太平洋海温场两种不同时间尺度气候模态的分析

利用经验正交函数分解、多元线性回归分析、小波分析和离散功率谱等方法,对太平洋年代际振荡(PDO)和ENSO的关系进行研究,发现太平洋海温场中主要存在着PDO和ENSO两种气候模态.用线性回归分析方法对这两种模态进行分离,结果表明,去除ENSO信息后,太平洋海温变化的关键区出现于北太平洋中纬度地区,PDO的信号很明显;而去除PDO信息后,海温变化的关键区位于赤道中、东太平洋地区,ENSO的信号较明显,此时ENSO循环不具有年代际振荡的特征,表明PDO对ENSO的调制作用是ENSO事件具有年代际变化特征的重要原因.     

近50年来长江入海径流量对太平洋年代际震荡变化的响应

太平洋年代际震荡(Pacific Decadal Oscillation)是类似于ENS0型的具有年代际时间尺度变化的太平洋气候变率.PDO既对长期的气候变化趋势产生扰动,又会对年际变化事件(如ENSO)产生重要影响,可使ENSO事件的频率和强度改变,以致影响到ENSO和季风的关系.通过对百年来的PDO数据进行HHT分...     

GFDL模式不同类型试验模拟海洋中CFC-11分布结果的评估

为了评估美国地球物理流体动力学实验室(GFDL)模式模拟海洋通风的能力,利用GFDL的物理气候系统模式和地球系统模式(GFDL-ESM2G、GFDL-ESM2M、GFDL-CM3)模拟海洋中CFC-11(一氟三氯甲烷,CCl3F)的资料,对CFC-11的海面浓度分布、单位面积水柱总量、全球总物质的量、最大穿透深度以及在大西洋、太平洋、南大洋的垂直剖面的特征进行了分析。本文将GFDL模拟结果与盐度、海温、CFC-11的观测资料比较,得到了如下重要结论:GFDL模式模拟的CFC-11海面高值中心集中在高纬度,如北大西洋、西北太平洋,但是在南大洋罗斯海、威德尔海模拟结果比观测值低了1.5 pmol·kg~(-1),这是CFC-11的溶解度与海面温度成负相关造成的,即随海面温度升高,CFC-11的溶解度降低; GFDL模拟的全球海洋中CFC-11总物质的量都比观测值高,尤其是CM3的模拟结果比观测高22.9%,GFDL模式平均值高于观测15.6%。通过对北太平洋46°N、北大西洋24°N和南大洋65°S的纬向断面的分析表明,目前GFDL模式在模拟一些重要水团时还有一定的改进空间,比如GFDL在24°N断面1 000 m以下模拟CFC-11浓度极大值位置过深。     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

淮河流域5～6月降水的年际及年代际变化

对淮河流域降水异常进行分析对于预测黄海绿潮具有重要意义。选取淮河流域10个站,长江流域15个站,通过对国家气象信息中心1951~2011年的逐月降水数据进行分析,研究淮河流域和长江流域5~6月平均降水异常。2000~2010年,淮河流域5~6月降水呈现增加趋势,与长江流域降水呈反位相变化。分别对淮河流域5~6月平均降水异常与印度洋偶极子指数(Dipole Mode Index,DMI),以及太平洋年代际振荡(the Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数做相关性分析,结果表明:淮河流域5~6月平均降水异常与6个月前的DMI指数达到最大正相关,与20个月前的北太平洋(20°N以北)SST呈现明显的负相关,与PDO指数达到最大负相关。这表明,PDO、DMI指数对淮河流域5~6月降水异常的年代际、年际变化具有明显的指示作用。     

PDO的三维空间结构和时间演变特征

利用再分析次表层海温资料和CCSM3模式的1870-1999年130 a模拟试验的结果,分析了北太平洋年代际变化(PDO)的三维空间结构和时间演变特征.结果表明,CCSM3模式较好的模拟了北太平洋年代际变化的主要特征,对再分析资料和模式结果的分析都表明从北太平洋表层至次表层的中层,年代际变化是非常显著的,PDO不仅仅局...     

区域海气耦合模式FROALS模拟的西北太平洋环流及其年际变率

本文利用区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System)对西北太平洋地区1984-2007年连续积分结果,对比SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料讨论了西北太平洋海表温度和表层洋流的气候态及年际变率。结果表明,FROALS基本能够再现冬、夏季季节平均的海温型,但均存在一个明显的冷偏差;FROALS对气候平均态的表层洋流有较高的模拟技巧,对于冬、夏季的表层洋流型都能够再现。另外,表层洋流的模拟偏差与海表高度的模拟偏差直接相关。由于模式模拟的黑潮热输送较观测偏强,使得模式模拟的海洋热输送倾向于使黑潮路径上的海温呈现正偏差。从表层洋流的年际变率来看,模式模拟的与ENSO(El Nio-South Oscillation)相联系的年际变率信号与观测相似:在El Nio年,北赤道流和棉兰老流增强,低纬度西太平洋海表高度降低,而在La Nia年则呈现出相反的形态,但是在模式中这种信号稍强于观测。     

