太平洋沃克环流近几十年来的加强

太平洋沃克环流的强度随全球变暖而减弱,但有研究表明近几十年太平洋沃克环流呈增强趋势,两者是否矛盾?文章用1979年至2014年的再分析数据资料分析了近几十年来太平洋沃克环流强度的变化特征,各要素场均表明太平洋沃克环流的强度在过去几十年呈显著的增强趋势,且太平洋沃克环流的强度在年际变化尺度上与ENSO相关性很强。之前有关太平洋沃克环流的研究多局限于太平洋海盆内部,文章通过印太三极模态理论对太平洋沃克环流的年代际变化进行解释。研究发现,印度洋沃克环流与太平洋沃克环流存在同样的增强趋势。印太暖池海温、印度洋?太平洋沃克环流及海洋性大陆区域上升运动组成了一个简单的反馈系统,暖池海温的升高使海洋性大陆区域大气辐聚上升运动增强,两沃克环流随之增强;底层纬向风的增强使暖池区域的暖水堆积增多,从而使暖池区海温进一步升高,两沃克环流也进一步增强。同时近几十年太平洋年代际振荡(PDO)由暖位相到冷位相的转换导致中东太平洋海温降低,暖池增暖及中东太平洋变冷使太平洋海温梯度增加,最终导致太平洋沃克环流过去几十年的增强。     

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。     

PDO对夏季江淮地区雨量与太平洋海温年际相关的影响

研究了在太平洋年代际振荡(PDO)不同位相中夏季江淮地区降水与太平洋海温年际相关空间分布的差异,讨论了产生这种变化的可能的物理机制.结果表明,PDO冷暖位相中夏季江淮地区降水量与太平洋海温年际耦合振荡周期和强度均存在显著差异.PDO冷位相中, 夏季江淮地区降水与前期冬季西南太平洋和同期夏季黑潮区海温在7～8 a 时间尺度上的耦合最显著;而在PDO暖位相中,与这些地区海温呈现极显著的准2 a耦合振荡,并且与同期夏季赤道东太平洋地区海温的准2 a耦合振荡也迅速加强.西太平洋地区海温的耦合振荡作用区域是时间稳定的,而东太平洋地区海温的耦合振荡作用区域存在时变性.因此,PDO 对夏季江淮地区降水和太平洋海温年际耦合振荡的强度和周期的年代际变化有重要影响.     

南沙暖水变化及其与ENSO和西太副高的耦合关系

南沙暖水域位于南海南部,濒临赤道,处于Walker环流上升区和南北半球气流交换的通道上,是南海海温较高的区域,也是海气相互作用的敏感地区。热带海域海洋及大气环流的变化对该海域海温的变化有着重要影响。 以往的研究表明,南海海温与赤道中、东太平洋水温和西太平洋副热带高压关系密切(钮智旺,1994;陈永利,1996)。南海是一个半封闭性海域,南海海温的变化与热带西太平洋水温之间具有非“承接”性(周发琇,1991),与西太平洋之间的水体交换不可能是引起南海海温变化的主要原因。那么,赤道中、东太平洋海温及副高是通过什么过程影响南海海温呢?它们之间的相互关系如何?西太平洋副热带高压是控制南海海域的主要天气系统，厄尔尼诺和南方涛动是热带太平洋地区海洋、大气中的两种大尺度异常现象,南海海温与它们之间的耦合关系可能就是影响海温变化的过程。本文根据综合海洋大气资料(COADS),分析了南沙暖水的变化与南海海温的关系,并借助功率谱和交叉谱分析了南沙暖水的变化周期以及与赤道东、中太平洋水温、南方涛动和西太副高之间的显著耦合频域及相互耦合振荡关系,以探讨南沙暖水与ENSO(埃尔尼诺-南方涛动)和西太副高之间的内在联系及海温变化的原因,对于研究南沙暖水域及南海海温变化的物理成因有着重要意义。     

