CMIP5耦合模式对太平洋年代际振荡的模拟与预估

利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）40个模式的模拟资料和分类集合的方法,评估了耦合模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）特征的模拟能力。结果表明,CMIP5多数模式对PDO周期有着较好的刻画能力,能模拟出PDO的年代际变化周期。模式对PDO模态空间特征的模拟能力存在较大差异,小部分模式模拟效果较差。进一步的分析表明,对PDO模态模拟较好的第1类模式,能较好地再现热带太平洋与北太平洋海表温度异常（SSTA）年代际变化间的关系,而且热带太平洋SSTA通过大气遥相关影响北太平样海表温度的过程也模拟的较成功。对PDO模态模拟差的模式,不能合理模拟出热带太平洋SSTA对北太平洋海表温度影响的遥相关过程。以上研究也证实了热带太平洋地区海表温度的年代际变率对北太平洋海表温度年代际变率的重要影响,热带太平洋SSTA对北太平洋SSTA的影响是通过大气遥相关实现的。利用CMIP5中等排放情景模拟结果,分析了第1类模式预估的北太平洋年代际变率的特征,发现21世纪北太平洋年代际变率的主要模态为一致的正异常分布且呈现明显的上升趋势,第二模态则表现为类似于20世纪典型PDO的马蹄型SSTA分布。     

太平洋年代际振荡研究进展(英)

近10年来,太平洋年代际振荡(PDO)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDO指的足在太平洋的气候变率中具有类似ENSO空间结构但周期为10-30年的一种振荡,当北太平洋中部海面温度异常增暖(冷却)时,热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言,有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调,一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动,及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转;海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调,因为大气活动没有一个特定的时间尺度,其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱,所以大气对海洋的强迫是随机的;而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅,其对应的周期约为十几年或几十年。作者试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状,从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

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。     

加利福尼亚附近的海温强迫及其与北太平洋年代际振荡的可能联系

本文利用1958～2018年期间海表面温度（SST）异常和湍流热通量异常变化的关系,探讨了其与北太平洋年代际振荡（PDO）相关的年际和年代际时间尺度上在不同海域的海气相互作用特征。结果表明:在年际尺度上,黑潮—亲潮延伸区（KOE）表现为显著大气强迫海洋,赤道中东太平洋表现为显著海洋强迫大气;在年代际尺度上,PDO北中心表现为大气强迫海洋,加利福尼亚附近则表现为显著海洋强迫大气。进一步分析表明:加利福尼亚附近区域是北太平洋准12年振荡的关键区域之一,与PDO准十年的周期类似,加利福尼亚附近的冷（暖）海温对应其上有反气旋（气旋）型环流,赤道中太平洋海水上翻和北太平洋东部副热带区域经向风应力的变化是北太平洋准12年振荡的另外两个重要环节。     

太平洋年代际振荡研究进展

近10年来，太平洋年代际振荡(PDo)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDo指的是在太平洋的气候变率中具有类似ENSo空间结构但周期为10-30年的一种振荡，当北太平洋中部海面温度异常增暖(冲却)时，热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言，有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调，一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动，及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转；海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调，因为大气活动没有一个特定的时间尺度，其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱，所以大气对海洋的强迫是随机的；而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅，其对应的周期约为十几年或几十年。作试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状，从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

PDO对西北太平洋热带气旋活动与大尺度环流关系的影响

利用NCEP再分析资料和上海台风研究所整编的热带气旋资料,研究了在太平洋年代际振荡(PDO)冷暖位相中西北太平洋热带气旋频数与太平洋海表温度(SST)年际相关的分布差异,以及500 hPa高度场对热带气旋频数和生成源地的影响.结果表明,在PDO冷位相时期,热带气旋频数与赤道东太平洋SST存在显著相关,副热带高压位置偏东...     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料，分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相，发生了显著的年代际变化。SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明，PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响。这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用。当PDO模态进入暖位相的时候，北半球SLP场主要表现出强阿留申低压，弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征，SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强，使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显。     

