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。     

热带印度洋偶极子模态的不对称性及其成因的数值研究

热带印度洋偶极子 (Indian Ocean Dipole) 是印度洋海域内海洋和大气环流年际变化的主要特征模态之一, 在热带海气耦合系统中起到非常重要的作用。同热带太平洋的ENSO现象类似, 热带印度洋偶极子也呈现出显著的不对称性。本文利用中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋环流模式, 在观测风应力距平的强迫下, 评估了模式对热带印度洋季节变化、 热带印度洋偶极子 (IOD) 模态及其不对称性的模拟能力, 并且通过数值试验分析了IOD模态不对称性特征及其对气候平均态的影响。对照观测资料, 模式较好地再现了热带印度洋SST在季风驱动下的季节变化特征。在年际时间尺度上, 模式不仅能够再现IOD指数的变化趋势, 而且可以成功模拟出IOD模态的空间分布特征, 即表层和次表层海温在西印度洋表现为正异常, 在东印度洋表现为负异常。可见, 对于热带印度洋而言, IOD模态主要是对风应力异常的响应。热带印度洋海温与Niño3.4指数的相关性分析表明, 模式能够模拟出超前热带太平洋ENSO现象2～4个月时海温的偶极子型分布, 但是不能模拟出滞后ENSO现象2个月左右的全海盆增暖模态, 可能是因为模式试验中没有考虑热通量年际异常的强迫。同时, 模式模拟的IOD模态具有同观测结果相类似的不对称性, 进一步的敏感性试验表明风应力的不对称性对偶极子指数的不对称性贡献较小, 次表层及以下海温的不对称性可能主要受到海洋内部非线性动力过程的影响。通过数值试验, 本文还发现热带印度洋海温的不对称性对气候平均态会有影响, 而这种不对称性长期积累后, 会导致上层热带印度洋温度层结趋于稳定状态。     

近20年来热带印度洋与热带太平洋海气系统相互作用特征的诊断研究

利用1979年1月～1998年12月的月平均海表温度(SST)、向外长波辐射(OLR)和l000hPa纬向风速等NCEP/NCAR再分析资料，对近20年来热带印度洋与太平洋海温异常(SSTA)及相关的环流特征量进行综合分析和研究，发现热带印度洋的内部耦合动力特征模态—偶极子模的强度，存在着年代间的差异，80年代偏弱，90年代偏强。热带印度洋与热带太平洋海气耦合系统之间存在着相互作用，80年代热带印度洋的SSTA主要是对太平洋ENSO的响应，90年代太平洋ENSO的异常发展在一定程度上是受印度洋偶极子模态异常活跃影响的结果。从观测资料诊断分析的角度，找出了90年代后ZC耦合模式对ENSO事件预报失败的可能原因。     

热带印度洋海表面温度偶极子模态的气候演变特征

利用1960年1月—2008年12月共49 a的SODA资料和滑动EOF方法,对热带印度洋海表面温度异常 (SSTA) 偶极子模态 (IODM) 的气候演变特征进行了分析。结果表明:(1) 热带印度洋SSTA在间隔1 a,长度为10 a的滑动过程中IODM空间型经历了由南北向偶极子向东西向偶极子分布的演变,并非总是呈东西向的分布;(2) 在南北向偶极子期间,10 °S以北 (以南) 的热带印度洋SST总体上是降温 (升温) 的,而在东西向偶极子期间,热带东 (西) 印度洋SST总体上呈现准年代际尺度的升 (降) 温与降 (升) 温交替变化特征;(3) IODM还存在4次明显的准年代际变化,时间分别出现在1976、1987、1994和2005年;(4) IODM的方差贡献率与滑动EOF第一模态间有一种反位相变化的趋势。      

印度洋偶极子与热带太平洋海洋表面温度异常多时间尺度相互作用初析

本文利用交叉谱方法, 将印度洋偶极子 (简称IOD) 与ENSO的相关关系分解到不同的时间尺度上来分析, 进而通过对海气耦合过程的初步分析, 讨论了不同时间尺度上IOD与ENSO的相互作用。结果表明, IOD与ENSO在准1～2年、 准3年、 准4年等三个时间尺度上存在显著相关, 同时, IOD还存在一个独立于ENSO的模态, 主要表现在准8个月时间尺度上。从海气相互作用的角度看, 在与ENSO相关的三个特征时间尺度上, IOD年际变率主要通过引发热带印度洋纬向风异常并且东传到太平洋, 从而引起热带中东太平洋海温的年际变率。与ENSO相对独立的IOD模态则没有类似的纬向风异常东传过程。此外, 在上述四个不同时间尺度上, 产生IOD变率的印度洋海气耦合过程不尽相同, 各具特点。     

