降水和1948—2003年英国Hadley中心的月平均海温资料, 分析了云南夏季旱涝的时空特征, 探讨了云南夏季旱涝与前期大气环流和大气热力状态变化的关系, 发现云南夏季旱涝前冬12月—1月, 特别是1月东亚中高纬度地区的大气环流变化和赤道附近高低层大气的热力状态对云南夏季旱涝有重要的指示意义, 当前冬东亚大槽强 (弱), 冬季风强 (弱), 赤道附近高低层大气温度偏低 (高) 时, 后期云南夏季降水偏多 (少)。同时, 初步探讨了东亚冬夏季风环流变化的相互联系及热带海温变化的可能影响, 指出冬季到夏季印度洋和赤道西太平洋地区持续的海温异常有可能通过改变夏季海陆的热力对比, 进而影响夏季风活动和云南夏季降水的变化。     

南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究

用合成和相关分析方法及SVD技术研究了南海夏季风爆发早、晚年份4～6月季风建立时期季风环流的异常及其与热带太平洋-印度洋海温的关系。结果表明,南海夏季风爆发与热带大气环流和海温变异密切相关。（1）当热带中、东太平洋—印度洋（主要在西南部）及南海海温低（高）,西太平洋—澳洲邻近海域海温高（低）时,南海夏季风爆发早（晚）。不同区域海温对季风的影响有明显的季节差异,印度洋主要为晚春至初夏（4～6月）,南海为5～6月,而热带太平洋从前冬一直持续到夏季。（2）不同的海温异常产生不同的季风环流型,南海夏季风爆发早、晚年大气环流的异常变化基本相反。南海夏季风的活动主要受印度季风环流变化的影响,与前期冬春季西太副高的强弱及位置变化密切相关。西太副高弱时,南海夏季风爆发早;反之,爆发晚。（3）热带太平洋—印度洋海温异常引起季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发早、晚的物理过程。