2011/2012年我国冷冬与中部型La Ni(n)a事件的联系

应用中国气象局国家气候中心提供的160个站逐月气温观测资料以及74项环流特征量中西太平洋副热带高压资料、TAO实测资料以及美国国家海洋和大气局提供的OLSST海表温度资料和NCEP-NCAR再分析资料,采用合成分析、相关分析等统计诊断方法,对2011/2012年我国冬季的天气状况,以及大气环流异常及其对我国气候产生影响的可能机理进行了分析,为我国气候变化预测提供参考.结果表明,2011/2012年我国冬季(DJF)出现异常寒冷的天气状况可能与2011/2012年赤道太平洋海表温度冷异常最大值出现在中部太平洋的La Ni(n)a事件(简称中部型La Ni(n)a事件)的爆发存在一定联系.赤道太平洋海表温度的异常分布对北半球大气环流形势产生重要影响,它直接影响着赤道地区Walker环流和Hadley环流的异常,导致西太平洋副热带高压的异常偏弱、偏东.由于西太平洋副热带高压偏弱、偏东,对冬季的经向环流产生重要影响,最终导致我国2011/2012年冬季出现冷冬现象.     

2010/2011年中部型La Nia事件形成机理及其垂直环流异常

应用TAO(Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了2010/2011年La Nia事件的变化特征,讨论了此次过程中赤道太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,以及上层海温场的异常变化机理。结果表明,2010/2011年的La Nia事件与传统事件不同,是一次明显的中部型La Nia事件(简称CPP La Nia),其爆发过程主要存在两个不同机制的响应过程:一是西太平洋暖池(WPWP)区域次表层异常冷海温通过赤道潜流的作用沿温跃层东传,导致赤道东太平洋上层海洋温度场出现异常降温:二是赤道中东太平洋出现强的距平东风,通过上升流作用,导致冷海温上传影响中太平洋上层异常海温场。前者是导致La Nia事件的必要条件,后者则是形成此次中部型La Nia事件的关键过程。由分析结果还表明,日界线以东赤道太平洋纬向风变化对中西太平洋上层海温场变化有重要影响,是导致此次中部型事件爆发的重要机制。文章进一步分析了此次中部型La Nia事件过程中热带垂直环流的变化,结果表明经向和纬向大气环流都表现出明显的异常。     

两类La Nia季节演变过程的海气耦合特征对比

利用1951—2010年逐月的HadISST海表温度资料、SODA次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了东太平洋(EP型)La Nia和中太平洋(CP型)La Nia的海气耦合特征在季节演变过程中的差异。EP La Nia海表温度异常中心在发展年夏季出现于南美沿岸,随后向西移动,盛期最大海表温度异常中心位于赤道东太平洋,而CP La Nia海温异常中心少动,基本维持在160°W附近,其强度更强,持续时间更长。受海温分布形态影响,热带大气对两类La Nia的响应非常不同,成熟期间CP型在中太平洋偏旱的强度和范围比EP型大,且略偏西。发展年夏、秋季,北半球位势高度响应较弱;冬季,负PNA位相易伴随两类La Nia出现,但异常活动中心的位置和强度不同,在北大西洋其大气响应几乎相反,这些差异会引起显著不同的区域气候异常。     

El Nio对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Nio事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Nio不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Nio发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Nio成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Nio衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Nio影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

北太平洋涛动与El Nino的关系及其年代际变化

基于HadISST海表温度和NCEP/NCAR的海平面气压等再分析资料,研究了北太平洋海平面气压主模态与El Nio的关系。结果发现:阿留申低压模态是对El Nio事件的同期响应,而北太平洋涛动模态可以诱导热带太平洋产生类似中部型El Nio的海温异常,且具有提前4~12个月的预报意义。冬春季的北太平洋涛动处于正位相时,阿留申低压与夏威夷高压同时减弱,北太平洋背景风场减弱。夏威夷高压东南侧西南风异常减弱北太平洋东北信风,使加利福尼亚海区SST暖异常,在"风-蒸发-SST"机制的作用下,异常暖海温向热带太平洋传播,使赤道地区海温升高并产生西风异常,热带太平洋产生类似中部型El Nio的异常海温。El Nio类型的年代际变化可能受到北太平洋涛动的影响,当北太平洋涛动信号活跃时,中部型El Nio事件的发生频率大。     