1976/1977年前后热带印度洋海表温度年际异常的变化

基于1948～2005年NCEP/NCAR（美国大气研究中心/环境预测中心）再分析资料,讨论了1976/1977年前后的年代际气候变化对热带印度洋海表温度（SST）年际变率特征的影响,结果表明:在气候变化前后,ENSO都能导致热带印度洋SSTA（海表面温度异常）出现全海盆同号的变化,这种模态在冬季最强;气候变化前与变化后相比,该模态对该地区海温年际变率的方差贡献大22.1%, 达到最强的时间早2个月。气候变化前,秋季热带印度洋SSTA的主导年际变率模态表现为全海盆同号,变化后则表现为“偶极子模态”（IODM）。导致上述SSTA特征变化的重要原因,是气候变化前后印度洋风场对ENSO的响应不同。在气候变化前,与ENSO相关联的热带印度洋东风异常首先在夏季出现,而变化后则首先在春季出现,并且有一反气旋性环流异常维持在热带东南印度洋。     

Impact of Southern Indian ocean dipole via the ITCZ on winter and spring precipitation in China

本文分析了1979-2021年南印度洋冬季海表面温度特征,印度洋热带辐合带(ITCZ)位置变化及其对中国冬春季降水的影响.EOF分析第一模态表明南印度洋冬季海表面温度异常显示西南-东北反相分布,即南印度洋偶极子模态(SIOD).分离厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)信号后,纯SIOD事件对同年冬季和次年春季的印度洋ITCZ位置(35°-75°E平均)均有影响,冬季,纯正(负)SIOD事件使印度洋ITCZ往南(北)移动.春季,SIOD则使印度洋ITCZ移动方向与冬季相反,且移动幅度更大.冬,春季长江中下游地区(MLYR)的降水量与印度洋ITCZ位置分别呈正,负相关.同时,在纯正(负)SIOD事件下,冬,春季MLYR的降水分别减少,增加,可见印度洋ITCZ位置变化可能是SIOD影响MLYR冬,春季降水的媒介之一.     

热带印度洋海温异常不同模态对南海夏季风爆发的可能影响

热带印度洋海温异常两种主要的模态分别是春季最强的全区一致型海温变化和秋季发展成熟的东西反位相偶极型模态, 本文主要分析了这两种海温模态对当年南海夏季风爆发的不同影响机制。对热带印度洋全区一致增暖和变冷年份的合成分析表明: 热带印度洋的增暖 (变冷) 通过海气相互作用激发印度洋－西太平洋异常的Walker环流圈, 加强 (减弱) 西太平洋副热带高压的强度, 进而有利于南海夏季风爆发的推迟 (提早)。由于热带印度洋全区一致型海温变化滞后响应于前冬ENSO事件, 因此, 作者提出热带印度洋的这种海温模态对维持ENSO对第二年南海夏季风爆发的影响起到了重要的传递作用。作者进一步通过1994年个例研究了热带印度洋偶极型海温模态对南海夏季风爆发的可能影响。1994年的热带印度洋偶极子在初夏就表现出很强的强度, 显著削弱了印度洋的夏季风环流, 尤其是索马里急流和赤道印度洋西风气流的强度。南海上游季风气流的减弱以及热带印度洋异常反气旋的发展阻碍了印度洋西南季风向南海的推进, 从而使得这一年南海夏季风爆发偏晚大约2候。     

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。     

热带印度洋次表层偶极子模态及其1997/1998年过程诊断分析研究

利用EOF分解及相关统计方法研究了热带印度洋400m以上的次表层海温异常并对1997/1998年热带印度洋偶极子事件过程进行诊断分析研究。结果表明:热带印度洋次表层400m以上的部分海温距平最大是在100m左右的深度, 就整个热带印度洋而言, 自20世纪80年代以来, 次表层60m以上出现了变暖的趋势, 而80m以下则出现了降温的趋势。同时在热带印度洋次表层80m深度存在着比海表更强的偶极子模态。1997/1998年发生在印度洋海表东冷西暖型的偶极子事件, 是东印度洋次表层的海温正距平西传的结果, 而海温正距平的西传与热带印度洋上东风异常有关, 其物理机制是东风异常激发的Rossby波的作用。     

热带太平洋与印度洋相互作用的年代际变化

利用全球海表海温资料（GISST）和NCEP／NCAR再分析资料,研究了热带太平洋与印度洋之间的相互作用及其在不同年代二者作用关系的变化。结果表明：热带印度洋偶板子指数超前热带太平洋Nin03指数2月时相关最大,印度洋单板子指数滞后Nin03指数3～4月时相关最大。印度洋偶板子在一定程度上影响E1 Nino事件的发生,而E1 Nino事件的发生、发展会影响印度洋单板子事件的发生。热带印度洋偶板子事件与热带太平洋ENSO事件的相互作用在1961年发生了明显跃变,其原因可能是1961年之前热带印度洋偶板子对热带太平洋上空的纬向风影响很小,而1961年以后其影响明显加强。热带印度洋单板子事件与热带太平洋ENSO事件的相关一直显著,没有明显跃变。     

