6月长江中下游旱涝的一个前兆信号——亚洲太平洋涛动

利用中国160个站降水、NCEP再分析等资料和CCSM3模式,从对流层温度的角度,分析了影响6月长江中下游降水的因子和前兆信号.研究发现,反映对流层中高层纬向海-陆热力差异的亚洲-太平洋涛动异常可能是导致长江中下游地区降水异常的一个重要原因.观测统计和模式结果都表明,前期5月亚洲-太平洋涛动指数与其后6月长江中下游地区降水具有显著负相关关系,这一关系比前冬厄尔尼诺(拉尼娜)与6月降水的关系更为紧密,稳定性也相对更高.进一步分析发现,亚洲-太平洋涛动异常从5月至6月具有很好的持续性,5月亚洲-太平洋涛动可以通过影响后期6月西太平洋副热带高压的强度和位置、中国东南沿海的西南风以及中国东部中纬度地区的偏北风异常,进而影响长江中下游地区6月降水的多寡.此外,5月亚洲-太平洋涛动异常偏弱也是2011年6月长江流域出现降水异常偏多的一个重要原因.这些结果说明,对于6月长江流域降水,除了海温强迫作用外,对流层中高层异常也是一个重要的前期信号,因此,利用前期亚洲-太平洋涛动预测降水可能是一条值得尝试的途径.     

ENSO对其后东亚季风活动影响的GCM模拟研究

将１～３月赤道东太平洋海表水温距平（ＳＳＴＡ）引入大气环流模式,模拟研究了ＥＮＳＯ（厄尔尼诺和拉尼娜）对其后东亚季风活动的影响。结果表明,由于ＳＳＴＡ在大气中强迫激发出了大气低频振荡,使得ＥＮＳＯ对其后的东亚季风活动仍有明显影响。厄尔尼诺之后的夏季,西太平洋副热带高压偏强偏北且西伸明显,中国东部降水偏少,尤其是华北地区;厄尔尼诺之后的冬季,东亚大槽偏深,冬季风偏强。拉尼娜之后的夏季,中国长江下游为异常副热带高压单体控制,江淮流域雨量偏少;拉尼娜之后的冬季,东亚大槽偏弱,东亚冬季风偏弱。厄尔尼诺的影响比拉尼娜的影响略强,两者的影响并非完全反相。     

两类ENSO对中国北方冬季平均气温和极端低温的不同影响

利用1961-2012年观测、再分析资料以及全球大气环流模式数值试验,探讨了中国北方冬季平均气温对于不同类型（即东部型和中部型）ENSO事件的气候响应,并分析了不同类型ENSO对极端低温事件的可能影响,重点关注了北大西洋涛动（NAO）在其中的桥梁作用。结果表明,ENSO信号能通过调制北大西洋地区的大气环流改变欧亚中高纬度地区的纬向温度平流输送和西伯利亚高压的强度,进而影响中国北方冬季气温,由于不同类型ENSO事件海温分布的差异,这种影响具有明显的非线性特征。在两类厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季,北大西洋涛动均呈现负位相,不利于北大西洋的暖湿空气向欧亚大陆输送,西伯利亚高压偏强,因而中国北方地区较气候态偏冷。中部型厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季气温负异常的显著区域分别位于东北大范围地区、内蒙古河套附近;东部型厄尔尼诺事件冬季显著的冷异常信号仅局限于黑龙江北部与大兴安岭地区;而中部型拉尼娜事件冬季虽伴随北大西洋涛动正位相,但其空间结构向西偏移,对下游中国北方地区气温的直接影响并不显著,可能受局地信号干扰较大。数值试验再现了北大西洋涛动以及中国北方冬季气温对不同类型ENSO的响应,进一步佐证了上述结论。此外,两类厄尔尼诺事件冬季中国东北地区日平均气温容易偏低,极端低温事件的发生频次增多;而两类拉尼娜事件对极端低温的影响较弱。      

IAP GCM模式大气背景环流在厄尔尼诺年的异常

本文分析了中国科学院大气物理研究所大气环流模式(IAP GCM)模式大气5～9月平均环流(本文称为背景环流)。结果表明;厄尔尼诺年一系列重要系统(南方涛动、瓦克环流、哈德莱环流、西太平洋副热带高压和热带辐合带)及大范围降水均发生明显异常;北半球西太平洋热带、副热带是环流异常的主要区域。它们与观测资料的分析结果基本一致,从而论证了该模式在低纬环流研究中的应用前景。     