拉尼娜持续年的渤海海冰

通过对1999／2000年冬季环流背景资料的分析，发现西玉磁洋副热带高压和极涡的变化是影响我国冬季天气气候特征变化和渤海海冰生消的重要因素，而副热带高压和极涡等大气活动中心的变化又与赤道东太平洋的厄尔尼诺现象及拉尼娜现象有关，因此，可以通过前期赤道东太平洋海表水温的变化来预测我国冬季天气气候变化和渤海海冰的状况。     

中国云南冬季降水与典型海域热含量的关系

利用GODAS月平均海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和云南30站月平均降水数据,分析了云南冬季降水的分布特征,研究了1980—2011年期间海洋热含量与云南冬季降水的关系,并对可能影响途径进行了探讨。计算热含量时,采用分层计算并且逐层求相关的方法,找出与降水的最大相关区域及深度。结果表明:赤道太平洋暖池区11、12月上层150 m热含量与同年云南冬季降水呈超前显著负相关,赤道太平洋中部4—6月上层80 m热含量与同年冬季降水呈超前显著正相关,赤道东太平洋10、12月130—230 m热含量与同年冬季降水呈超前显著正相关,这种分布形态与赤道潜流有关;南大洋关键区90—650 m热含量与同年冬季降水全年呈现超前显著负相关。云南降水受La Nia和El Nio年的影响,La Nia年云南降水偏少。赤道太平洋地区的热含量通过Walker环流和Hadley环流的共同作用,对云南降水产生影响。     

副热带海域的海洋加热异常及其对副高的影响

海洋在天气、气候及大气环流变化过程中起着重要作用,海洋热源的异常分布是造成长期天气异常的重要原因。海洋对大气的作用主要是通过海气界面的热量交换来实现的，因此,直接运用海气热量交换来考虑海洋对大气的加热作用,分析海洋加热异常对长期天气、气候及大气环流的影响,具有更明确的物理意义。 西北太平洋副热带高压是造成我国旱、涝及天气变化的主要副热带天气系统,对我国夏季气温、雨带位置及强度影响很大。西北太平洋中、低纬副热带地区是海洋向大气提供热量和水汽较多的地区,也是海气相互作用最强烈的海域,这一地区的海洋加热对西北太平洋副热带高压的变化将有直接影响。本文分析了冬季西北太平洋副热带海域海洋加热主要场的分布特征,指出了海洋加热与西北太平洋副热带高压的关系。结果表明,冬季该海域海洋加热较常年偏多时,冬、春至初夏副高偏弱,位置偏东、南(6月副高脊线位置除外);反之,海洋加热较常年偏少时,副高偏强,位置偏西、北(6月副高脊线位置除外)。该海域海洋加热对副热带地区大气环流,尤其是副热带高压环流的变化有着重要作用。本结果对预测西北太平洋副热带高压的变化,研究中纬度海洋加热对西北太平洋副热带高压及其大气环流的影响有十分重要的意义。     

热带太平洋第二类El Nio事件及其对中国气候的影响

基于热带太平洋次表层海温资料,分析了热带太平洋第二类El Nio事件海温异常的分布特征及其形成机制,讨论了与经典El Nio事件、El Nio Modoki、WP(西太平洋暖池)及CT(冷舌)El Nio事件之间的关系,揭示了第二类El Nio事件对中国降水的影响,得到以下结论。(1)第二类El Nio事件表征为热带太平洋次表层海温异常第三模态,占总方差贡献的4.7%。在海洋表面层,第二类El Nio事件暖期赤道东太平洋为沿赤道西伸的冷舌,热带中西太平洋为环绕冷舌的马蹄型大范围暖区。该型具11a和30~40a年代际振荡及3~4a年际变率,峰值多出现在春季。第二类El Nio事件是热带太平洋异常海面风应力场和赤道两侧的风应力旋度共同作用的结果,在赤道东印度洋-中西太平洋与赤道东太平洋-南美洲上空出现以反号垂直运动为特征的异常Walker环流。(2)El Nio Modoki与第二类El Nio事件有密切关系,它实质上是第二类El Nio事件次表层海温与近海面大气相互作用的结果,捕捉了第二类El Nio事件的主要信息。(3)第二类El Nio事件对中国春季及夏初降水有一定影响。在事件暖期,东海地区存在一个显著的异常反气旋性环流,其南侧的中国南方地区盛行异常东北气流,水汽来源减少,导致该地区少雨,其西侧的异常偏南气流北上直达华北地区,异常多水汽向北输送,并与北方的偏北流场相遇,导致该地区降水偏多。在第二类El Nio事件冷期相反。本文结果还指出,WP与CT El Nio事件是由经典El Nio事件第一模态与El Nio Modoki事件组合而成,它们不是独立的El Nio类型。此外,还讨论了夏半年El Nio事件对大气环流影响的物理过程。     