Indian Ocean Dipole-related Predictability Barriers Induced by Initial Errors in the Tropical Indian Ocean in a CGCM

利用GFDL CM2p1模式, 本文探讨了初始海温误差对印度洋偶极子(IOD)事件可预报性的影响. 当热带印度洋存在初始海温误差时, IOD预报发生了冬季预报障碍(WPB)现象和夏季预报障碍(SPB)现象. WPB发生与否与正IOD事件发展位相冬季的厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关. 即当冬季存在ENSO时, IOD预测不发生WPB现象, 反之亦然. 相比之下, SPB发生与否和ENSO没有必然联系. 此外, 进一步探讨了最容易导致SPB现象的初始海温误差的主要模态, 指出该模态在热带印度洋上表现为东-西偶极子型, 这和前人研究中最容易导致WPB现象的初始海温误差模态相似. 当在热带印度洋上叠加这些初始海温误差后, 热带太平洋上出现了海表温度异常和风场异常, 进而通过大气桥和印尼贯穿流的作用影响热带印度洋, 使之在夏季出现了东-西偶极子型的海表温度异常, 该异常在Bjerknes作用下快速发展, 加强, 最终导致SPB现象的发生.     

热带印度洋海温海盆一致模的变化规律及其对东亚夏季气候影响的回顾

近十几年,热带印度洋对全球气候的作用越来越受到关注.本文从热带印度洋气候态特征、海温海盆一致模的变化规律以及对东亚夏季气候的影响方面回顾了这些研究工作,并且对这些研究以及存在的不足做了系统的总结.     

RELATIONSHIPS BETWEEN AUTUMN INDIAN OCEAN DIPOLE MODE AND THE STRENGTH OF SCS SUMMER MONSOON

Based on 1948 - 2004 monthly Reynolds Sea Surface Temperature (SST) and NCEP/NCAR atmospheric reanalysis data, the relationships between autumn Indian Ocean Dipole Mode (IODM) and the strength of South China Sea (SCS) Summer Monsoon are investigated through the EOF and smooth correlation methods. The results are as the following. (1) There are two dominant modes of autumn SSTA over the tropical Indian Ocean. They are the uniformly signed basin-wide mode (USBM) and Indian Ocean dipole mode (IODM), respectively. The SSTA associated with USBM are prevailing decadal to interdecadal variability characterized by a unanimous pattern, while the IODM mainly represents interannual variability of SSTA. (2) When positive (negative) IODM exists over the tropical Indian Ocean during the preceding fall, the SCS summer monsoon will be weak (strong). The negative correlation between the interannual variability of IODM and that of SCS summer monsoon is significant during the warm phase of long-term trend but insignificant during the cool phase. (3) When the SCS summer monsoon is strong (weak), the IODM will be in its positive (negative) phase during the following fall season. The positive correlation between the interannual variability of SCS summer monsoon and that of IODM is significant during both the warm and cool phase of the long-term trend, but insignificant during the transition between the two phases.     

热带印度洋秋季偶极子模态与南海夏季风强度变化的关系

利用多年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP／NCAR全球大气再分析资料，采用经验正交函数（EOF）分析和滑动相关方法，研究了热带印度洋秋季偶极子模态和南海夏季风强度变化的关系。结果表明：（1）热带印度洋秋季海表温度距平（SSTA）的主要模态是全区一致型和偶极子（IOD）型，全区一致型模态主要代表了秋季SSTA全海盆一致的年代际及其以上时间尺度的变化，IOD型模态主要反映热带印度洋秋季SSTA年际时间尺度的变化。（2）当前期秋季热带印度洋存在正（负）IOD模态时，南海的夏季风强度减弱（增强）。二者年际变化的负相关关系在长期趋势的冷位相期不显著，而在暖位相期显著。（3）当南海夏季风强度增强（减弱）时，后期秋季热带印度洋出现正（负）IOD模态。二者年际变化的正相关关系在长期趋势的冷、暖位相期显著，在冷、暖位相转换期前后不显著。     

The Positive Indian Ocean Dipole–like Response in the Tropical Indian Ocean to Global Warming

Climate models project a positive Indian Ocean Dipole(p IOD)–like SST response in the tropical Indian Ocean to global warming. By employing the Community Earth System Model and applying an overriding technique to its ocean component(version 2 of the Parallel Ocean Program), this study investigates the similarities and differences of the formation mechanisms for the changes in the tropical Indian Ocean during the p IOD versus global warming. Results show that their formation processes and related seasonality are quite similar; in particular, wind–thermocline–SST feedback is the leading mechanism in producing the anomalous cooling over the eastern tropics in both cases. Some differences are also found, including the fact that the cooling effect of the vertical advection over the eastern tropical Indian Ocean is dominated by the anomalous vertical velocity during the p IOD but by the anomalous upper-ocean stratification under global warming. These findings are further examined through an analysis of the mixed layer heat budget.     