南极涛动和北半球大气环流异常的联系

使用ECMWF逐日再分析资料分析研究了北半球冬季南极涛动和北半球大气环流异常之间的联系。资料的分析结果表明, 南极涛动和滞后其25～40天位于北大西洋地区的一个弱的类似于北大西洋涛动 (North Atlantic Oscillation, 简称NAO) 的偶极子模态, 以及伴随这一偶极子模态而出现的北半球中纬度纬向风异常之间存在着统计上的联系。处于正 (负) 位相的南极涛动对应着滞后25～40天后, 北大西洋高纬极区出现位势高度负 (正) 异常, 副热带大西洋出现位势高度正 (负) 异常; 同时, 在北半球中高纬度地区(45°N～65°N) 出现西 (东) 风异常, 中低纬度地区(25°N～40°N)出现东 (西) 风异常。文中也对资料分析结果进行了简单的动力学分析, 表明与南极涛动相联系的涡动动量异常是驱动北半球纬向平均纬向风异常的主要原因。     

东亚冬季风异常激发El Ni?o现象的数值试验研究

用全球海气耦合气候模式和海洋模式进行各种敏感性试验,研究东亚冬季风异常对El Ni(n)o事件形成的作用.结果表明东亚冬季风异常对于海洋热状态起了很大的作用.强冬季风年冬季所对应的海温距平为La Ni(n)a型,但在与冬季风异常相对应的风应力作用下,通过海气相互作用,由于赤道西太平洋西风异常和海温正距平的东传,可以使海温向着El Ni(n)o型分布发展;弱冬季风年冬季所对应的海温距平为El Ni(n)o型,后期则会转成La Ni(n)a型.冬季风异常的偏北风分量及赤道西风分量对海温所产生的影响各有差异,前者更多地影响太平洋西岸及暖池区,后者则对整个赤道太平洋热状态特别是El Ni(n)o形成起了重要的作用.在El Ni(n)o发展过程中起决定作用的主要不是风应力的强度,更关键的是异常风应力的持续时间.由于风应力的持续作用,El Ni(n)o发展特征更加显著.与冬季风异常相对应的纬向风分量特别是西风异常在El Ni(n)o发展中起主导作用;在单纯的海洋模式中经向风异常只能改变局地的西太平洋海温,并不能使东太平洋海温产生响应,即没有出现赤道暖水的东传过程.试验表明,海气耦合模式较单纯的海洋模式能更好地反映海气相互作用及El Ni(n)o的形成.     

西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国160站月平均降水和气温资料, 分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明:最近50年, 西太平洋海温指数 (WPI) 与南方涛动指数 (SOI) 之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI-SOI相关关系不显著时, 在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低) 海温-反气旋 (气旋) 异常环流系统, 不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系; 与此相对应, 冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI-SOI相关显著 (不显著) 时段, 冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强)。     

对流层上层副热带西风急流与东亚冬季风的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究冬季对流层上层西风急流的时空变化特征,提出表征急流强度和位置变化的指数,进而探讨西风急流与东亚冬季风的关系。结果表明:冬季西风急流强度指数体现了西太平洋与高纬大陆的热力对比,较好地反映了西伯利亚高压与阿留申低压的强度变化,可作为表征冬季风强弱变化的一个定量指标,急流增强(减弱)对应西伯利亚冷高压和阿留申低压加强(减弱),东亚冬季风偏强(弱)。急流强度指数与不同高度冬季风子系统的显著相关表明,东亚冬季风活动异常不只是对流层中低层的现象,而在整个对流层都有明显反映,低层的西伯利亚高压和阿留申低压、中层的欧亚脊、东亚大槽及西太平洋副热带高压与高层的西风急流是同相变化的。在此基础上还比较了急流强度指数和北极涛动指数(AO)与东亚冬季风的关系,急流强度变化体现了欧亚大陆与西太平洋的热力差异,而AO则主要反映极地与中纬度环状模的反相变化,所以急流强度变化与东亚冬季风的关系更为密切。     