冬季赤道中东太平洋海温异常对北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)提供的再分析资料和CPC(National Climate Prediction Center)提供的Nino3.4指数,研究了与赤道中东太平洋海温异常相对应的ENSO(El Nio-Southern Oscillation)不同位相对同期北半球海气耦合关系及两大洋风暴轴协同关系的影响,具体结论如下:1)赤道中东太平洋海温异常与冬季北半球两大洋风暴轴协同变化关系密切,具体表现为海温正异常时对应北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴同时增强,且大西洋风暴轴整体和太平洋风暴轴东部位置南压,海温负异常时则相反。2)海温正异常(El Nio)年时,对流层中层极涡向北太平洋地区伸展,西北太平洋副热带高压增强西移,东亚大槽减弱,高度场异常对应WP(Western Pacific pattern)、EA(Eastern Atlantic pattern)型遥相关的负位相和PNA(Pacific-North American pattern)型遥相关正位相,对流层低层加拿大高压增强,阿留申低压强度增强并向东南方向移动,东亚急流增强东伸,北美急流强度增强,欧亚大陆50°N附近西风增强,经向环流减弱,北半球的斜压异常分布有利于北太平洋东部风暴轴南侧以及中西部风暴轴的有效位能向扰动动能转换,使得风暴轴增强东部南压,北大西洋风暴轴南部斜压增强,使得风暴轴整体偏南,中、西部强度增强。海温负异常(La Nia)年时,海温和环流异常在两大洋基本与El Nio年相反,对应两大洋风暴轴强度同时减弱,同时北大西洋风暴轴整体和北太平洋风暴轴东部北抬。3)海温正异常(El Nio)年时,北美大陆为北暖南冷的异常分布,60°N以南的东亚地区除我国西南外基本为温度异常升高。海温负异常(La Nia)年时,由于高度场和风场异常在欧亚大陆和北美大陆上的异常分布与El Nio年时并不是完全相反,使得温度场异常主要表现在北美南部和东亚北部异常升高。     

太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件变化关系的研究

基于中国东部1955—2004年233个台站逐日降水和NCEP/NCAR再分析高度场、风场、比湿、地面气压以及NOAA海表温度资料,运用SVD、合成分析等方法研究了太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件之间的相互关系,结果表明:前期冬季太平洋SSTA同我国东部夏季极端降水事件的关系比较显著;前冬赤道中东太平洋是影响我国华北地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏大气环流先后通过PNA(反PNA)和WP(反WP)遥相关型使得西太平洋副热带高压发生异常,进而使得华北夏季极端降水事件发生异常;前冬热带西太平洋是影响我国东北南部及江南地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏105°~135°E的平均经向垂直环流圈发生异常,使得夏季东北南部与江南地区垂直运动发生异常,进而使得东北南部和江南夏季极端降水事件发生异常。     