太平洋表层海温的年代际变化

众所周知，ENSO(El Nino/ Southern Oscillation)是发生在热带太平洋的年际时间尺度上最强的气候信号，与 El Nino (La Nina)相应的正(负)海温距平(SSTA)主要分布于赤道中东太平洋地区(Rasmusson et al.，1982)。相对于热带太平洋的年际ENSO现象，人们注意到北太平洋海平面气压(SLP)存在更长周期的年代际变化(Trenberth et al.，1994)，有人认为这与北太平洋的表层温度(SST)变化有关(Latif et al.，1994)，也有人认为与热带SST的异常关系更为密切(Jacobs et al.，1994)。20世纪80年代后的ENSO事件和20世纪60，70年代有明显的差别(Wang，1995)，20世纪90年后El Nino发生频数增加，并且在1997和1998年出现了20世纪最强的一次Nino事件(McPhaden，1999)。 因此，不论是作为大气年代际变化可能的一个驱动因子，还是作为年际ENSO的背景场，从整体上了解太平洋SST的年代际时间尺度上的时、空变化特征都是十分重要的。     

热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

一个重构的153年热带太平洋次表层上卷海温资料

次表层上卷海温对改进ENSO(厄尔尼诺-南方涛动,El Ni o-Southern Oscillation)模拟水平及ENSO年代际变化均具有重要作用。利用一个中等复杂程度耦合模式(intermediate coupled model,简称ICM)和Nudging(张弛逼近)同化方法,重构了1856—2008年间热带太平洋地区的次表层上卷海温。统计检验表明,重构的次表层上卷海温与近50年的3种分析资料间具有较高的相关性和较小的均方根误差。此外,通过此重构的次表层上卷海温资料重新驱动ICM模式,模拟得到的海表温度距平(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)可以真实地反映出ENSO的年际和年代际变化,表明此重构的次表层上卷海温资料可用于气候研究,特别是用于ENSO的大尺度低频变化或年代际气候变化研究。     

南海海面高度变化及其与太平洋上涛动信号的关系

本文使用循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法分析了南海海面高度(SCS-SSH)的时空变化模态,并对它们与太平洋海盆尺度振荡的关系进行了探讨分析。结果表明,SCS-SSH的第一个CSEOF模态是季节变化模态,其变化强度受到一个与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关的低频信号的调制,即在厄尔尼诺期间季节变化的幅度减弱(最大可降低30%,1997/98)而在拉尼娜期间季节变化增强。SCS-SSH的第二个CSEOF模态是年际-年代际尺度的低频变化模态,其空间模态的月与月之间的差异微弱,而时间模态和太平洋年代际振荡(PDO)指数高度相关。然后,我们使用独立成分分析(ICA)方法提取了太平洋中的五个主要振荡成分,并检验了它们对SCS-SSH变化的各自影响。分析表明,纯粹的ENSO模态(类似于太平洋东部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化的影响比较微弱,而ENSO的红化模态(类似于太平洋中部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化具有明显影响。由于ENSO的红化模态是PDO信号的一个主要成分,这一结果解释了为什么在影响SCS-SSH的低频变化上PDO比ENSO更重要。径向鞍型振荡模态、黑潮延伸体处的增温模态、以及赤道的降温模态也由ICA方法提取出来,但它们对SCS-SSH低频变异的影响微弱。进一步的分析表明,太平洋的涛动信号可能以不同的方式来影响南海海面高度变化和海表温度变化。     

IPCC AR4模式对热带气旋热力控制因子的模拟评估

海平面温度是影响热带气旋活动重要的大尺度环境热力控制因子,根据1948-1999年热带地区(30°S-30°N)海平面温度(SST)的气候场、线性趋势、年代际变化与年际变化的空间结构特征,分别就24个IPCC AR4模式的模拟性能进行评估.结果表明,虽然24个IPCC AR4模式对SST气候场的模拟性能都比较好,但大部...     

南海海表面温度年代际异常变化特征及其与PDO的联系

利用奇异谱分析和小波分析的方法,分析了南海海表面温度异常(SSTA)在年代际尺度上的变化特征及其与太平洋年代际涛动(PDO)之间的关系.发现南海 SSTA 年代际振荡与年循环之间存在一定程度上的锁相:在冬、春季较强,而夏、秋季则较弱.此外,在过去的140多年,南海 SSTA 年代际振荡显著衰弱.通过与 PDO 指数进行相关分析发现,在年代际尺度上 PDO 与南海 SSTA 具有一定的相关性.一方面这种相关性只在20世纪前50年比较显著,这在一定程度上解释了为何南海 SSTA 的年代际振荡表现出衰减的趋势;另一方面,当 PDO 位相超前南海 SSTA 位相3到6个月时,两者表现出较强的相关性.进一步分析表明,PDO 可能通过调控赤道东太平洋 SST,从而影响南海 SSTA 的年代际变化.     

