两类厄尔尼诺事件期间热带大气GILL响应分析

分析了1979—2018年两类厄尔尼诺事件期间月平均热带太平洋海面温度(sea surface temperature, SST)异常、对流降水异常、大气环流异常等特征,发现东部型、中部型厄尔尼诺期间海洋及大气加热场并不是赤道对称,赤道以南热源强度大于赤道以北。大气对热源的响应表现在:1)低层在大气热源西侧出现南、北半球热带相对应的气旋环流异常,但是赤道以南气旋的涡度大于赤道以北,且两类厄尔尼诺事件期间涡度中心的位置不同;到高层赤道中东太平洋呈现赤道对称的反气旋环流控制。2)低层热源的西侧出现西风异常,东侧为东风异常,西风异常的强度与范围明显大于东风异常,且东部型西风异常的强度大于中部型;而到高层,纬向风的风向和低层正好相反。3)低层东部型、中部型厄尔尼诺上升运动异常分别位于赤道中东太平洋和赤道中太平洋,下沉运动出现在热源东西两侧及赤道两侧5°N以北、5°S以南的热带地区;东部型到中层上升运动异常强度达到最大,而中部型到高层上升运动异常强度达到最大。4)低层东部型、中部型厄尔尼诺期间位势高度在中东太平洋为负异常,西太平洋为正异常;到高层,整个赤道中东太平洋地区均为位势高度正异常,并且在赤道两侧分别出现位势高度正异常中心,与反气旋环流涡度中心及下沉运动异常中心相对应。5)除西风异常范围大于东风异常,其他特征与赤道非对称热源GILL响应的理论计算模态基本一致。     

1986—1987年北半球冬季亚澳地区大气环流异常及其与西太平洋SST异常的联系

1986—1987年冬季亚澳地区大气环流异常主要表现在北半球中纬盛行纬向气流,副热带西风急流、西太平洋副热带高压脊及ITCZ位置异常偏北;西北太平洋热带气旋活动频繁;赤道盛行异常西风和异常南风;澳大利亚海平面气压偏高等现象。在这种大气环流异常形势下,东亚地区冬季风偏弱,冷空气主要在偏北地区东移,温度异常偏高,中国北方降水偏多,南方降水偏少。与此同时,澳大利亚夏季风偏弱并推迟一个月建立,整个澳大利亚地区降水偏少。大气环流异常是从低纬开始的。ITCZ位置异常偏于北半球,比其他环流系统异常要早一个月以上发生。1986年夏季以来,西太平洋赤道附近及其偏北地区SST始终维持异常偏高,可能是造成ITCZ异常偏北的原因,并进而引起瓦克环流减弱和南方涛动指数(SOI)偏低,从而对1986—1987年的ENSO事件的发生起了促进的作用。1986年夏秋季节西北太平洋30°N950hPa上北风异常,冬季南风异常又可能是引起西太平洋SST异常分布的原因,因此,1986—1987年冬季亚澳地区的异常事件必须从海—气相互作用的观点来加以说明。      

1987年El Nino后期（9—11月）西太平洋大气静力能的收支

本文利用中科院1987年西太平洋考察资料和中央气象局出版的太平洋、大西洋资料反演出了一套利用温度和高度求算湿度的方法。通过该方法并利用美国国家气象中心的KWBC(5°N×5°S网格点资料)的温度和高度资料,计算了1987年厄尔尼诺期间9—11月西太平洋海域(0—30°N,120—170°E)大气静力能量的变化及其与周围的交换。结果表明,在这个时期,该区域上空大气是强的能源区,区域向周围输出能量。     

塔里木盆地夏季降水年代际的变化及联系的大尺度环流[*]

基于1961-2020年夏季塔里木盆地33站逐日降水数据和NCEP/NCAR大气环流再分析数据,分析了塔里木盆地夏季降水的年代际变化特征及影响环流。结果表明,塔里木盆地夏季降水在1986/1987年发生了由少到多的年代际突变,降水显著增加的区域主要位于盆地的西部和北部,主要由降水日数的增加贡献。不同年代际背景下,影响塔里木盆地夏季降水的环流配置存在一定差异。1961-1986年,影响盆地夏季降水的中亚副热带急流位置显著南移,中亚上空的异常气旋位于40°N附近,水汽源于阿拉伯海;1987-2020年,影响盆地夏季降水的中亚上空异常气旋位置位于40°N以南,水汽源于孟加拉湾和西北太平洋。东大西洋—西俄罗斯大气遥相关型在塔里木盆地夏季降水的年代际变化中扮演了重要角色。     