太平洋年代际振荡对冬季北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR提供的再分析资料和NOAA提供的海温资料分析太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)不同位相的年代际背景下北半球海气耦合关系的异常与风暴轴协同变化的联系,主要结果如下:1)冬季太平洋年代际振荡与北半球两大洋风暴轴协同变化之间存在显著的相关关系,当PDO暖位相时,对应两大洋风暴轴南北位置反向的异常变化,其中北太平洋风暴轴偏南且中东部减弱,北大西洋风暴轴偏北且中东部增强,PDO冷位相时相反。2)PDO为暖位相时,对应El Niňo型海温异常,北大西洋海温呈三极型,平均槽脊加强,经向环流增强,极涡收缩,北太平洋风暴轴南压,大西洋风暴轴则北抬,此时欧亚大陆北部和北美大陆大部分地区温度异常升高,亚洲南部、非洲北部及巴伦支海以北的高纬温度异常降低,北美西南部和格陵兰岛附近温度也为异常降低,PDO冷位相时相反。     

青岛汛期降水量与太平洋年代际振荡的关系

基于太平洋海面温度（SST）、大气环流及青岛降水量资料,分析并发现了青岛汛期（6—9月）降水量与太平洋年代际振荡（PDO）指数存在重要联系。当PDO处于冷位相时,西北太平洋区SST偏高,北美沿岸以及热带中东太平洋区SST偏低,西太平洋副热带高压偏弱偏东,脊线偏北,东亚夏季风偏强,青岛汛期降水量偏多,反之偏少。定义了一个新的太平洋SST距平指数SSTI,该指数包含了西北太平洋与热带中东太平洋SST距平反相变化的协同影响,也包含了PDO与ENSO的协同影响。与PDO指数、西北太平洋及热带中东太平洋SST相比,该指数与青岛汛期降水量相关性更好,通常SSTI正指数对应着汛期西太平洋副热带高压脊线偏北,面积偏小、强度偏弱,东亚夏季风偏强,有利于青岛汛期降水量偏多,反之偏少。SSTI指数可作为青岛汛期降水量预测的指示因子。     

The Impact of Global Warming on the Pacific Decadal Oscillation and the Possible Mechanism简

The response of the Pacific Decadal Oscillation （PDO） to global warming according to the Fast Ocean Atmosphere Model （FOAM） and global warming comparison experiments of 11 IPCC AR4 models is investigated. The results show that North Pacific ocean decadal variability, its dominant mode （i.e., PDO）, and atmospheric decadal variability, have become weaker under global warming, but with PDO shifting to a higher frequency. The SST decadal variability reduction maximum is shown to be in the subpolar North Pacific Ocean and western North Pacific （PDO center）. The atmospheric decadal variability reduction maximum is over the PDO center. It was also found that oceanic baroclinic Rossby waves play a key role in PDO dynamics, especially those in the subpolar ocean. As the frequency of ocean buoyancy increases under a warmer climate, oceanic baroclinic Rossby waves become faster, and the increase in their speed ratio in the high latitudes is much larger than in the low latitudes. The faster baroclinic Rossby waves can cause the PDO to shift to a higher frequency, and North Pacific decadal variability and PDO to become weaker.     

Extratropical control of recent tropical Pacific decadal climate variability: a relay teleconnection

Observations indicate that recent tropical Pacific decadal climate variability tends to be associated with the extratropical North Pacific through a relay teleconnection of a fast coupled ocean-atmosphere bridge and a slow oceanic tunnel. A coupled ocean-atmosphere model, forced by the observed decadal wind in the extratropical North Pacific, explicitly demonstrates that extratropical decadal sea surface temperature (SST) anomalies may propagate to the tropics through a coupled wind-evaporative-SST (WES) feedback. The WES feedback cannot only lead to a nearly synchronous change of tropical SST, but also force a delayed adjustment of the meridional overturning circulation in the upper ocean to further sustain the tropical SST change. The study further suggests that the extratropical–tropical teleconnection provides a positive feedback to sustain the decadal changes in both the tropical and extratropical North Pacific.     

