ENSO循环的两个不同位相期印度海洋表温度异常的特征分析

通过对ENSO循环的两个不同位相中印度洋地区海表温度变化特征的分析，指出印度洋地区的海温变化与赤道东太平洋地区的海温变化有较好 的相关关系，是ENSO循环的重要组成部分，对应于赤道东太平洋暖位相期，印度洋地区的海温分布为东冷西暖，与此相反，在赤道东太平洋冷位相，印度洋地区的温分布为东暖西冷，进一步的分析还发现，印度洋东，西部地区海温变化纬向差异最明显的区域位于印度洋赤道以南0－25℃附近，且这种差异具有明显的年季变化特征，在整个夏季风期间差异较大，而冬季风期间较小，其中冷位相期间的纬向差异比暖位相期间的纬向差异大，代表印度洋纬向差异的IDM（偶极指数）变化与赤道东太平洋地区的海温变化有很好的正相关关系。     

热带印度洋的大尺度海气相互作用事件

分析了热带温跃层上海温距平资料后指出 ,在印度洋东西方向的海温距平分布呈现出距平符号相反的偶极子现象 ,在大气中的纬圈环流即Walker环流上也呈现出与海温距平相协调的或匹配的上升和下沉分支 (距平意义下 )分布。这一分析表明 ,印度洋也存在和太平洋类似ENSO的大尺度海气相互作用事件     

IMPACTS OF THE TROPICAL PACIFIC COUPLED PROCESS ON THE INTERANNUAL VARIABILITY IN THE INDIAN OCEAN

The basic features of climatology and interannual variations of tropical Pacific and Indian Oceans were analyzed using a coupled general circulation model (CGCM), which was constituted with an intermediate 2.5-layer ocean model and atmosphere model ECHAM4. The CGCM well captures the spatial and temporal structure of the Pacific El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) and the variability features in the tropical Indian Ocean. The influence of Pacific air-sea coupled process on the Indian Ocean variability was investigated carefully by conducting numerical experiments. Results show that the occurrence frequency of positive/negative Indian Ocean Dipole (IOD) event will decrease/increase with the presence/absence of the coupled process in the Pacific Ocean. Further analysis demonstrated that the air-sea coupled process in the Pacific Ocean affects the IOD variability mainly by influencing the zonal gradient of thermocline via modulating the background sea surface wind.     

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。     

Influence of positive and negative Indian Ocean Dipoles on ENSO via the Indonesian Throughflow: Results from sensitivity experiments

The role of the Indonesian Throughflow(ITF) in the influence of the Indian Ocean Dipole(IOD) on ENSO is investigated using version 2 of the Parallel Ocean Program(POP2) ocean general circulation model. We demonstrate the results through sensitivity experiments on both positive and negative IOD events from observations and coupled general circulation model simulations. By shutting down the atmospheric bridge while maintaining the tropical oceanic channel, the IOD forcing is shown to influence the ENSO event in the following year, and the role of the ITF is emphasized. During positive IOD events,negative sea surface height anomalies(SSHAs) occur in the eastern Indian Ocean, indicating the existence of upwelling.These upwelling anomalies pass through the Indonesian seas and enter the western tropical Pacific, resulting in cold anomalies there. These cold temperature anomalies further propagate to the eastern equatorial Pacific, and ultimately induce a La Nia-like mode in the following year. In contrast, during negative IOD events, positive SSHAs are established in the eastern Indian Ocean, leading to downwelling anomalies that can also propagate into the subsurface of the western Pacific Ocean and travel further eastward. These downwelling anomalies induce negative ITF transport anomalies, and an El Nio-like mode in the tropical eastern Pacific Ocean that persists into the following year. The effects of negative and positive IOD events on ENSO via the ITF are symmetric. Finally, we also estimate the contribution of IOD forcing in explaining the Pacific variability associated with ENSO via ITF.     

