西太平洋暖池对流三类显著月际变化及其成因

基于1979～2018年观测的向外长波辐射（outgoing longwave radiation, OLR）资料和其他多种再分析资料,发现西太平洋暖池对流存在3类显著的月际变化。第一类为OLR在6月和8月为负异常而7月为正异常;第二类与第一类完全相反;第三类为OLR在6～7月为正异常,8月为负异常。3类月际变化与ENSO循环的背景有关,前两类发生在较弱的La Ni?a年和El Ni?o发展年,与春季暖池海温异常有关。当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,因此暖池地区局地海气相互作用在这两类月际变化中起到关键作用。与前两类不同的是,第三类月际变化发生在El Ni?o衰减年,与春季热带印度洋海温偏高有关。热带印度洋海温偏高造成印度附近对流在6～7月间增强,通过东传Kelvin波抑制了暖池对流发展。同时,印度附近对流偏强造成8月印度洋海温降低和对流减弱,对暖池对流的影响因而减弱。另一方面,6～7月暖池对流偏弱造成8月暖池海温升高,结果造成暖池对流增强。因此,第三类月际变化受到热带印度洋强迫以及暖池地区局地海气相互作用的共同影响。     

超长La Ni?a事件背景下东亚夏季风的季节内变化:1999～2000年和1984～1985年的对比分析

基于多种再分析资料和观测资料,对比分析了两次超长La Ni?a事件中东亚夏季风的季节内变化。选取的两次事件分别发生在1984～1985年和1999～2000年,但强度有明显差异,其中前者为中等强度事件,而后者则为强事件。在两次事件过程中,暖池对流偏强,西太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,但季节内变化有很大差异。对强事件而言,6月对流开始发展,异常值在7月达到最大,8月稍弱,这与La Ni?a年合成结果一致,表明La Ni?a信号主导了东亚夏季风的季节内变化。与此不同的是,在1984～1985年事件中,6月和8月对流偏强,7月偏弱,呈双峰型异常变化。分析表明,当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,减弱了太阳辐射,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,暖池地区局地海气相互作用在中等强度La Ni?a事件中起到关键作用。因此,在两次超长La Ni?a事件中,东亚夏季风的季节内变化过程和影响因子有很大差异。此外,由于副高偏东,中国东部夏季降水总体上偏少。     

2021年南海夏季风爆发偏迟原因分析

通常La Ni?a年南海夏季风爆发偏早,但是2021年La Ni?a背景下南海夏季风于5月第6候爆发,较常年偏迟。利用NCEP/NCAR再分析资料,从热带海温异常(SSTA)和季节内振荡(ISO)北传的角度来分析2021年南海夏季风爆发偏迟的原因。结果表明La Ni?a确实使春季的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)减弱,特别是4月之前;但是由于热带印度洋海温在冬春季持续偏暖的背景下抵消了La Ni?a的影响,特别是在5月,La Ni?a的影响小于热带印度洋的作用,导致5月西太副高偏强,南海夏季风爆发偏迟。此外,受La Ni?a影响,4月西太副高偏弱,南海地区背景正压南风偏弱,不利于南海地区赤道ISO的北传,这与气候态正好相反;随着热带印度洋SSTA的影响越来越显著,西太副高逐渐加强,直到5月下旬,背景正压经向南风才扩展到10°N以南地区,导致2021年南海地区赤道ISO北传偏迟,这也是2021年南海夏季风爆发偏迟的一个重要原因。热带印度洋和太平洋SSTA通过“竞争”共同对南海夏季风爆发产生影响,因此关注二者在冬春季的发展非常重要。     

与西太平洋暖池上空对流年际变化相关联的大气环流和海温

诊断分析了热带西太平洋暖池上空对流弱和强的情况下,大气环流和海温所表现出来的差异。本文中西太平洋暖池是指（１１０－１６０°Ｅ,１０－２０°Ｎ）地区,向外射出长波辐射（ＯＬＲ）在该地区具有明显的年际变率。对西太平洋暖池对流弱和强之间大气环流和海温的差别进行了合成分析。首先,利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＰ再分析资料和卫星观测的 ＯＬＲ资料进行了分析。之后,利用欧洲中期天气预报中心再分析资料和再分析计算而得的ＯＬＲ资料重复进行了合成分析。合成结果表明由这两套资料所分析得到的结果非常相象。与西太平洋暖池上空弱（强）对流显著对应的大气环流表现为北太平洋副热带高压的西伸（东退）,以及副高西北侧更强（弱）的西风。此外,在局地（即暖池）上空,还显著对应着东（西）风异常和下沉（上升）气流异常。对应于西太平洋暖池对流强弱,最为显著的海温差别（对流弱减去对流强）为印度洋、孟加拉湾和南海的正海温异常。也就是说,西太洋暖池上空的对流与局地海温异常只有微弱的联系,而与其西部的海温异常密切相关。     