冬季北太平洋涛动异常与东亚冬季风和我国天气气候的关系

用1948-2000年的北半球海平面气压场月平均资料，计算了北太平洋涛动指数和东亚冬季风指数，并研究了北太平洋涛动与东亚冬季风及我国冬季天气气候的关系。研究表明，北太平洋涛动异常变化与我国冬季天气、气候关系密切。强涛动年，东亚冬季风偏弱，我国气温普遍偏高，长江中下游地区降水偏少，而华南降水偏多；而弱涛动指数年，东亚冬季风偏强，我国气温普遍偏低，降水偏少。此外，还指出，强(弱)INPO年大气环流具有弱(强)WP型和强(弱)EU遥相关型。     

异常东亚冬季风对赤道西太平洋纬向风异常的影响

ENSO由于经常带来大范围的气候异常而倍受关注,赤道西太平洋的纬向风异常对ENSO的发生起着重要作用.首先对赤道西太平洋纬向风异常的发生进行研究,其结果清楚地表明它同东亚冬季风的异常有密切关系.异常强(弱)的东亚冬季风不仅能激发产生赤道西太平洋的西(东)风异常,而且还将在菲律宾以东的西太平洋上导致一个气旋性(反气旋性)环流的形成.研究还表明,上述异常流型产生的物理过程是异常东亚冬季风所造成的气压形势的动力影响,因为在强(弱)东亚冬季风影响下,赤道西太平洋地区会形成向西(东)的气压梯度,即( )p/( )x＜0(( )p/( )x＞0)的异常气压形势.通过赤道太平洋的海-气相互作用,赤道西太平洋的持续西(东)风异常则将进一步导致El Nino(La Ni(n)a)事件的发生.     

The Role of the Asian/Australian Monsoons and the Southern/Northern Oscillation in the ENSO Cycle

Summary  In this paper, we first examine the relationship of El Nino and La Nina events with the westerly wind anomalies over the western Pacific warm pool. On this basis, the roles of the Asian and Australian winter monsoons in the formation and progress of the westerly wind anomalies are studied. Finally, we analyze the associations of the Asian and Australian winter monsoons, the westerly wind anomalies and the El Nino and La Nina alternations with the propagating anomalies of the Southern and Northern Oscillation. The results show that the westerly wind bursts are frequent over the Maritime Continent and western Pacific, only those which can further intensify and propagate eastward are accompanied by an El Nino event. It is identified that the establishment and eastward propagation of westerly wind bursts are related to enhanced East Asian and Australian winter monsoon, respectively. The activities of the East Asian and Australian winter monsoon, the variation of the Pacific westerly and trade winds and the alternate appearance of El Nino and La Nina events should be internally connected. The main agents of this relationship are the eastward propagation of alternate positive and negative height anomalies associated with the Southern and Northern Oscillation on a 3–5 year time scale over the south and north tropical Pacific. Received January 4, 1998/Revised January 19, 1999     

亚澳季风异常与ENSO准四年变化的联系分析

分析了赤道地区纬向风的年际变化特征，以及亚澳季风与ENSO在各个位相的联系。结果表明：赤道纬向风变化与中东太平洋海温变化在准四年周期上是强烈耦合的；在El Eino期间东亚冬季风弱，夏季风强，而南亚夏季风弱，反之，在La Nina期间东亚冬季风强，夏季风弱，而南亚夏季风强；东亚地区的异常北风有利于西太平洋西风异常爆发，使得东太平洋海温升高，但只有随后在中东太平洋出现持续性西风异常，El Nino才能发展，其中来自太平洋中部的异常北风（并不是来自东亚大陆地区）和南太平洋中部的异常南风的辐合对中东太平洋出现持续性西风异常起重要的作用，尤其是澳大利亚东北部的季风异常的影响更为显。     

INFLUENCE OF TIBETAN PLATEAU ON AIR-SEA INTERACTION OVER TROPICAL PACIFIC IN OCEAN-ATMOSPHERIC COUPLED SYSTEM*

A hybrid coupled ocean-atmosphere model is designed,which consists of a global atmospheric general circulation model(L9R15 AGCM)and a simple ocean model(ZC ocean model over tropical Pacific).Using the model,experimental predictions are performed for the 1986/87 El Nino event and the 1988/89 La Nina event with and without the Tibetan Plateau respectively(called TP FORC and NTP FORC hereinafter).It is found as follows:(1)The coupled system can successfully predict the El Nino or La Nina event even if the Tibetan Plateau orography is not included in the model.The patterns of SSTA and wind anomalies in the model without the Tibetan Plateau are similar to those with the Tibetan Plateau,which further verifies the fact that ENSO process is mainly caused by the air-sea interaction in tropical Pacific.(2)However.the existence of the Tibetan Plateau exerts its influences on the intensity and duration of El Nino(or La Nina).It is unfavorable to the development and maintenance of westerly anomalies,so to some extent,restrains the development of El Nino,but favors the development of La Nina.(3)Effects of the Tibetan Plateau orography on the wind anomalies in the coupled system are different from those inuncoupled AGCM simulation.     