Decadal modes of sea surface salinity and the water cycle in the tropical Pacific Ocean: The anomalous late 1990s

Limitations in sea surface salinity (SSS) observations and timescale separation methods have led to an incomplete picture of the mechanisms of SSS decadal variability in the tropical Pacific Ocean, where the El Niño Southern Oscillation (ENSO) dominates. Little is known regarding the roles of the North Pacific Gyre Oscillation (NPGO) and the Pacific Decadal Oscillation (PDO) in the large-scale SSS variability over the tropical basin. A self-organizing map (SOM) clustering analysis is performed on the intrinsic mode function (IMF) maps, which are decomposed from SSS and other hydrological fields by ensemble empirical mode decomposition (EEMD), to extract their asymmetric features on decadal timescales over the tropical Pacific. For SSS, an anomalous pattern appeared during 1997 to 2004, a period referred to as the anomalous late 1990s, when strong freshening prevailed in large areas over the southwestern basin and moderate salinization occurred in the western equatorial Pacific. During this period, the precipitation and surface currents were simultaneously subjected to anomalous fluctuations: the precipitation dipole and zonal current divergence along the equator coincided with the SSS increase in the far western equatorial Pacific, while the weak zonal current convergence in the southwestern basin and large-scale southward meridional currents tended to induce SSS decreases there. The dominant decadal modes of SSS and sea surface temperature (SST) in the tropical Pacific both resemble the NPGO but occur predominantly during the negative and positive NPGO phases, respectively. The similarities between the NPGO and Central Pacific ENSO (CP-ENSO) in their power spectra and associated spatial patterns in the tropics imply their dynamical links; the correspondence between the NPGO-like patterns during negative (positive) phases and the CP La Niña (CP El Niño) patterns for SSS is also discussed.     

Decadal variations of the transport and bifurcation of the Pacific North Equatorial Current

Decadal variations of the transport and bifurcation latitude of the North Equatorial Current (NEC) in the northwestern tropical Pacific Ocean over 1959–2011 are investigated using outputs of the Ocean Analysis/Reanalysis System 3 prepared by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. The results indicate that the NEC transports at different longitudes have different decadal fluctuations, which are strongest around 139°E. The NEC bifurcation latitude (NBL) has its largest decadal variations around 150 m. Extremes of the decadal NEC transport and NBL before 1975 correspond to different circulation anomalies from those after 1975. The regression map against decadal NBL exhibits negative sea surface height (SSH) anomalies and a cyclonic gyre anomaly over the northwestern tropical Pacific Ocean, while that against the decadal NEC transport exhibits a dipole structure, with positive/negative SSH anomalies to the north/south of about 13°N. Furthermore, decadal variations of the NEC transport and NBL over the whole period have different correlations with Pacific Decadal Oscillation (PDO) and Tropical Pacific Decadal Variability (TPDV). Generally, the decadal NEC transport shows higher correlations with PDO than with TPDV, while the NBL has higher correlations with TPDV than with PDO. The high correlation of decadal NEC transport with PDO mainly comes from that of its northern branch with PDO, while its southern branch shows higher correlation with TPDV.     

ITF in a coupled GCM and its interannual variability related to ENSO and IOD

1 Introduction Indonesian Throughflow (ITF) connects the Indian and Pacific Oceans at low latitudes. There is the well- known interannual variability, El Ni%o, over the tropical Pacific. The recent finding of Indian Ocean Dipole (IOD) (Saji et al., 1999; …     

热带太平洋海平面低频变化

本文选取ECMWF ORAS4再分析数据对1959-2015年热带太平洋海平面的低频变化进行了分析。热带太平洋海平面年际变化第一模态反映了ENSO爆发阶段的海平面变化,热带东、西太平洋变化反相,其时间序列与Niño3.4指数高度相关。海平面第二模态则体现了El Niño爆发前后热带太平洋暖水的输运过程。El Niño爆发前热带西太平洋暖水聚集的位置,以及爆发后暖水向赤道外输运的位置在两类El Niño事件中均有所不同。此外,ENSO的周期在近半个世纪发生了显著的年代际变化,这一变化与热带太平洋的年代际变化有关。热带太平洋的年代际变化对海平面趋势变化也有着显著的影响。卫星高度计观测到的近20年海平面的快速上升（下降）正是由20世纪90年代后热带太平洋频繁的位相转换引起的。