太平洋年代际涛动对ENSO与华南冬季降水关系的可能影响

基于中国160站冬季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA SST资料,本文分析了太平洋年代际涛动(PDO)不同位相时期ENSO事件对华南冬季降水影响的差异。结果表明:在PDO正位相时期,El Nio年华南冬季降水显著增加,而La Nia年华南冬季降水没有明显变化;在PDO负位相时期,El Nio年华南冬季降水增加虽然显著,但仅是PDO正位相时期的一半,而La Nia年华南冬季降水显著减少,这说明PDO对ENSO事件影响华南冬季降水具有调制作用,且El Nio(La Nia)事件对华南冬季降水的影响在PDO不同位相时期具有不对称性。前人研究指出,El Nio(La Nia)事件主要通过西北太平洋异常反气旋(气旋)影响华南冬季降水。本文分析发现,在PDO正位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋北侧西南气流影响华南,造成降水增加,而La Nia年西北太平洋异常气旋位置向南推,对华南地区影响很小;在PDO负位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋位置东移,对华南影响不大,而La Nia年华南地区基本为西北太平洋异常气旋北侧东北风异常所控制,从而使降水减少。由此可见,PDO不同位相时期El Nio(La Nia)事件影响华南冬季降水异常差异的主要原因是西北太平洋异常反气旋(气旋)的差异造成的。此外,源自孟加拉湾低槽南侧的西风水汽输送异常在PDO不同位相时期El Nio(La Nia)年份也存在非对称性的差异。     

九十年代以来的ENSO事件与我国气候异常

本文介绍了９０年代以来发生的４次ＥＮＳＯ事件,并从赤道中东太平洋海温和热带环流特征出发对这几次过程,以及ＥＮＳＯ事件爆发当年的西太平洋副热带高压,我国夏季降水和西北太平洋强热带气旋活动的气候特征进行了对比分析,阐明热带海洋大气异常状况与我国气候异常的复杂关系。     

2009年西北太平洋及南海热带气旋特征分析

利用2009年热带气旋资料及西太平洋副热带高压、海温等特征量数据,分析了2009年热带气旋活动特点.结果表明:2009年西北太平洋和南海热带气旋具有生成数较常年偏少,登陆我国较常年偏多,登陆的热带气旋偏弱及登陆地点偏南的特点.热带气旋的这些活动特点与西太平洋副高、赤道东太平洋海温、中纬度大气环流及赤道辐合带的变化等有密...     

华北5月降水年代际变化

针对华北5月降水的年代际变化特征和成因,用华北5月降水资料、NCEP大气环流资料以及海表温度（SST）资料,采用EOF分析、相关分析、合成分析等方法研究了华北5月降水以及相关海区SST的年代际变化;结果表明从60年代中期至90年代初期华北5月降水存在明显的年代际变化,1965～1981年华北5月降水偏少,1982～1992年华北5月降水偏多;西太平洋暖池相比热带中东太平洋、热带印度洋对华北5月降水年代际变化有更明显的影响;当西太平洋暖池异常发展,热带中东太平洋、热带印度洋海温年代际变化处于暖位相,东亚上空为反气旋性环流异常场,东亚大槽较弱,副热带高压偏强偏西时,华北5月降水偏多;反之,副热带高压偏弱偏东时,华北5月降水偏少.     

太平洋-印度洋暖池次表层水温与南海夏季风爆发

为探索太平洋—印度洋热带海域次表层水温对南海季风的影响，用Argo剖面浮标等实测资料，分析了太平洋—印度洋暖池次表层水温异常对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬季，太—印暖池次表层水温偏暖（冷）时，翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。太—印暖池次表层水温偏暖，可能引起Walker环流加强，西太平洋副热带高压偏弱，中心位置偏北偏东，南海和西太平洋上空对流层下层有气旋性距平环流出现，有利于低空西到西南气流的加强，导致南海夏季风爆发偏早；太—印暖池次表层水温偏冷，可能引起Walker环流东移并减弱，西太平洋副热带高压偏强，中心位置偏南偏西，南海和西太平洋上空对流层下层有反旋性距平环流出现，不利于低空西到西南气流的加强，导致南海夏季风爆发偏晚。结论：冬季，太—印暖池次表层水温偏暖（冷），翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。     