INFLUENCE OF TIBETAN PLATEAU ON AIR-SEA INTERACTION OVER TROPICAL PACIFIC IN OCEAN-ATMOSPHERIC COUPLED SYSTEM

A hybrid coupled ocean-atmosphere model is designed,which consists of a global atmosphericgeneral circulation model(L9R15 AGCM)and a simple ocean model(ZC ocean model over tropicalPacific).Using the model,experimental predictions are performed for the 1986/87 El Nino eventand the 1988/89 La Nina event with and without the Tibetan Plateau respectively(called TPFORC and NTP FORC hereinafter).It is found as follows:(1)The coupled system cansuccessfully predict the El Nino or La Nina event even if the Tibetan Plateau orography is notincluded in the model.The patterns of SSTA and wind anomalies in the model without the TibetanPlateau are similar to those with the Tibetan Plateau,which further verifies the fact that ENSOprocess is mainly caused by the air-sea interaction in tropical Pacific.(2)However.the existenceof the Tibetan Plateau exerts its influences on the intensity and duration of El Nino(or La Nina).It is unfavorable to the development and maintenance of westerly anomalies,so to some extent,restrains the development of El Nino,but favors the development of La Nina.(3)Effects of theTibetan Plateau orography on the wind anomalies in the coupled system are different from those inuncoupled AGCM simulation.     

CMIP5模式对春季北极涛动影响后期冬季ENSO不对称性的模拟能力分析

根据观测资料的研究指出春季北极涛动(Arctic Oscillation, AO)对随后冬季厄尔尼诺-南方涛动(El Nino–Southern Oscillation, ENSO)的影响具有明显不对称性。春季AO处于正位相时,它对随后冬季厄尔尼诺(El Nino)事件的影响显著,然而春季AO负位相对随后冬季拉尼娜(La Nina)的影响不明显。本研究分析了30个来自CMIP5的耦合模式对春季AO与随后冬季ENSO不对称性关系的模拟能力。30个CMIP5耦合模式中,只有CNRM-CM5和GISS-E2-H-CC模式能较好地抓住春季AO与冬季ENSO的联系。进一步分析这两个模式中春季AO与冬季ENSO的不对称性关系,发现CNRM-CM5模式能较好地再现春季AO与冬季ENSO的非对称关系,即春季AO正(负)位相会导致赤道中东太平洋出现El Nino(La Nina)型海表温度增暖(冷却)。然而,GISS-E2-H-CC模式的模拟结果显示,春季AO对随后冬季ENSO的影响是对称的。本文随后解释了CNRM-CM5(GISS-E2-H-CC)模式能(不能)模拟出春季AO与冬季ENSO不对称关系的原因。对于CNRMCM5模式,在春季AO正位相年,副热带西北太平洋上空存在明显的异常气旋和正降水异常,正降水异常通过Gill型大气响应对赤道西太平洋异常西风的形成和维持起着重要作用,异常西风通过激发向东传播的暖赤道Kelvin波对随后冬季El Nino事件的发生产生显著的影响;然而,在春季AO负位相年,副热带北太平洋的异常反气旋和负降水异常较弱,导致赤道西太平洋的异常东风不明显,因此,春季AO负异常对随后冬季La Nina的影响不显著。所以,CNRM-CM5模式能够较好地抓住春季AO对随后冬季ENSO事件的非对称性影响。相比之下,对于GISS-E2-H-CC模式,春季AO正(负)位相年副热带西北太平洋上存在显著的正(负)降水异常,通过Gill型大气响应在赤道西太平洋激发出明显的异常西(东)风从而影响随后冬季的El Nino(La Nina)事件。因此,在GISS-E2-H-CC模式中,春季AO对随后冬季ENSO具有对称性影响。另外,模式捕捉春季AO对随后冬季ENSO非对称性影响的能力与模式对春季AO空间结构的模拟能力有一定的联系。     

东亚冬季风异常与ENSO循环关系的进一步研究

通过对1955～1989年35年的观测资料的合成分析,进一步指出东亚冬季风与ElNino、LaNina事件存在着明显的相互作用、相互影响的循环关系.这种循环关系一方面表现在异常强(弱)东亚冬季风通过激发赤道中西太平洋地区的异常西(东)风以及强(弱)对流活动,而最终使得ElNino(LaNina)事件爆发;另一方面,ElNino(LaNina)的爆发将通过大气遥响应,使得东亚冬季风偏弱(强).功率谱分析也表明,东亚冬季风与ENSO循环相互作用主要表现在3～5年的周期上,同时准2年周期也很明显.       