印度洋海气相互作用对热带夏季大气环流气候态的影响

利用分辨率较高的SINTEX-F(Scale INTeraction EXperiment-FRCGC) 海气耦合模式, 进行多组长时间积分模拟和理想试验, 分析研究热带印度洋海气耦合对夏季大气环流气候态的影响。主要结果有: (1) 热带印度洋海气相互作用使热带东印度洋产生明显的东风变化, 使热带中西太平洋赤道北部产生气旋性切变变化。 (2) 印度洋海气相互作用对大气环流气候态的影响绝大部分由于大气对海气相互作用的响应存在年际变化正负距平不对称性造成, 这种年际变化不对称性包括正偶极子与负偶极子的不对称、 海盆宽度正异常与海盆宽度负异常的不对称。 (3) 年际和季节内两种时间尺度海气相互作用对印度洋关键区大气环流平均态都有影响, 约各占60%、 40%; 季节内尺度海气相互作用对太平洋近赤道区大气环流平均态有重要影响; 年际尺度海气相互作用对太平洋赤道外地区大气环流平均态有重要影响。热带印度洋年际尺度、 季节内尺度海气相互作用对大气环流气候态的影响, 都存在年际变化以及年际变化正负距平不对称性。这两种尺度海气相互作用主要通过年际变化正负距平不对称性而对大气环流平均态产生影响。     

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。     

Resonance Effect in Interaction Between South Asian Summer Monsoon and ENSO During 1958–2018

The study has shown that the shear component of the vertical integrated kinetic energy (Ks) over the box (40oE–100oE, 0o–20oN) can be used as a measure of the intensity of the South Asian summer monsoon (SASM). Based on its value averaged between June and August, the SASM can be divided into strong and weak monsoon episodes. Between 1958 and 2018, there existed 16 (16) strong (weak) monsoon episodes. Based on the calendar year, the relationship between the SASM and the ENSO episodes can be grouped into six patterns: weak monsoon - El Ni?o (WM-EN), normal monsoon - El Ni?o (NM-EN), weak monsoon - non ENSO (WM-NE), strong monsoon - La Ni?a (SM-LN), normal monsoon - La Ni?a (NM-LN) and strong monsoon - non ENSO (SM-NE). Previous studies have suggested that the WM-EN and SM-LN patterns reflect the correlated relationship between the SASM and El Ni?o/Southern Oscillation (ENSO) events. Therefore, we name these two strongly coupled categories WM-EN and SM-LN as the resonance effect. Two important circulations, Walker circulation (WC) and zonal Asian monsoon circulation (MC), in the vertical plane are found to be not always correlated. MC is controlled by thermal gradients between the Asian landmass and the tropical Indian Ocean, while the WC associated with the ENSO event is primarily the east-west thermal gradient between the tropical South Pacific and the tropical Indian Ocean. Furthermore, the gradient directions caused by different surface thermal conditions are different. The main factor for the resonance effect is the phenomenon that the symbols of SSTA in the tropical Indian Ocean and the equatorial eastern Pacific are the same, but are opposite to that of the SSTA near the maritime continent.     

南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系

使用江西省82站1959—2016年6月降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,研究了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系,并运用大尺度局地涡度倾向变化方程诊断了年际、年代际变化引起的局地涡度倾向异常对江西6月降水的贡献,解释了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水年际关系发生年代际改变的原因。结果表明南印度洋大气垂直环流与江西6月降水有密切的关系,且两者的年际关系存在年代际变化:（1）二者关系在1960年代末和1990年代初发生了两次转变,1969年前为显著正相关,1969—1989年相关性不明显,1990年后又转变为显著正相关。（2）江西6月降水偏多年,500 hPa上东亚地区从中高纬到低纬为“+ - +”距平符号分布,江西区域异常正涡度,低层南北风距平在江西上空交汇;降水偏少年环流异常则相反。（3）南印度洋大气垂直环流可引起东亚环流异常,使江西区域涡度正异常;但其影响与背景场的变化有关。动力诊断表明,1969—1989年南印度洋大气垂直环流年际异常对江西局地涡度为正贡献,但年代际异常为负贡献,削弱了年际异常的作用;1990—2016年阶段年际异常为正贡献,同时年代际异常也为正贡献,加强了年际异常的作用,使得其与江西6月降水的正相关显著。      