2022年夏季中国高温的环流异常特征

基于美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)全球范围扩展重建海面温度资料第5版本(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature version 5,ERSSTv5),以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)逐月全球再分析资料,采用相关、回归、合成及物理量诊断等方法,对2022年夏季中国大范围高温相关环流异常的可能成因进行了分析。结果表明:(1)2022年夏季南亚高压偏强并分别向东、西方向扩展,西太平洋副热带高压(以下简称“副高”)异常偏强西伸。2022夏季为拉尼娜(La Niña)年,但热带大西洋垂直上升环流相对西太平洋更强,且热带印度洋到西太平洋热带垂直上升环流异常也偏强。(2)2022年热带大西洋、印度洋到西太平洋上空垂直环流异常和La Niña共同作用,使得夏季南亚高压和西太平洋副高极端异常。La Niña和印度洋到西太平洋垂直环流异常有利于南亚高压和西太平洋副高的偏强西伸;热带大西洋环流异常则既有利于南亚高压的加强及东扩,也有利于西太平洋副高偏强西伸。(3)印度洋到西太平洋垂直环流主要通过局地经向哈得来(Hadley)环流影响青藏高原到中国东部的环流异常,表现为青藏高原到中国东部中低层为显著的辐散异常;热带大西洋则通过引起纬向风异常(急流异常),激发遥相关波列并向下游传播,进而影响青藏高原到中国东部地区的环流异常。     

1997年影响南海的热带气旋异常活动特征及成因分析

统计分析了近30年(1976-2005)来影响南海的热带气旋特征,对1997年影响南海的热带气旋异常活动的成因作了进一步的分析.结果表明,El Nino发生后,西北太平洋生成的热带气旋以偏少为主,强度偏强,且热带气旋生成位置偏东,热带低压加强成为热带风暴的平均位置也较多年平均位置偏东;副热带高压强度和Nino 3.4区SST变化趋势基本一致,但副热带高压强度变化落后SST变化6个月左右.由于El Nino事件多发生于上半年,赤道中东太平洋Nino 3.4区SST偏高,当年冬季或次年春夏季往往副热带高压异常偏强;El Nino发生年的次年,暖水向西回涌,西太平洋海温逐渐恢复正常,副高强度偏强.     

2011年春夏长江中下游旱涝急转特征及原因分析

利用NCEP再分析资料,分析了影响2011年春夏季长江南部中下游地区发生旱涝急转的异常大气环流特征及影响因素。发现:长江南部中下游地区旱涝急转发生与西北太平洋副热带高压的变化有密切关系。副热带高压由弱到强的变化为降水提供了水汽条件,高空急流的变化则为降水提供了上升运动条件。进一步分析表明,西太平洋副热带高压西伸加强的原因与副热带高压加强前一候时间内孟加拉湾地区的异常对流加强有密切的关系。急流的变化则与陆地气温的季节变化和中纬度西太平洋强经向海表面温度(SST)梯度异常存在密切的联系。本文的研究表明:2011春夏季长江中下游地区旱涝急转现象的发生,是局地大气环流变化,南北半球大气相互影响以及海洋对大气环流影响的共同作用造成。     

冬季中纬度海气相互作用与长江中下游汛期旱涝预测

中纬度海洋的热力状况对大气环流的维持和变化起着重要的作用,尤其在冬季。汛期的研究表明,冬季黑潮海域海表面水温(SST)与长江中下游和华北平原汛期降水有密切的关系(中国科学院大气物理研究所长期预报组,1978),夏季阿留申海域的SST异常与北太平洋上空大气环流场和后期秋季美国的气温和降水亦存在有意义的关系(Namias,1976)。赵永平(1986a;赵永平, McBean,1996)和Zhao and McBean(1989)曾用北太平洋海洋对大气加热场资料详细地分析了其时空分布特征,揭露了黑潮及邻近海域海洋异常加热对同期和后期半年至一年北半球大气环流的影响事实,并提出用海洋异常加热对同期和后期大气环流作用的反相性假说来进行解释。以上研究表明,冬季中纬度海洋异常加热与大气环流的异常和我国汛期旱涝之间存在一定的联系。 冬季黑潮和湾流海域是中纬度海洋的两个巨大热源,它们对同期和后期大气环流有重要影响。本文研究了冬季中纬度黑潮和湾流海域海洋异常加热对夏季副热带高压和中高纬度西风环流的影响,讨论了长江中下游汛期旱涝前期冬季和同期大气环流型。结果表明,冬季东亚和北美冷空气都强时,黑潮和湾流海域对大气异常多加热,夏季西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋减弱,中纬环流平直,形成长江中下游偏旱的环流形势；反之,西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋加强,中纬槽脊系统明显,形成长江中下游偏涝的环流场。本文还对可能的物理过程进行了讨论。