冬夏季节热带副热带OLR场的遥相关分析

本文利用NOAA13年月平均格点资料分析了冬夏热带副热带射出长波辐射(OLR)的气候特征及其遥相关结构。结果表明,OLR场的高低值带有明显的季节变动,低值带中心从冬至夏由赤道西太平洋地区向西北移至孟加拉湾,高值带从冬至夏北移约10—15个纬度,但东南太平洋高值区的位置无明显季节变动。 遥相关结构分析表明,冬夏季节OLR场分别有8个遥相关关键区,它们之间存在着较强的同时性遥相关联系。冬季遥相关型主要由位于赤道低纬度“印度洋—西太平洋—东太平洋—大西洋”的纬向2波式遥相关和在太平洋中部、东亚地区,南北半球副热带与赤道地区的经向负遥相关型组成。夏季OLR遥相关关键区主要分布在孟加拉湾至赤道西太平洋、东太平洋与低纬度大西洋和中纬度东亚沿海与北美大陆,构成低纬度和中纬度两类纬向正遥相关型。进一步分析发现,冬夏OLR遥相关型的年际变化较好地揭示了OLR场异常与ENSO、低纬度Walker、Hadley环流等海—气系统异常的整体联系。      

OLR与长江中游夏季降水的关联

用SVD方法分析了1、4、7月全球OLR与夏季(6—8月)中国华中区域降水场的关系,结果表明:若1月南非东部沿岸至西印度洋、北美北部OLR(Outgoing Longwave Radiation)偏低(偏高),或北非、美国西南沿岸及近海OLR偏高(偏低),则夏季长江中游降水将偏多(偏少)。若4月澳大利亚至东印度洋、日界线以东热带太平洋OLR偏低(偏高),或西北太平洋偏高(偏低),则夏季长江中游降水将偏多(偏少)。若7月东印度洋—澳大利亚大陆、东亚OLR偏低(偏高),则夏季华中区域长江及其以北降水将偏多(偏少),湖南和江西南部降水将偏少(偏多)。夏季长江中游旱、涝年前期OLR明显的区别在于热带太平洋:涝年1月东、西太平洋为明显负、正异常,4月这种异常进一步加剧;旱年1月正好相反,东、西太平洋为微弱的正、负异常,4月转为东、西太平洋为微弱的负、正异常。太平洋暖池OLR低值区(强对流区)4、7月持续偏南,是夏季长江中游降水偏多的另一重要信号。冬、春季OLR与夏季长江中游降水大尺度关联的可能机制为:若1月热带东、西太平洋OLR为明显负、正异常,4月这种异常进一步加剧,也即冬、春季热带太平洋Walker环流持续减弱,从而使夏季暖池对流活动减弱,热带辐合带偏南,Hadley环流偏弱,使夏季西太平洋副热带高压主体位置偏南,导致中国夏季主雨带不能北推至黄河流域,而长期滞留长江中下游,最后造成长江中游降水异常。     

夏季东亚高空急流与太平洋-日本遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR和NOAA月平均资料,采用奇异值分解方法分析了夏季东亚高空纬向风场和西北太平洋海表温度(SST)的耦合关系,并据此研究了东亚副热带高空急流和太平洋-日本(Pacific-Japan,PJ)遥相关型的可能联系。合成分析结果表明,东亚副热带高空急流正模态年,急流偏南偏强,对流层上层南亚高压增强东进,中层西太平洋副热带高压加强西伸,菲律宾周边海域SST升高,中纬度黑潮延伸体区SST降低,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动偏弱,日本海和黑潮延伸体海区对流活动增强,对应PJ遥相关型的负位相;而东亚副热带高空急流负模态年,急流偏北偏弱,对流层上层南亚高压减弱西退,中层西太平洋副热带高压减弱东撤,菲律宾周边SST降低,中纬度黑潮延伸体区SST升高,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动强盛,日本海和黑潮延伸体海区对流活动减弱,对应PJ遥相关型的正位相。由于夏季东亚副热带高空急流活动与PJ遥相关型存在关联,PJ遥相关型可能是东亚副热带高空急流响应太平洋海温异常的纽带。     