厄尔尼诺现象与西北太平洋台风活动关系的初步分析

本文分析了1950年以来厄尔尼诺现象与西北太平洋台风活动之间的关系,发现中等强度以上的厄尔尼诺当年夏季(6—8月)的台风活动与厄尔尼诺次年夏季具有不同的特点。通过对1972—1973,1982—1983年两次强厄尔尼诺现象分析表明这种差异与赤道太平洋东部SST异常增暖、西北太平洋低纬度夏季环流特征有密切关系。本文还讨论了厄尔尼诺现象与西北太平洋台风活动之间可能存在的联系。     

西北太平洋夏季风的气候学研究

西北太平洋季风区(5°~25°N,120°~160°E)是亚洲-太平洋季风区与亚洲-澳大利亚季风区的一个重要部分,也是一个独立的季风区。文中对西北太平洋夏季风进行了气候学研究,发现西北太平洋夏季风的爆发发生在31候(6月上旬)前后。爆发后,夏季风经历了3次活跃-中断循环,每个循环都相应于独立的干期和湿期。第1个循环是从6月初到7月中旬,降水与低层西风的中心主要位于5°~10°N。第2个循环是7月下旬至9月下旬,降水与低层西风明显向东北方向移动,位于10°~20°N。这个循环是西北太平洋夏季风最强盛的时期。第3个循环是从9月末到10月末,降水与低层西风又向南退回到5°~10°N,达到了西北太平洋夏季风最弱的阶段。这个循环的结束也就预示着西北太平洋夏季风的结束。西北太平洋季风区有明显的季节内振荡(ISO),这种气候的季节内振荡(CISO)主要由30~60 d与10~20 d两种周期组成,但是主要以30~60 d的低频振荡为主。根据西北太平洋的对流和低层西风在不同位相分布的分析,可以看出西北太平洋的低频对流和西风是向西向北传播的。西北太平洋的季风降水、对流与西风的活跃-中断循环在很大程度上受30~60和10~20 d低频振荡的调制。     

赤道太平洋西风异常与El Nio的关系

分析了 1 980年以来赤道太平洋西风异常观测资料 ,并利用POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应。分析和数值模拟试验结果都表明 ,赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高 ,但是ElNi no事件是否能发生 ,则与西风异常的位置、强度和东移有关。只有当赤道中太平洋 ( 1 60°E～ 1 60°W )出现一定强度的西风异常并较快东移 ,才有利于ElNi no发生。     

近90年大气环流的振动(下)

本文研究了1871—1960年共90年南北半球(70°N—50°S)7月大气环流的振动。并着重分析了近60年东亚大气环流的变化与我国的气候振动。主要结果如下: (1)由于大气环流存在多年变化,不同30年的平均图有相当大的差异。最近30年(1931—1960年)的特点是:北半球,大洋上的副热带气压上升,亚洲大陆、北非及副极地带气压下降;南半球、南美、南大西洋及太平洋西南部气压上升,而其余地区显著下降。 (2)大气环流的振动可以从大气活动中心的位置及西风指数(40—70°N及30—50°S气压差)来判断。它们的10年滑动平均曲线表现出明显的周期性振动。主要周期为世纪周期及海尔周期。可能还有布吕克纳周期。 (3)从东亚大气活动中心位置的变化及气压偏差图可以很好地解释近60年(1901—1960年)我国的气候振动。30年代,北太平洋高压最强,这时期印度低压也深,并且这两个活动中心位置均偏西,致使我国大部分地区气候状况暖而少雨。     