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料，分析发现，上年秋季尤其是11月的赤道（热带）印度洋偶极子（tropical Indian Ocean dipole, TIOD）模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析，结果表明：上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致，显示出从高纬度到低纬度“+、-、+”的相关分布，反映出当上年11月TIOD正位相（负位相）时，次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显（不明显）、中纬度30°～37°N低值系统活跃（不活跃），西太平洋副热带高压偏强（弱）、位置偏南（北）的重庆夏季典型的降水偏多环流特征；前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时，两个事件的作用相互叠加，使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南，造成重庆夏季降水的异常偏多。     

印度洋对ENSO事件的响应:观测与模拟

观测事实显示,在El Ni(n～)o期间,伴随着赤道中东太平洋表层海温(SST)的升高,热带印度洋SST出现正距平.作者利用海气耦合模式模拟了印度洋对ENSO事件的上述响应,并进而讨论了其物理机制.所用模式为法国国家科研中心Pierre-Simon-Laplace 全球环境科学联合实验室(IPSL)发展的全球海气耦合模式.该模式成功地控制了气候漂移,能够合理再现印度洋的基本气候态.观测中与ENSO相关的热带印度洋SST变化,表现为全海盆一致的正距平,并且这种变化要滞后赤道中东太平洋SST变化大约一个季度,意味着它主要是对东太平洋SST强迫的一种遥响应,模式结果也支持这一机制,尽管模式中的南方涛动现象被夸大了,使得模拟的与ENSO相关联的SST正距平的位置南移,阿拉伯海和孟加拉湾被负距平(而不是正距平)所控制.研究表明,东太平洋主要通过大气桥影响潜热释放来影响印度洋SST变化.赤道东太平洋El Ni(n～)o事件的发展,导致印度洋上空风场异常自东而西传播;伴随着风场的变化,潜热发生相应变化,并最终导致SST异常的发生.非洲东海岸受索马里急流控制的海域,其SST的变化不能简单地利用热通量的变化来解释.证据显示,印度洋的增暖是ENSO事件发生的结果而不是其前期信号.     

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

热带太平洋海气耦合过程对印度洋年际变化的影响

利用中等复杂程度的2.5层海洋模式和大气环流模式ECHAM4组成的海气耦合模式,模拟分析了热带太平洋和印度洋的气候变化以及年际变化特征。该模式较好地模拟了ENSO现象的空间分布及其不规则的周期变化特征,以及热带印度洋的主要变化特征。通过数值试验,初步研究了太平洋耦合过程对印度洋年际变化的影响。结果显示,当存在太平洋耦合过程时,模拟的印度洋偶极子(IOD)正(负)事件的发生频率比无太平洋耦合情形时有所减少(增加)。该变化是太平洋耦合变量通过海气耦合过程对印度洋海表面平均风场进行调整,进而引起热带印度洋温跃层深度东西梯度改变的结果。     

赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温(SST)确实存在着偶极子型振荡的变化特征,它在9～11月最强,而在1～4月最弱;年际变化(4～5年周期)和年代际变化(主要为20～25年周期)也十分清楚.这个偶极子主要有正位相型(海温西高东低)和负位相型(海温东高西低);一般正位相型的振幅强于负位相型.尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子(类似ENSO)有很好负相关.它们的联系主要是赤道大气纬向(Walker)环流.资料分析表明,赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高压和西太平洋副高都有明显关系,表明它对亚洲季风活动有重要影响.     