热带海温变化与高原季风发展

利用NOAA长波辐射OLR，NCEP/NCAR再分析格点资料，探讨了热带太平洋、印度洋海温等环境场变化与高原季风发展的联系。揭示了春季孟加拉湾和南海以及西太平洋暖池附近海表增温、赤道东太平洋降温有利于高原夏季风发展。分析了高原季风强弱年同期和前期SST场、风场和OLR场演变特征。结果表明，高原季风强弱年热带环境场存在明显差异。高原夏季风发展时SSTA从春季到夏季, 孟加拉湾经南海到西太平洋SST呈正距平, 赤道中东太平洋SST负距平发展, 表现为La Ni?a特征。反之，高原夏季风减弱时SSTA在孟加拉湾和南海地区SST呈负距平，东南太平洋SST正距平发展。表现为El Ni?o特征。     

影响广西热带气旋与海洋大气低频振荡的关联性分析

使用1951—2020年热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析、PDO指数、NOAA OLR、副热带高压指数等资料,从海洋大气低频振荡角度分析影响广西热带气旋气候异常可能原因。结果表明,90年代以来影响广西热带气旋年际变化幅度增大,表现出向极端异常变化的趋势。从印度洋到西太平洋存在明显的MJO向东传播,对流抑制位相较弱、持续时间短,对流增强位相较强,影响广西热带气旋偏多。反之,从印度洋到西太平洋无MJO活动或强度较弱,存在较强的低频对流抑制带向东传播、持续时间长,较强的低频对流带位于东太平洋,影响广西热带气旋偏少。影响广西热带气旋减少趋势与PDO指数增大有密切的联系,可能与在印度洋、太平洋海温增暖背景下副热带高压强度偏强及西伸脊点偏西有关。     

2013年影响广西热带气旋频数偏多的成因分析

使用1951—2013年NOAA OLR、NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料、中国气象局热带气旋资料,分析2013年影响广西热带气旋数量偏多的原因。结果表明：2013年6—9月西太平洋副热带高压明显偏强,西伸脊点明显偏西,脊线略偏北,同时副热带高压南侧对流活跃,降水过程潜热释放有助于副热带高压位置偏北,这种形势非常有利于热带气旋向广西移动。索马里越赤道气流强劲,在南海及菲律宾与北太平洋反气旋西南侧的东南气流相遇,形成季风槽,非常有利于热带气旋生成频数偏多。热带低频强对流带在印度洋和西太平洋活动频繁,并分别向东向西移动;赤道东太平洋海温偏低;哈得来和沃克环流较常年偏强,沃克环流上升支位置偏西,这些也可能是2013年影响广西热带气旋数量偏多的原因之一。     

热带对流和环流季内振荡强度与海表温度关系对比研究

利用外逸长波辐射(OLR）、风场和海表温度(SST)资料, 研究了热带大气季节内振荡(ISO)强度的季节变化特征, 发现热带印度洋和热带西太平洋区域是OLR和风场季内振荡最主要的共同活跃区。对比分析了OLR和风场季内振荡强度与海表温度异常之间的年际异常关系, 发现OLR季内振荡强度异常与海表温度异常之间存在显著局地正相关关系, 即在热带中东太平洋区域、热带西北太平洋区域和热带西南太平洋区域, 当海表温度正(负)异常时, OLR季内振荡增强(减弱),特别在冬春季节这一关系更清楚。除个别区域外, 风场季内振荡强度异常与海表温度异常不存在类似OLR的局地关系。OLR和风场季内振荡强度异常与海表温度异常之间局地和非局地关系的差异, 体现了两种要素特性的本质差异。但两种要素季内振荡强度在El Niño事件发展过程中的变化基本一致, 即在气候场中季内振荡活跃的区域, 事件发生之前季内振荡会增强, 并逐渐向东传播, 事件发生之后这些区域振荡减弱。     