东亚夏季风的强度与前期西太平洋暖池热含量异常的关系

本文利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料(1951~2010年)等探讨了东亚夏季风的强度与前期暖池热含量异常的关系。结果表明,西太平洋暖池热含量可以作为东亚夏季风强度的前期预测因子,两者正相关关系显著。本文选取相关系数更大、持续性更好的前期冬季暖池关键区(-5.5°~5.5°N;157.5°~170.5°E)热含量来进行预报。将暖池热含量指数和东亚夏季风指数均回归到夏季大气环流场上,发现在暖水年次年夏季西太副高偏弱、位置偏北,菲律宾以东以北洋面为气旋性环流,对流上升运动增强,赤道西太平洋地区为显著的西风距平,日本岛以东洋面为反气旋环流,对流下沉运动增强,日本岛以南、黄海至我国中东部地区为显著的东风距平,且前期2月西风带位置偏北,引起夏季海陆热力差异较大,最终导致东亚夏季风强度异常偏高;冷水年则相反。综上所述,当前期冬季西太平洋暖池热含量异常偏高(低)时,会造成次年东亚夏季风强度偏强(弱)。      

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。     

Intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon in La Ni?a years

合成分析了La Ni?a年东亚夏季风和东亚夏季降水的季节内变化。结果表明,La Ni?a年夏季暖池对流偏强,西太平洋出现异常气旋,西太平洋副高偏向东北。这种异常型随季节进程有明显变化,7月异常达到最大。La Ni?a年东亚降水呈纬向型分布,中国东部降水偏少,西太平洋海面降水偏多。与此相比,El Ni?o年降水呈经向型分布,热带降水偏少,副热带和中纬度降水偏多。因此,不能简单将La Ni?a的影响认为是El Ni?o的反对称。     

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。     

强El Niño衰减年东亚夏季风的季节内变化:1998年和2016年的对比分析

本文对比分析了1998年和2016年这两个强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,在6~7月期间,由于热带印度洋海温偏高、对流偏强,造成西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压（副高）偏西偏强,长江流域降水偏多,华南偏少,东亚夏季风异常具有典型的El Ni?o衰减年特征。但两年的8月份有很大差异,虽然1998年8月与6~7月相似,但2016年8月份则完全不同。受乌拉尔地区异常反气旋的影响,源自西伯利亚东部的北风异常穿越东亚并直抵暖池地区,造成副高分裂并减弱东退,同时激发暖池对流发展,而对流的发展则进一步促使副高减弱。因此,2016年8月东亚夏季风异常与1998年8月相反,中国北方夏季降水异常也呈现很大差异。另外,1998年热带大西洋偏暖,并通过热带环流变化影响到东亚夏季风异常,其强迫作用与热带印度洋类似。而2016年大西洋海温异常较弱,对东亚夏季风影响也较弱。因此,El Ni?o对东亚夏季风的影响不仅与其强度有关,还与El Ni?o衰减之后造成的印度洋和大西洋海温异常有关。本文的分析结果表明,即使在强El Ni?o衰减年夏季,由于El Ni?o之间的个性差异以及其他因子的影响,东亚夏季风季节内变化仍然能呈现出显著差异,特别是在8月份。因此,在预测东亚夏季风异常时,宜将6~7月和8月分别考虑。此外,为进一步提高东亚夏季风预测水平,除传统的季度预测外,还需要进一步加强季节内尺度的预测。     

Impact of two types of La Nia on boreal autumn rainfall around Southeast Asia and Australia

本文分析了东太平洋型和中太平洋型La Nia事件对东南亚及澳大利亚秋季降水的不同影响。合成分析结果表明东太平洋型La Nia事件对该地区降水影响较弱,而中太平洋型La Nia事件易于导致东南亚及澳大利亚东北部降水偏多。这种影响差异主要由于两类La Nia事件的冷海温位置和强度差异造成的。中太平洋型La Nia事件的冷海温偏西偏强,导致中西太平洋的西风异常以及印度洋的东风异常强度较强,并进一步引起海洋大陆区域的低层辐合增强,因此造成了显著的正降水异常。相反,东太平洋型La Nia事件的冷海温异常偏东偏弱,低层风场偏弱,相应地,低层辐合也偏弱,因此未能造成显著的降水异常发生。     