Analysis of Decadal Climate Variability in the Tropical Pacific by Coupled GCM

This study presents the spatial and temporal structures of the decadal variability of the Pacific from an extended control run of a coupled global climate model (GCM).The GCM used was version-g2.0 of the Flexible Global Ocean Atmosphere Land System (FGOALS-g2.0) developed at LASG/IAP.The GCM FGOALS-g2.0 re-produces similar spatial-temporal structures of sea surface temperature (SST) as observed in the Pacific decadal os-cillation (PDO) with a significant period of approximately 14 years.Correspondingly,the PDO signals were closely related to the decadal change both in the upper-ocean temperature anomalies and in the atmospheric circulation.The present results suggest that warm SST anomalies along the equator relax the trade winds,causing the SSTs to warm even more in the eastern equatorial Pacific,which is a positive feedback.Meanwhile,warm SST anomalies along the equator force characteristic off-equa-torial wind stress curl anomalies,inducing much more poleward transport of heat,which is a negative feedback.The upper-ocean meridional heat transport,which is asso-ciated with the PDO phase transition,links the equatorial to the off-equatorial Pacific Ocean,acting as a major mechanism responsible for the tropical Pacific decadal variations.Therefore,the positive and negative feedbacks working together eventually result in the decadal oscilla-tion in the Pacific.     

冬季北太平洋海表热通量异常和海气相互作用——基于一个全球海气耦合模式长期积分的诊断分析

利用一个全球海气耦合模式长期积分所给出的资料,分析了冬季北太平洋海表湍流热通量（潜热和感热）异常及其对海表温度（SST）异常的影响,并比较了海表热通量诸分量和海洋内部的动力学过程对SST变化的相对重要性。结果表明,冬季热带外海洋上的湍流热通量是影响SST的主要因子,但在北太平洋中部海水的平流作用也不可忽视。冬季热带外海洋向大气释放的潜热和感热通量与SST倾向（而不是SST本身）之间存在着显著的相关,这同Cayan和Reynolds等利用COADS资料和NCEP资料同化模式分析的结果是一致的。模式诊断的结果支持这样一种看法：和热带海洋不同,冬季热带外海洋上的海气相互作用主要地表现为大气对海洋的强迫作用,而不是相反。模式给出的SST倾向的第一个EOF分量及其与海平面气压场的相关特征同Wallace等从观测资料分析所得到的结果是一致的;进一步的分析表明：在冬季北太平洋的大部分区域（特别是西太平洋）,大尺度大气环流异常在很大程度上决定着SST的异常,而这种决定作用正是通过它对湍流热通量的强烈影响来实现的。     

Pacific interdecadal variability driven by tropical–extratropical interactions

Interactions between the tropical and subtropical northern Pacific at decadal time scales are examined using uncoupled oceanic and atmospheric simulations. An atmospheric model is forced with observed Pacific sea surface temperatures (SST) decadal anomalies, computed as the difference between the 2000–2009 and the 1990–1999 period. The resulting pattern has negative SST anomalies at the equator, with a global pattern reminiscent of the Pacific decadal oscillation. The tropical SST anomalies are responsible for driving a weakening of the Hadley cell and atmospheric meridional heat transport. The atmosphere is then shown to produce a significant response in the subtropics, with wind-stress-curl anomalies having the opposite sign from the climatological mean, consistent with a weakening of the oceanic subtropical gyre (STG). A global ocean model is then forced with the decadal anomalies from the atmospheric model. In the North Pacific, the shallow subtropical cell (STC) spins down and the meridional heat transport is reduced, resulting in positive tropical SST anomalies. The final tropical response is reached after the first 10 years of the experiment, consistent with the Rossby-wave adjustment time for both the STG and the STC. The STC provides the connection between subtropical wind stress anomalies and tropical SSTs. In fact, targeted simulations show the importance of off-equatorial wind stress anomalies in driving the oceanic response, whereas anomalous tropical winds have no role in the SST signal reversal. We further explore the connection between STG, STC and tropical SST with the help of an idealized model. We argue that, in our models, tropical SST decadal variability stems from the forcing of the Pacific subtropical gyre through the atmospheric response to ENSO. The resulting Ekman pumping anomaly alters the STC and oceanic heat transport, providing a negative feedback on the SST. We thus suggest that extratropical atmospheric responses to tropical forcing have feedbacks onto the ocean dynamics that lead to a time-delayed response of the tropical oceans, giving rise to a possible mechanism for multidecadal ocean-atmosphere coupled variability.     