热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响

从综合考虑热带太平洋和印度洋海温异常特征出发,研究了热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响.当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为正位相(西印度洋和东太平洋海温距平为正,东印度洋-西太平洋海温距平为负),南亚高压偏弱,位置偏东偏南;当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为负位相(西印度洋和东太平洋海温距平为负,东印度洋-西太平洋海温距平为正),南亚高压偏强,位置偏西偏北.热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响南亚高压主要通过三种机制:一是通过影响亚洲季风从而影响了降水潜热形成的大气加热场分布,在正(负)位相年,青藏高原大气热源为负(正)异常,因此青藏高原上空空气上升减弱(加强),南亚高压偏弱(偏强);南海季风和热带辐合带加强(减弱),菲律宾附近的大气热源加强(减弱),有利于上空青藏高原东南侧反气旋(气旋)式的距平环流,因此南亚高压偏东偏南(偏西偏北).二是热带太平洋-印度洋海温的纬向热力对比引起赤道纬向垂直(Walker)环流异常,必将引起高空纬向风异常,在正(负)位相年,南亚高压南部的印度洋高空会出现西(东)风异常,导致南亚高压偏弱(偏强).三是综合模的正(负)异常加强(减小)西印度洋经度范围的区域Hadley环流,其北侧伊朗高原上的异常下沉(上升)支,造成南亚高压偏弱(偏强),位置偏东偏南(偏西偏北).     

前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常反气旋环流的影响

研究了前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常环流的影响。结果表明,奇异值分解(SVD)的前期夏季、秋季至冬季热带海洋第一模态呈现出印度洋全海盆一致型海温异常和东太平洋西伸显著的ENSO事件,该模态与6月西北太平洋反气旋(气旋)环流场没有明显的关联。在第二模态中,前期热带太平洋海表温度呈现为ENSO正位相向负位相转换特征,印度洋海表温度变化呈现出赤道东南印度洋（90～110 °E,10 °S～0 °）显著的准IOD事件的变化特征。而这一联合模态与6月西北太平洋异常反气旋(气旋)环流场有显著关联。关联的可能原因是前期海温为El Ni?o和正IOD时,横跨热带印度洋-太平洋的沃克环流的减弱导致在西太平洋-海洋大陆的负降水异常,在Matsuno-Gill效应下西北太平洋形成反气旋异常环流。同时由于两大洋的共同作用和局地海气相互作用使得该环流加强并维持到6月。      

华南秋旱的大气环流异常特征

利用实测降水量资料及NCEP再分析资料, 通过统计方法分析了华南秋旱及其相关的环流异常特征。结果发现, 华南秋旱以全区性的干旱出现居多。华南秋旱事件对应的同期海温异常分布型大致可分两类。一类是热带中东太平洋的负海表温度距平 (SSTA) 区的极值中心位于赤道东太平洋, 在海洋性大陆和热带西太平洋有马蹄形的正SSTA, 而在热带西印度洋, 南海至日本东、 南部西北太平洋是负SSTA; 另一类是热带中东太平洋正SSTA极值中心位于赤道中太平洋, 热带—副热带西太平洋、 南海和热带印度洋为负SSTA区, 副热带北太平洋东部和南太平洋东部为显著的正SSTA。 与第一类SSTA相关的华南秋旱与海洋性大陆区域上空的上升运动异常增强 (与其下垫面海温异常偏暖有关)。而与第二类SSTA相关的华南秋旱则与中纬度环流的长波调整造成的东北亚上空的异常上升运动距平有关。而两类华南秋旱都是通过大气环流对华南地区的异常下沉运动产生强迫作用而产生的。另外, 华南秋旱还与菲律宾和台湾东侧洋面上空出现上升运动距平有关。两类华南秋旱都与南海中北部热带气旋频数偏少, 菲律宾和台湾东侧热带气旋频数偏多有关, 因此, 使得登陆华南的热带气旋偏少, 导致华南秋季干旱。     

热带对流季内振荡强度异常特征及其与海表温度的关系

利用外逸长波辐射 (outgoing longwave radiation, OLR) 资料分析了热带对流季内振荡 (ISO) 强度的季节变化及年际异常特征, 重点研究其与海表温度的关系。结果表明:最强的OLR季内振荡主要位于高海表温度 (SST) 区, 即热带印度洋和热带西太平洋区域, 终年存在, 冬、春季最强, 振荡中心偏于夏半球。OLR季内振荡强度年际异常显著区域是热带中东太平洋区域、西北太平洋区域和西南太平洋区域, 它与SST年际异常存在局地正相关关系, 伴随环流的辐合辐散, 并与ENSO事件关系密切。另外, El Ni?o事件发生之前, 热带印度洋和热带西太平区域OLR季内振荡增强, 其中心随事件的发展逐渐东移, 事件发生后这两个区域ISO减弱, 这与OLR季内振荡强度年际异常显著的区域具有内在连贯性。海表温度是决定OLR季内振荡强度季节变化、年际异常的一个关键因子。     