南方涛动年际变化的周期

一、前言自从半个世纪前沃克发现并命名了“南方涛动”(SO)以来,许多气象学家和海洋学家相继对南方涛动现象进行了大量研究。到60年代后期,许多学者又把它与厄尔尼诺(ElNino)现象联系起来,统称为厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)现象。已有的研究结果表明:南方涛动远远不是仅仅涉及到东南太平洋上的高压带与北澳大利亚到印度尼西亚低压带间海平面气压波动,它已被看成是全球尺度的年际气候变化的一个最突出的标志,并且它和热带海平面的气压变化、季风降雨及北美和热带以外的其他地区的冬季环流变化有关。此外,还有的研究把它与印度的干旱、北半球的大气平均温度、渔业捕获量和农业     

ENSO知识讲座 第四讲 ENSO与大气遥相关

1 大气遥相关瓦克环流和哈得莱环流都是对热带海洋热源强迫的响应，为热力直接环流，属于准静止斜压运动。南方涛动正是反映了热带地区直接热力环流的年际变化。热带地区直接热力环流的年际变化使热带地区大气环流发生明显的年际变化，特别是反映在气压场和风场的变化上，从而影响了热带地区的气候变化，主要特征是降水、气温以及风的异常。     

北太平洋冬季大气年代际振荡及其相关的SST变化

20世纪60年代， Namias(1969)就发现北太平洋海平面气压(SLP)存在10a以上长周期的变化，这种变化与北美冬季气温异常密切相关。70年代以后，又有人(White et al.，1972； Trenberth，1990； Trenberth et al.，1994)对上述变化作了进一步的验证，并指出1976年以后北太平洋的SLP异常偏低，即阿留申低压异常偏强。以阿留申低压为主要活动中心的大气年代际振荡被称为北太平洋涛动(NPDO)，它与北大西洋涛动(NAO)一起构成年代际气候变动最重要的观测依据，北太平洋年代际振荡的机制也引起了人们的广泛兴趣。作为大气运动的缓变下垫面强迫之一的海表面温度(SST)，它的异常变化对年际气候的显著影响已被公认(Wallace et al.，1981，1998)，由此推断，其对年代际时间尺度气候变化的影响可能也不可忽视。众所周知，SST年际变化最显著区位于赤道中东太平洋(如Nino 3区)，而与北太平洋年代际振荡显著相关的SST变化(时间变化和空间分布)又如何呢?作者就这一问题，分析了北太平洋大气环流年代际振荡的时、空变化特征，并揭示了与之相关的SST变化的时间变化和空间分布。     

北太平洋海温和赤道信风变化特征及其关系

本文根据北太平洋海温信息区特征,把北太平洋海温场划分为四个区域,通过谱分析得到:赤道中太平洋与热带西太平洋的海温变化基本一致,赤道中、东太平洋信风应力变化具有相同周期振荡;各海区平均海温和赤道地区信风应力在显著凝聚的60个月周期变化次序上和ENSO形成的Wyrtki理论颇为相似,其中,赤道中太平洋信风首先发生变化,而致使源地及赤道东太平洋海温随之变化中,中纬度太平洋中部海温的变化可能成为过程的中间环节。     

北方涛动和南方涛动与太平洋海温关系的对比分析

本文对太平洋气压场和海温场相互关系的分析,不仅证实了近年来一些研究提出的北方涛动与赤道东太平洋海温变化的关系,而且进一步揭示了北方涛动与太平洋海温相关最显著区域是在赤道太平洋日界线以东附近、Namias海区和加利福尼亚洋流区,而南方涛动与东太平洋和秘鲁沿岸的海温关系密切.并发现南、北方涛动虽处于同一3-4年的振荡系统中,但对各次埃尔尼诺过程而言,南、北方涛动指数的极值和相对强度都不尽一致.分析表明,埃尔尼诺现象的三种不同增温类型与南、北方涛动影响赤道太平洋海温在空间上的差异,以及位相和相对强度的不同匹配状态有相当程度的联系.     