El Ni?o衰减年夏季西太平洋副热带高压的季节内变化

本文分析了El Ni?o衰减年夏季西太平洋副热带高压（副高）的季节内变化,发现其季节内变化存在两种模态,一种是6～8月的一致偏西,另一种是6～7月偏西,而8月逆转为偏东,其中偏西模态的异常要远大于偏东模态。对偏西模态而言,由于热带北大西洋海温正异常的强迫影响,激发出一个从北大西洋经过欧亚大陆高纬度到东亚的遥相关,抑制了暖池地区的对流,东亚地区位势高度增加,从而导致副高加强西伸。在偏东模态下,热带印度洋海温异常演变与偏西模态类似,但强度偏低,同时热带北大西洋海温正异常在4月达到峰值后衰减,导致两大洋对8月暖池地区对流的抑制作用减弱。此外,由于6～7月暖池海温持续升高,在局地海气相互作用下,8月暖池对流发展,位势高度场降低,从而造成副高减弱东退。因此,副高8月异常主要取决于热带北大西洋海温异常。在预测El Ni?o 衰减年副高异常变化时,要综合考虑两大洋海温异常的影响。     

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

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。      

热带对流季内振荡强度异常特征及其与海表温度的关系

利用外逸长波辐射 (outgoing longwave radiation, OLR) 资料分析了热带对流季内振荡 (ISO) 强度的季节变化及年际异常特征, 重点研究其与海表温度的关系。结果表明:最强的OLR季内振荡主要位于高海表温度 (SST) 区, 即热带印度洋和热带西太平洋区域, 终年存在, 冬、春季最强, 振荡中心偏于夏半球。OLR季内振荡强度年际异常显著区域是热带中东太平洋区域、西北太平洋区域和西南太平洋区域, 它与SST年际异常存在局地正相关关系, 伴随环流的辐合辐散, 并与ENSO事件关系密切。另外, El Ni?o事件发生之前, 热带印度洋和热带西太平区域OLR季内振荡增强, 其中心随事件的发展逐渐东移, 事件发生后这两个区域ISO减弱, 这与OLR季内振荡强度年际异常显著的区域具有内在连贯性。海表温度是决定OLR季内振荡强度季节变化、年际异常的一个关键因子。     

Influence of Intraseasonal Oscillation on the Asymmetric Decays of El Ni?o and La Ni?a

Warm and cold phases of El Nino–Southern Oscillation (ENSO) exhibit a significant asymmetry in their decay speed. To explore the physical mechanism responsible for this asymmetric decay speed, the asymmetric features of anomalous sea surface temperature (SST) and atmospheric circulation over the tropical Western Pacific (WP) in El Nino and La Nina mature-to-decay phases are analyzed. It is found that the interannual standard deviations of outgoing longwave radiation and 850 hPa zonal wind anomalies over the equatorial WP during El Nino (La Nina) mature-to-decay phases are much stronger (weaker) than the intraseasonal standard deviations. It seems that the weakened (enhanced) intraseasonal oscillation during El Nino (La Nina) tends to favor a stronger (weaker) interannual variation of the atmospheric wind, resulting in asymmetric equatorial WP zonal wind anomalies in El Nino and La Nina decay phases. Numerical experiments demonstrate that such asymmetric zonal wind stress anomalies during El Nino and La Nina decay phases can lead to an asymmetric decay speed of SST anomalies in the central-eastern equatorial Pacific through stimulating di erent equatorial Kelvin waves. The largest negative anomaly over the Nino3 region caused by the zonal wind stress anomalies during El Nino can be threefold greater than the positive Nino3 SSTA anomalies during La Nina, indicating that the stronger zonal wind stress anomalies over the equatorial WP play an important role in the faster decay speed during El Nino.     

Impacts of the leading modes of tropical Indian Ocean sea surface temperature anomaly on sub-seasonal evolution of the circulation and rainfall over East Asia during boreal spring and summer

The two leading modes of the interannual variability of the tropical Indian Ocean (TIO) sea surface temperature (SST) anomaly are the Indian Ocean basin mode (IOBM) and the Indian Ocean dipole mode (IODM) from March to August. In this paper, the relationship between the TIO SST anomaly and the sub-seasonal evolution of the circulation and rainfall over East Asia during boreal spring and summer is investigated by using correlation analysis and composite analysis based on multi-source observation data from 1979 to 2013, together with numerical simulations from an atmospheric general circulation model. The results indicate that the impacts of the IOBM on the circulation and rainfall over East Asia vary remarkably from spring to summer. The anomalous anticyclone over the tropical Northwest Pacific induced by the warm IOBM is closely linked with the Pacific–Japan or East Asia–Pacific teleconnection pattern, which persists from March to August. In the upper troposphere over East Asia, the warm phase of the IOBM generates a significant anticyclonic response from March to May. In June and July, however, the circulation response is characterized by enhanced subtropical westerly flow. A distinct anomalous cyclone is found in August. Overall, the IOBM can exert significant influence on the western North Pacific subtropical high, the South Asian high, and the East Asian jet, which collectively modulate the precipitation anomaly over East Asia. In contrast, the effects of the IODM on the climate anomaly over East Asia are relatively weak in boreal spring and summer. Therefore, studying the impacts of the TIO SST anomaly on the climate anomaly in East Asia should take full account of the different sub-seasonal response during boreal spring and summer.