NUMERICAL SIMULATION OF LAG INFLUENCE OF ENSO ON EAST-ASIAN MONSOON

By prescribing sea surface temperature anomalies(SSTAs)over eastern equatorial Pacific inJanuary—March,the lag influence of ENSO(El Nino and La Nina)on monsoon over East Asiahas been studied.The results suggest that,due to the excitation of atmospheric low-frequencyoscillation by the SSTA,ENSO has significant lag influence on the monsoon over East Asia.During the summer after E1 Nino,the subtropical high over western Pacific is intensified andshows the northward and westward displacement,meanwhile,the rainfall over East China isbelow normal,especially in North China:during the winter after E1 Nino,both the Asian troughand the winter monsoon over East Asia are strengthened.During the summer after La Nina,theanomalous subtropical high prevails over the lower reaches of Yangtze(Changjiang)River,therainfall between Yangtze and Huaihe Rivers is below normal:during the winter after La Nina,both the Asian trough and the winter monsoon over East Asia are weaker.Compared with LaNina,the effect of El Nino is stronger,but it is not always opposite to the one of La Nina.     

STUDY ON THE QUASI-FOUR YEAR OSCILLATION OF AIR-SEA INTERACTION*

Complex Singular Value Decomposition(CSVD)analysis technique was applied to study the Quasi Four year Oscillation(QFO)of air sea interaction and its coupled pattern evolution during different phases.Results show that:(1)CSVD method can better reveal phase relation between two physical fields:(2)Not only northerly anomalies from Northern Hemisphere but also southerly anomalies from Southern Hemisphere contribute to EI Nino.They converge in western equatorial Pacific,leading to outburst of strong equatorial westerly anomalies,and result in strong El Nino event onset:(3)An abnormal subtropical anticyclone circulation appears over northwestern Pacific while El Nino developing.It favors transitions from the warm SST(EINino)to the cold SST(La Nina),just as the tropical westerly anomalies produced by abnormal cyclone during a decaying La Nina.which encourage the development of El Nino:(4)The westerly anomalies in equatorial Pacific are mainly induced by eastward abnormal subtropical cyclone pairs,which are located in north and south Pacific respectively,and are not the eastward westerly anomalies from equatorial Indian Ocean.     

STUDY ON THE QUASI-FOUR YEAR OSCILLATION OF AIR-SEA INTERACTION

Complex Singular Value Decomposition(CSVD)analysis technique was applied to study theQuasi Four year Oscillation(QFO)of air sea interaction and its coupled pattern evolution duringdifferent phases.Results show that:(1)CSVD method can better reveal phase relation betweentwo physical fields:(2)Not only northerly anomalies from Northern Hemisphere but alsosoutherly anomalies from Southern Hemisphere contribute to EI Nino.They converge in westernequatorial Pacific,leading to outburst of strong equatorial westerly anomalies,and result in strongEl Nino event onset:(3)An abnormal subtropical anticyclone circulation appears overnorthwestern Pacific while El Nino developing.It favors transitions from the warm SST(EINino)to the cold SST(La Nina),just as the tropical westerly anomalies produced by abnormalcyclone during a decaying La Nina.which encourage the development of El Nino:(4)Thewesterly anomalies in equatorial Pacific are mainly induced by eastward abnormal subtropicalcyclone pairs,which are located in north and south Pacific respectively,and are not the eastwardwesterly anomalies from equatorial Indian Ocean.     

ElNino事件当年和次年夏季低纬环流特征的初步分析

分析１９５０年以来中等强度以上的ＥｌＮｉｎｏ和ＬａＮｉｎａ当年和次年夏季低纬度风场和５００ｈＰａ高度距平场发现有不同特征。其中中－西太平洋近赤道地区８５０、２００ｈＰａ上风场异常变化十分明显,这种异常变化与南北半球大气相互作用有密切关系。