地形与热源强迫下的南方涛动

用El Nino和La Nina位相时的海温异常和地形作为大气下垫面的异常强迫,引入IAP的两层原始方程大气环流模式,模拟出了南方涛动的典型结构.当去掉地形后,仅仅由海温异常也能模拟出太平洋东西部的气压异常振荡,但太平洋东部振荡中心的位置并不与观测的一致.由此可见,观测到的南方涛动是在实际地形下对全球海温异常的响应.     

东南沿海前汛期与后汛期降水的比较分析

本文通过对东南沿海前汛期降水与后汛期降水的多年气候变化及500hPa环流场和北太平洋海温场对比分析发现:前汛期降水与后汛期降水在年代际变化上差异明显。前汛期降水逐年变化幅度小,大旱、大涝年少;后汛期降水逐年变化幅度大,大旱、大涝年多。前汛期降水与后汛期降水的大旱、大涝年环流形势场和海温场均存在明显差异。在与北半球500hPa高度场和北太平洋海温场的相关分布上,表现出基本相反的分布类型。计算分析还发现,前期8～9月和冬季1～2月北半球副高,尤其是太平洋副高与前汛期降水相关尚好。前期1月赤道洋流区中部海域的海温,对前汛期降水均有较好的预测指示意义。前期2月北大西洋涛动和黑潮区以东至太平洋中部海域的海温对后汛期降水具有较好的预测指示意义。     

两类El Ni?o发展机制的差异

基于海洋与大气再分析数据,对1950—2010年间的El Ni?o事件进行了分类与合成分析;对比分析了两类El Ni?o事件的发展过程。结果发现,两类El Ni?o事件暖信号的发展经历了不同的过程:中部型El Ni?o暖信号的起源主要受到北太平洋低层大气环流的影响,而东部型El Ni?o暖信号来源于热带太平洋海洋温跃层。在中部型El Ni?o前期冬、春季,北太平洋涛动型大气环流使副热带北太平洋信风减弱,SST增暖。在"风-蒸发-SST"机制的作用下,SST正异常传播到热带太平洋中部,热带太平洋中西部产生西风异常,大气对流发展,热带太平洋东部受东风异常的控制。当中部型El Ni?o发展成熟时,大气对流中心与海温异常中心位于热带太平洋中部;在东部型El Ni?o前期冬、春季,西北副热带太平洋的西风异常使热带太平洋产生暖开尔文波,并向东传播到热带太平洋东部,使其表层海温增暖。在Bjerkness正反馈机制的作用下,表层暖信号发展并向西传播。东部型El Ni?o发展成熟时,大气对流中心与海温异常中心位于热带太平洋东部。     

IPCC耦合模式对北太平洋海-气系统冬季重现的模拟

冬季重现(再现)是中高纬度大尺度海表温度重要的持续性特征，是热带外海洋特有的现象。北太平洋大气环流也存在这一现象，它可能会强迫产生这一海域海温的冬季重现。本文利用IPCC 20C3M耦合模式资料，评估了耦合模式模拟北太平洋海–气系统冬季重现的能力。北太平洋海温冬季重现的空间范围是海盆尺度的，中部重现时间比其周围晚。大气环流场的冬季重现主要是在北太平洋中部，它与海温冬季重现关系密切。大多数IPCC耦合模式基本上可以模拟出太平洋海温大范围的冬季重现现象。与重现范围的模拟相比，耦合模式对重现时间地理差异的模拟都比较差。各模式对大气环流冬季重现时空分布特征的模拟较差，大部分模式未能模拟出大气环流场中主要的重现区域。而且，大气环流冬季重现对海温重现的可能影响并没有体现在这些耦合模式中。耦合模式对北太平洋大气冬季重现的模拟还有待改善。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