中高纬度Rossby波活动对华南前汛期EAP事件中期演变过程的影响

文中从中期过程的角度探讨了Rossby波活动在华南前汛期东亚-太平洋遥相关型事件的形成、成熟和衰减过程中的作用,并得出如下结果:(1)正负东亚-太平洋遥相关型事件的形成过程有相似之处:在对流层中上层,源自东北大西洋或欧洲的Rossby波在欧亚大陆中高纬弱波导区中不断地向下游频散,最终在东亚地区形成东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心。在东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心之间,Rossby波能量从高纬度向中纬度和副热带地区频散。东亚-太平洋遥相关型事件副热带异常中心的形成归因于东亚副热带急流波导的存在以及上游中高纬度地区Rossby波能量的注入。在对流层低层,Rossby波则从亚洲副热带地区向东亚中纬度地区频散。(2)东亚-太平洋遥相关型事件的3个异常中心在对流层中上层中,西太平洋副热带地区异常中心最后形成。(3)正负东亚-太平洋遥相关型事件也并不是简单的反位相演变过程:在对流层中上层,在正事件成熟阶段,斯堪的纳维亚半岛上的正异常环流基本维持了其中心强度和位置,它不断地向下游东亚地区频散能量,使正事件的持续时间较长;在负事件中,由于中高纬度盛行纬向型环流,波能量的频散较快,因而负事件成熟阶段的持续时间比正事件短。(4)在这一时期,东亚-太平洋遥相关型事件对中国长江以南地区的降水形势具有显著的影响。正(负)东亚-太平洋遥相关型事件易引起长江以南降水异常偏多(少)。     

厄尼诺现象与北半球500百帕大气环流

本文计算了赤道东太平洋海面温度与北半球500百帕大气环流的遥相关，发现它们之间的遥相关现象是十分显著的。从相关场的空间分布看，赤道东太平洋海面温度与热带低纬度地区500百帕高度全年为较强的正相关，而与中高纬度地区500百帕高度有较强的负相关。相关最好的地区，低纬度主要在太平洋西部，向西至南海、印度洋、阿拉伯海，其次在大西洋上。中高纬度的太平洋中部和北部，以及北美中部至大西洋上为较强的负相关。在欧亚大陆西部，通过北极区至北美大陆西北部则有稍弱的正相关。通过这一正相关区中心，似乎存在着一个对称轴，使得太平洋及欧亚地区的相关场与北美和大西洋地区的相关场呈轴对称，此对称轴随季节的差异在极地附近有东西半球之间的摆动。同时发现，从热带太平洋—欧亚大陆东部，北太平洋中部和北部—北极—北美大陆东部，北大西洋北部—热带大西洋西部，存在着一种相关区正、负间隔的“大圆环路”。从时间上看，赤道东太平洋海面温度的变化对北半球500百帕大气环流的影响是持续的，一般海温超前的影响很明显，往往超前达一年之久，较强的影响超前约5、6个月左右。海温滞后的相关与超前的相关符号相反。厄尼诺现象对北半球冬季极涡、西风带槽脊、副热带急流以及副热带高压都有影响，尤其是对西太平洋副热带高压，以及我国长江流域梅雨的影响更为明显。     

东北地区旱涝的OLR特征分析

该文选取了东北地区4个典型多雨年和4个典型少雨年, 利用OLR资料对该地区旱涝年OLR场的时空分布规律及其低频振荡的传播特征进行了合成对比分析.结果表明, 东北旱涝与低纬OLR的分布及其变化密切相关, 特别是西北太平洋副热带高压、西太平洋ITCZ和印度ITCZ的位置和强度以及赤道中东太平洋OLR的距平在旱涝年均有显著差别, 并且热带和副热带OLR低频振荡的向北传播对东北地区夏季降水也有至关重要的影响.     