中国北方秋雨与热带中太平洋海表冷却的关系

本文利用1951～2011年中国160站降水、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA延长重建海表温度 (NOAA extended reconstructed SST) 资料,研究了中国9月北方秋雨的年际变化特征及其成因,并用ECHAM5大气环流模式开展了数值试验,最后对2011年9月历史罕见秋雨进行了分析。研究发现,中国北方秋雨有明显的年际和年代际变化,19世纪60年代到1980年代中期,北方秋雨偏多,1950年代、1980年代后期和1990年代秋雨偏少。北方秋雨与西太平洋副热带高压的西伸有密切联系,北方秋雨偏多时,副热带高压偏西偏强,有利于偏南风向北输送水汽并在中国北方辐合。西太平洋副热带高压的加强西伸与热带中太平洋的海表冷却密切有关,偏低的热带中太平洋海表温度(CTSSTI)使其上的对流活动受到抑制,热带西太平洋对流异常旺盛,在西北太平洋出现异常反气旋,加强东亚—西北太平洋的EAP波列,引起西太平洋副热带高压明显西伸,导致秋雨偏多。反之,热带中太平洋海表偏暖,副热带高压偏弱偏南,秋雨偏少。2011年9月北方秋雨的环流异常及成因与统计分析和数值模拟结果基本一致。     

冬季蒙古高压与北太平洋海温异常的年际尺度关系

蒙古高压和北太平洋海区的气压差被认为是造成东亚冬季风及其变化的重要原因,而过去有关的研究以其年代际时间尺度为多,本文的研究揭示了冬季蒙古高压和北太平洋海温异常(SSTA)在年际时间尺度上的相互关系.冬季蒙古高压的活动与太平洋年代际振荡(PDO)之间在年际时间尺度上也存在明显的负相关,冬季的强(弱)蒙古冷高压活动往往对应...     

Versions g1.0 and g1.1 of the LASG/IAP Flexible Global Ocean–Atmosphere–Land System Model

The latest two versions of the IAP Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System (FGOALS) model- versions g1.0 and g1.1, are described in this study. Both two versions are fully coupled GCMs without any flux correction, major changes for g1.1 mainly lie in four aspects: (1) advection schemes for tracer in the ocean component model; (2) zonal filter scheme in high latitudes in the ocean component model; (3) coupling scheme for fresh water flux in high latitudes; and (4) an improved algorithm of airsea turbulent flux depending on the surface current of the ocean. As a result, the substantial cold biases in the tropical Pacific and high latitudes are improved by g1.1, especially g1.1 simulates more reasonable equatorial thermocline, poleward heat transport, zonal overturning stream function in the ocean and sea ice distribution than g1.0. Significant ENSO variability are simulated by both versions, however the ENSO behavior by g1.0 differs from the observed one in many aspects: about twice ENSO amplitude as observed, false ENSO asymmetry, only one peak period around 3 years, etc. Due to improved mean climate state by g1.1, many basic characteristics of ENSO are reproduced by g1.1, e.g., more reasonable ENSO amplitude, two peaks of power spectra for ENSO events, and positive SST skewness in the eastern Pacific as observed.