ENSO强度模拟差异对全球变暖下热带太平洋大气变化预估结果的影响

热带太平洋海洋-大气耦合系统对全球变暖的响应是气候变化的热点问题。前人研究发现,气候模式的模拟偏差对于全球变暖响应结果有重要影响。本文利用美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)的地球系统模式(The Community Earth System Model,CESM)中的大气模式(Community Atmosphere Model version 5, CAM5)设计数值试验,在相同的SST(Sea Surface Temperature)增暖强迫下,通过改变海洋SST的年际变化振幅,来分析热带海洋年际变化强度的模拟对未来热带海区降水和大气环流场未来变化的影响。试验结果表明,随着SST年际变化强度的增加,全球变暖后热带太平洋降水变化的东西不对称性,以及向暖池区域辐合的风场变化等特征都逐渐减弱。进一步的分析发现,不同年际变化信号导致的大气场变化差异主要发生在冬季,是由于热带太平洋SST年际变化主模态ENSO(El Niňo-Southern Oscillation)的不对称性造成的:在厄尔尼诺年,强(弱)的年际变化信号会造成降水在东太平洋产生较大(小)的变化;而在拉尼娜年和正常年份,年际变化信号的强弱对热带降水变化的影响则不大。当热带海温的年际变化较大时,厄尔尼诺年的海温异常更强,造成的降水和风场的变化特征也会更加显著。     

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.     

东亚季风过渡带降水变化特征及物理机制研究进展

东亚季风过渡带地处东亚夏季风北边缘附近,是典型的生态脆弱区与气候敏感带。东亚季风过渡带降水变化同时与东亚夏季风和中高纬西风带环流系统的变化密切关联,变异机理与典型季风区和干旱区降水有较大差别。目前专门针对东亚季风过渡带降水变异机理的研究还比较少。 此文从东亚季风过渡带夏季降水的年际、年代际变化特征和物理机制出发,分别回顾热带关键区的海温异常和中高纬环流系统等对东亚季风过渡带夏季降水年际变化的影响,以及太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡与气候系统外强迫对东亚季风过渡带降水年代际变化的贡献。最后, 在进展回顾的基础上,展望定量区分外强迫和内部变率对东亚季风过渡带降水年代际变化的相对贡献等未来需进一步开展的研究方向。     

热带太平洋10月份海气联合复EOF分析

利用复EOF分析,将热带太平洋10月份的大气环流风场和大洋上层环流场作为一个整体,对其作了动力统计诊断,用以考察热带太平洋10月份大气大洋耦合环流的年际和年代际变化,并揭示其与厄尔尼诺和南方涛动(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陷度特征,而大气风场则无此现象;第一模态与ENSO循环有密切关系,揭示了Walker环流异常;第一模态的垂直运动风场反映了热带太平洋赤道辐合带和南太平洋辐合带上垂直运动的异常;第二模态偏差风场的经向分量大于第一模态,反映了Hadley环流的异常;第二模态与ENSO循环有联系,但关系不如第一模态那样密切。     

中国近海海温年际年代际振荡关键海区分析研究

用HADLEY中心的HadISST的海温资料、NCEP的大气资料、国家气象局发布的74个月平均环流指数和美国华盛顿大学的PDO指数,讨论研究了中国近海海温的年际年代际振荡。通过对我国近海海温的EOF分析,可以发现我国近海30 N附近是海温年际年代际振荡信号最强的关键区,它占了总量的58.2%,与澳大利亚东北沿海海温年代际振荡有相同的周期,最明显周期是44—45年,滞后PDO信号近15年左右。该关键区海温与澳大利亚东北沿海海温都还存在1年、5年和15年的振荡,它们的相关系数达到0.604,属于同一个模态。另外,1年的海温振荡信号除了澳大利亚东北沿岸以外,还沿着西太平洋海岸线分布,因此中国近海海温年际年代际振荡不是一种局地现象,而与太平洋海温变化有关。另外,它是海气相互作用的结果,与中高纬度的东亚大槽和低纬度太平洋印度洋的风场、西太平洋副高和南海副高、大气温度场甚至南半球环流有明显的关系。     

ENSO知识讲座

第四讲 ENSO与大气遥相关 1大气遥相关 瓦克环流和哈得莱环流都是对热带海洋热源强迫的响应,为热力直接环流,属于准静止斜压运动.南方涛动正是反映了热带地区直接热力环流的年际变化.