台风在我国登陆地点的年际变化及其与夏季东亚/太平洋型遥相关的关系

本文利用1979～2007年日本气象厅JRA-25风场和高度场再分析资料和美国JTWC热带气旋的观测资料分析了7～9月份西北太平洋台风和热带气旋 (TC) 在我国登陆地点的年际变化及其与北半球夏季大气环流异常的东亚/太平洋型 (即EAP型) 遥相关的关系, 特别是分析了7～9月份在厦门以北登陆台风和TC数量的年际变化与夏季 (6～8月) EAP指数的相关。分析结果表明: 当夏季 (6～8月) EAP指数为高指数时, 则7～9月份在东亚和西北太平洋上空500 hPa高度场异常将出现 “－, +, －” EAP型遥相关的波列分布, 这时西太平洋副热带高压的位置偏北、 偏东。在这种情况下, 西北太平洋上较多的台风和TC的移动路径偏北, 这引起了7～9月份在我国厦门以北沿海登陆的台风和TC数量偏多。反之, 当夏季 (6～8月) EAP指数为低指数时, 在东亚和西北太平洋上空500 hPa高度场异常为 “+, －, +” 的 EAP型遥相关的波列分布, 这时西太平洋副热带高压的位置偏南、 偏西。在这种情况下, 西北太平洋上较多的台风和TC移动路径偏南, 这引起了7～9月份在我国厦门以北沿海登陆的台风和TC数量偏少, 较多的台风和TC在厦门以南的华南沿海登陆。     

OLR与西太平洋副热带高压位置的相关分析

选取NOAA极轨气象卫星AVHRR仪器的红外通道5观测数据处理得到的OLR资料,利用相关分析、合成分析等方法,对海洋性大陆(10°s～20°N,90°E～150°E)的OLR和西太平洋副高位置关系进行分析.通过对OLR与西太平洋副高特征量相关性分析、1979-2008年30年7月OLR分析、西太平洋副热带高压的特征量分析、西太平洋副高特征量与OLR显著相关区的OLR年际变化分析,结果表明:菲律宾群岛以东洋面的OLR变化对西太平洋副高的位置有重要影响.该区域OLR变化与西太平洋副高的位置呈负相关,OLR有负(正)异常时,其以北的西太平洋副高将北(南)移.     

印度洋偶极子对热带大气季节内振荡传播的可能影响

利用多种大气和海温资料,通过相关、合成分析以及个例对比分析,重点研究了热带印度洋偶极型海温模态对热带大气季节内振荡传播的可能影响。结果表明:东南印度洋30～60天OLR距平及赤道印度洋中部30～60天850 hPa纬向风距平都与偶极子指数显著相关;印度洋正（负）偶极型海温模态对应的东印度洋异常冷（暖）水以及赤道印度洋中部850 hPa东（西）风距平阻碍（促进）了季节内对流活动的持续性东传,使得MJO的传播在赤道东印度洋-西太平洋发生明显的中断（持续）。      

低频位势波与夏季北太平洋副高活动

分析研究表明，夏季西太平洋副高的季节内活动受东太平洋副高变化的影响和制约，这种作用过程与太平洋副热带地区的低频位势中心的西传关系密切，东、西太平洋副高间的遥相关可能通过低频位势波的传播加以联系和实现。     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

华南秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系

采用1961—2014年逐月全球标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)数据集、ORA-S4海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对华南地区秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系进行了研究。结果表明:华南秋季SPEI主要表现为全区一致变化型,且具有明显的年代际变化特征,在1988年发生了年代际转折,转折后(前)为偏旱(涝)期。进一步分析表明,华南秋季SPEI与同期热带西印度洋海洋热含量变化呈显著的正相关关系,即当秋季热带西印度洋热含量偏低时,华南地区SPEI偏小,易发生干旱。热带西印度洋热含量异常影响华南秋季干旱的可能机制为:秋季热带印度洋热含量变化表现为""型的东西向偶极子分布,即当热带西印度洋热含量偏低时,热带东印度洋热含量将会偏高;而热带东印度洋热含量偏高将会使热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高、外逸长波辐射偏小、降水增多,凝结潜热释放增强,产生偏强的东亚Hadley环流,使华南地区存在异常下沉运动,不利于产生降水;热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高,还会使西北太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大,西北太平洋存在气旋性环流异常,使华南地区受偏北气流异常控制,从而削弱了向华南地区的水汽输送。热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化是热带西印度洋热含量异常影响华南秋旱年代际变化的重要环节,因此用NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行了热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化的敏感性试验,证实该区海表温度年代际升高对华南秋季年代际干旱具有重要作用。