EFFECTS OF INDIAN OCEAN SSTA WITH ENSO ON WINTER RAINFALL IN CHINA

Based on Hadley Center monthly global SST, 1960-2009 NCEP/NCAR reanalysis data and observation rainfall data over 160 stations across China, the combined effect of Indian Ocean Dipole （IOD） and Pacific SSTA （ENSO） on winter rainfall in China and their different roles are investigated in the work. The study focuses on the differences among the winter precipitation pattern during the years with Indian Ocean Dipole （IOD） only, ENSO only, and IOD and ENSO concurrence. It is shown that although the occurrences of the sea surface temperature anomalies of IOD and ENSO are of a high degree of synergy, their impacts on the winter precipitation are not the same. In the year with positive phase of IOD, the winter rainfall will be more than normal in Southwest China （except western Yunnan）, North China and Northeast China while it will be less in Yangtze River and Huaihe River Basins. The result is contrary during the year with negative phase of IOD. However, the impact of IOD positive phase on winter precipitation is more significant than that of the negative phase. When the IOD appears along with ENSO, the ENSO signal will enhance the influence of IOD on winter precipitation of Southwest China （except western Yunnan）, Inner Mongolia and Northeast China. In addition, this paper makes a preliminary analysis of the circulation causes of the relationship between IOD and the winter rainfall in China.     

NCEP/CFSR再分析耦合资料中MJO对ENSO的影响研究

基于1979—2008年NCEP/CFSR再分析耦合数据集,研究了冬季MJO对ENSO事件的影响。结果表明,在年际时间尺度以及长期的年代际时间尺度上,热带印度洋MJO活动的强弱性都可以影响热带中东太平洋ENSO事件的发生和发展。在年际时间尺度上,ENSO发生前期征兆的赤道中东太平洋的西风爆发事件(Westerly Wind Burst,WWB),作为MJO影响ENSO的主要途径,存在着显著的次季节时间尺度的变化。相对于气候平均的赤道太平洋西部暖池区上升而东部下沉的Walker环流,MJO正位相东传后的西风异常,减弱了低层东风和赤道东太平洋海水上翻。这一上升海流的减弱导致了中东赤道太平洋的海温升高,从而有利于ENSO暖海温事件的发生。而在年代际时间尺度上,MJO范围和强度在1998年前后出现了明显的转变,1998年之前MJO的东移范围更东,强度更强,从而导致了西太平洋西风爆发区的次季节西风异常事件更加显著,在Bjeknes正反馈机制下对应了年代际时间尺度下的强尼诺事件出现,1998年之后则与之相反。冬季MJO对ENSO影响的这一年代际特征主要体现在晚冬季节,而在早冬伴随着印度洋的增暖,MJO强度一直在逐年增加。     

THE INFLUENCE OF PERSISTENT ANOMALY OF MJO ON ENSO

In this study, two possible persistent anomalies of the Madden-Julian Oscillation mode (MJO) are found in the summer season (persistently Pacific active and Indian Ocean active), and an index is set to define the intensity of the two modes. They are proved to have high statistical correlations to the later ENSO events in the autumn and winter seasons: When persistent anomaly of MJO happens in the Pacific Ocean in summer, El Ni?o events are often induced during the autumn and winter seasons of that year. However, during the other MJO mode when the summer persistent anomaly of MJO occurs in the Indian Ocean, La Ni?a events often follow instead. The analysis of the atmospheric circulation field indicates that persistent anomaly of MJO can probably affect the entire Equatorial Pacific circulation, and results in wind stress anomalies. The wind stress anomalies could excite warm or cold water masses which propagate eastwards at the subsurface ocean. The accumulation of warm or cold subsurface water in the Equatorial Eastern Pacific Ocean may eventually lead to the formation of an ENSO.     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系 II.机理分析

通过区分ENSO外部影响和偶极子内部局地作用,探讨了前期春季的印度洋海温异常对南海夏季风建立早晚的可能影响途径。结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)的情况下,全区一致型的海温分布主要通过影响热带印度洋上空纬向季风环流的强弱来影响南海夏季风建立的早晚。去除ENSO信号后,非ENSO全区一致型的海温分布则主要通过影响低层东西向的气压差异和对流层中上层的南北温度梯度的逆转,进而对南海夏季风建立的早晚产生影响;而南印度洋偶极子(SIODM)型的海温分布则主要通过影响亚洲大陆热低压、西太平洋副热带高压和高低层的辐合辐散运动影响南海夏季风的建立。     

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。