印度洋海温异常与南亚高压东西振荡的关系

利用1952~2001年的印度洋海表温度资料、NCEP/NCAR的高度场资料,采用小波分析、交叉谱分析等方法,讨论了印度洋海温偶极子指数与南亚高压东西振荡的关系。结果表明:印度洋偶极子指数与南亚高压存在明显的负相关,且春季印度洋偶极子指数对同年夏季南亚高压的东西振荡有一定指示作用。印度洋偶极子指数与南亚高压东伸指数均存在8 a左右显著时间尺度。两者在1.5~8 a的周期上存在密切联系,在3 a左右的周期上,印度洋偶极子指数变化超前于南亚高压东伸指数,说明印度洋海温异常是影响南亚高压东西振荡的重要因素之一。     

Subsurface influence on SST in the tropical Indian Ocean: structure and interannual variability

Interannual variations of subsurface influence on SST in the Indian Ocean show strong seasonality. The subsurface influence on SST confines to the southern Indian Ocean (SIO) in boreal winter and spring; it is observed on both sides of the equator in boreal summer and fall. Interannual long Rossby waves are at the heart of this influence, and contribute significantly to the coupled climate variability in the tropical Indian Ocean (TIO). Principal forcing mechanism for the generation of these interannual waves in the Indian Ocean and the relative influence of two dominant interannual signals in the tropics, namely El Niño and Southern Oscillation (ENSO) and Indian Ocean Dipole (IOD), are also discussed. Two distinct regions dominated by either of the above climate signals are identified. IOD dominates the forcing of the off-equatorial Rossby waves, north of 10°S, and the forcing comes mainly from the anomalous Ekman pumping associated with the IOD. However, after the demise of IOD activity by December, Rossby waves are dominantly forced by ENSO, particularly south of 10°S.It is found that the subsurface feedback in the northern flank of the southern Indian Ocean ridge region (north of 10°S) significantly influences the central east African rainfall in boreal fall. The Indian Ocean coupled process further holds considerable capability of predicting the east African rainfall by one season ahead. Decadal modulation of the subsurface influence is also noticed during the study period. The subsurface influence north of 10°S coherently varies with the IOD, while it varies coherently with the ENSO south of this latitude.     

Circulation Patterns Linked to the Positive Sub-Tropical Indian Ocean Dipole

The positive phase of the subtropical Indian Ocean dipole(SIOD) is one of the climatic modes in the subtropical southern Indian Ocean that influences the austral summer inter-annual rainfall variability in parts of southern Africa. This paper examines austral summer rain-bearing circulation types(CTs) in Africa south of the equator that are related to the positive SIOD and the dynamics through which specific rainfall regions in southern Africa can be influenced by this relationship. Four austral...     

Different Relationships Between Spring SST in the Indian and Pacific Oceans and Summer Precipitation in China

Observational and reanalysis data are used to investigate the different relationships between boreal spring sea surface temperature （SST） in the Indian and Pacific oceans and summer precipitation in China. Partial correlation analysis reveals that the effects of spring Indian Ocean SST （IO SST） and Pacific SST （PSST） anomalies on summer precipitation in China are qualitatively opposite. When IO SST anomalies are considered independently of PSST anomalies, precipitation decreases south of the Yangtze River, in most areas of Inner Mongolia, and in some parts of Liaoning Province, and increases in the Yangtze River valley, parts of southwestern and northern China, northeastern Inner Mongolia, and Heilongjiang Province. This results in a negative-positive-negative-positive pattern of precipitation anomalies in China from south to north. When PSST anomalies （particularly those in the Nin o3.4 region） are considered independently of IO SST anomalies, the pattern of precipitation anomalies in China is positive-negative-positive-negative from south to north. The genesis of summer precipitation anomalies in China is also examined when El Nin o-Southern Oscillation （ENSO） signals are removed from the ocean and atmosphere. An anticyclonic low-level wind anomaly forms in the South China Sea-Northwest Pacific area when the IO SST anomaly （SSTA） is warm and the Northwest Pacific SSTA is cold. This anticyclonic anomaly substantially influences summer precipitation in China. Anomalous warming of tropical IO SST induces positive geopotential height anomalies in the subtropics and an east-west dipole pattern in midlatitudes over Asia. These anomalies also affect summer precipitation in China.