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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系Ⅰ.耦合分析

运用CSVD和联合CSVD等较新颖的统计方法,在去除/未去除ENSO影响的思路下,探讨了印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系,结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)影响的情况下,全区一致型的海温异常分布对南海夏季风建立迟早起着重要的作用.当全区温度距平为正(负)时,南海夏季风建立较晚(早).在去除了ENSO信号的影响后,非ENSO全区一致型和SIODM型是影响南海夏季风建立早晚的两个主要的印度洋海温分布型.对于非ENSO全区一致型的海温分布,当前期海温全区为负(正)距平时,南海夏季风建立较早(晚).而对于SIODM型的海温分布,则当前期海温距平为西负东正(西正东负)的SIODM型时,南海夏季风建立较早(晚).     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系I.耦合分析

运用CSVD和联合CSVD等较新颖的统计方法,在去除/未去除ENSO影响的思路下,探讨了印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系,结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)影响的情况下,全区一致型的海温异常分布对南海夏季风建立迟早起着重要的作用。当全区温度距平为正(负)时,南海夏季风建立较晚(早)。在去除了ENSO信号的影响后,非ENSO全区一致型和SIODM型是影响南海夏季风建立早晚的两个主要的印度洋海温分布型。对于非ENSO全区一致型的海温分布,当前期海温全区为负(正)距平时,南海夏季风建立较早(晚)。而对于SIODM型的海温分布,则当前期海温距平为西负东正(西正东负)的SIODM型时,南海夏季风建立较早(晚)。     

Pacific decadal oscillation and the decadal change in the intensity of the interannual variability of the South China Sea summer monsoon

本研究表明,二十世纪南海夏季风的年际变率强度在一定程度上受到太平洋年代际振荡(PDO)的调控,PDO处于暖(冷)位相时南海夏季风的年际变率强度偏强(弱)。热带太平洋海温的年际变率强度及南海夏季风与ENSO的关系在上述调控中起到重要作用。PDO处于暖位相时,热带太平洋海温变率偏大,ENSO事件偏强,因而沃克环流及西北太平洋反气旋异常的位置和强度均发生改变,最终导致南海夏季风与热带太平洋海温的相互作用更强,南海夏季风年际变率强度增大,反之亦然。     

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。     

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。     

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.     

南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究

用合成和相关分析方法及SVD技术研究了南海夏季风爆发早、晚年份4～6月季风建立时期季风环流的异常及其与热带太平洋-印度洋海温的关系。结果表明,南海夏季风爆发与热带大气环流和海温变异密切相关。（1）当热带中、东太平洋—印度洋（主要在西南部）及南海海温低（高）,西太平洋—澳洲邻近海域海温高（低）时,南海夏季风爆发早（晚）。不同区域海温对季风的影响有明显的季节差异,印度洋主要为晚春至初夏（4～6月）,南海为5～6月,而热带太平洋从前冬一直持续到夏季。（2）不同的海温异常产生不同的季风环流型,南海夏季风爆发早、晚年大气环流的异常变化基本相反。南海夏季风的活动主要受印度季风环流变化的影响,与前期冬春季西太副高的强弱及位置变化密切相关。西太副高弱时,南海夏季风爆发早;反之,爆发晚。（3）热带太平洋—印度洋海温异常引起季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发早、晚的物理过程。     

Roles of Indian and Pacific Ocean air–sea coupling in tropical atmospheric variability

Sea surface temperature (SST) variations include negative feedbacks from the atmosphere, whereas SST anomalies are specified in stand-alone atmospheric general circulation simulations. Is the SST forced response the same as the coupled response? In this study, the importance of air–sea coupling in the Indian and Pacific Oceans for tropical atmospheric variability is investigated through numerical experiments with a coupled atmosphere-ocean general circulation model. The local and remote impacts of the Indian and Pacific Ocean coupling are obtained by comparing a coupled simulation with an experiment in which the SST forcing from the coupled simulation is specified in either the Indian or the Pacific Ocean. It is found that the Indian Ocean coupling is critical for atmospheric variability over the Pacific Ocean. Without the Indian Ocean coupling, the rainfall and SST variations are completely different throughout most of the Pacific Ocean basin. Without the Pacific Ocean coupling, part of the rainfall and SST variations in the Indian Ocean are reproduced in the forced run. In regions of large mean rainfall where the atmospheric negative feedback is strong, such as the North Indian Ocean and the western North Pacific in boreal summer, the atmospheric variability is significantly enhanced when air–sea coupling is replaced by specified SST forcing. This enhancement is due to the lack of the negative feedback in the forced SST simulation. In these regions, erroneous atmospheric anomalies could be induced by specified SST anomalies derived from the coupled model. The ENSO variability is reduced by about 20% when the Indian Ocean air–sea coupling is replaced by specified SST forcing. This change is attributed to the interfering roles of the Indian Ocean SST and Indian monsoon in western and central equatorial Pacific surface wind variations.     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

Contrasting Indian Ocean SST variability with and without ENSO influence: A coupled atmosphere-ocean GCM study

Summary In this study, we perform experiments with a coupled atmosphere-ocean general circulation model (CGCM) to examine ENSO’s influence on the interannual sea-surface temperature (SST) variability of the tropical Indian Ocean. The control experiment includes both the Indian and Pacific Oceans in the ocean model component of the CGCM (the Indo-Pacific Run). The anomaly experiment excludes ENSO’s influence by including only the Indian Ocean while prescribing monthly-varying climatological SSTs for the Pacific Ocean (the Indian-Ocean Run). In the Indo-Pacific Run, an oscillatory mode of the Indian Ocean SST variability is identified by a multi-channel singular spectral analysis (MSSA). The oscillatory mode comprises two patterns that can be identified with the Indian Ocean Zonal Mode (IOZM) and a basin-wide warming/cooling mode respectively. In the model, the IOZM peaks about 3–5 months after ENSO reaches its maximum intensity. The basin mode peaks 8 months after the IOZM. The timing and associated SST patterns suggests that the IOZM is related to ENSO, and the basin-wide warming/cooling develops as a result of the decay of the IOZM spreading SST anomalies from western Indian Ocean to the eastern Indian Ocean. In contrast, in the Indian-Ocean Run, no oscillatory modes can be identified by the MSSA, even though the Indian Ocean SST variability is characterized by east–west SST contrast patterns similar to the IOZM. In both control and anomaly runs, IOZM-like SST variability appears to be associated with forcings from fluctuations of the Indian monsoon. Our modeling results suggest that the oscillatory feature of the IOZM is primarily forced by ENSO.     

印度洋海温异常年际变率模态对中国东部地区夏季降水影响机制的数值试验

利用ECHAM5全球大气环流模式研究了印度洋海温异常年际变率模态从冬至夏的演变对我国东部地区夏季降水影响的机制。观测资料研究表明:对于正的印度洋海温异常年际变率模态,春、夏季热带印度洋和澳大利亚以西洋面(东极子)均为水汽的异常源区,向马达加斯加以东南洋面(西极子)及印度洋邻近大陆提供水汽。夏季,印度洋地区南极涛动、马斯克林高压加强;而印度季风低压和南亚高压均减弱,对应于印度夏季风减弱。夏季印度洋地区正压性的纬向风异常经向遥相关使热带印度洋地区出现西风异常,导致海洋性大陆地区对流活动减弱,而菲律宾海地区对流活动加强,进而导致西太平洋副热带高压偏弱、位置偏东北。对于负的印度洋海温异常年际变率模态,则反之。模式结果基本支持了已有的观测资料诊断结果。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。