1961—2018年九江夏季降水的年际变化特征及其可能原因

采用1961—2018年中国160站降水资料、NOAA海面温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,利用回归分析等方法,对九江夏季降水的年际变化特征及其可能原因进行分析。结果表明：九江夏季降水具有明显的年际变化特征,存在准4 a的变化周期;九江夏季降水与中国105°E以东的长江中下游及以南地区夏季降水呈显著正相关关系;中国邻近海域的西北太平洋（140°—150°E,15°—25°N）为影响九江夏季降水的海面温度关键区。西北太平洋海温异常与九江夏季降水异常的对应关系为：当西北太平洋夏季海温偏高时,西北太平洋副热带高压偏强偏南、贝加尔湖阻塞高压偏活跃、东亚副热带夏季风偏弱,长江中下游及以南有异常南、北风交汇,且水汽充沛、垂直运动旺盛。这种环流配置有利于长江中下游及以南地区包括九江的夏季降水偏多;反之亦然。     

北半球500毫巴月平均环流特征及演变规律的研究——西风指数

本文是作者研究近10年大气环流特征及演变規律工作的第一部分。应用1951—1960年北半球500毫巴月平均图計算了历年逐月35°—55°N西风指数.主要結果如下: (1) 近10年中緯度西风强度比40年代約增强5—10％,西半球(180°—10°W)主要是夏半年(5月—10月)增强,东半球(0°—170°E)却在冬半年(11月—4月)增加最多.但比1900—1939年稍有减弱。 (2) 北半球西风指数(I)的半年平均值有明显的周期性振动,主要周期为10年、5.5年及26个月三种。前两种可能与太阳活动11年周期有关. (3) 东半球与西半球半年平均西风指数(I_E与I_W)之間,夏半年为正相关(0.77),多半年为負相关(—0.54).这可能与环极气流中心偏离北极有关。 (4) 夏半年与其后之冬半年I_E(I_W)有負(正)相关,由冬半年到夏半年变化趋势相反。 (5) 这种半年之間的联系实际即造成东西两半球西风指数的两年周期,因为半球之間只有90°位相差,故北半球亦有显著两年周期。 (6) 夏半年內或冬半年內西风指数經常維持同一特征.东半球高指数形势持续性强,西半球則低指数形势持續性强.     

西太平洋热带地区大气能量收支分析——中美西太平洋海-气合作考察观测事实之二

依据1986年2月8—14日中美西太平洋海气合作考察资料,计算了西太平洋热带海域(140—160°E,18°N—14°S)内的大气能量收支。结果表明,该区域的能量是由外界向区域内输送的。在东、南、西、西北四个边界积上以能量输到为主,只有在东北边界上,以输出为主。该区内的能量输送是以平均输送为主,扰动输送的数量级较小。考察期间,该区域内大气有明显的增温现象。     

热带太平洋表面水中CO_2对ElNio事件响应的数值模拟

文中用一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式模拟了热带太平洋表面水中 CO2 总量(TCO2 )在 El Nino和 La Nina事件期间的变化。试验结果表明 ,西北太平洋 (0～ 2 0°N,1 2 0～1 50°E)和赤道中东太平洋 (1 0°S～ 1 0°N,1 50°E～ 90°W)两个海区在 El Nino事件期间表面水TCO2 和海气分压差 (ΔPCO2 )的变化十分显著。El Nino期间 ,西北太平洋 TCO2 和 ΔPCO2 都增加 ;赤道中东太平洋 TCO2 和 ΔPCO2 都减少 ;La Nina期间 ,它们的变化与 El Nino期间相反。模拟的El Nino期间热带太平洋表面水中 TCO2 和 ΔPCO2 的变化趋势与观测事实吻合得较好。     

2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及大气环流特征异同

超强厄尔尼诺事件衰减年背景下的2016年和1998年夏季,长江中下游地区出现阶段性持续性强降雨,分别为2016年6月19日—7月7日(简称2016年段)与1998年6月12—27日(简称1998年第Ⅰ段)、7月17日—8月2日(简称1998年第Ⅱ段),给国家防汛工作带来很大挑战。基于中国大陆2 407个气象台站逐日降水量、NCEP/NCAR逐日大气再分析等资料,对比分析了2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征异同。结果表明:(1)上述三段持续性强降雨的雨带位置,2016年段最北,1998年第Ⅰ段最南;降雨强度,2016年段与1998年第I段大体相当,强于1998年第Ⅱ段。(2)三段持续性强降雨期间大气环流特征相似之处表现为我国东部沿海附近均有低槽,西北太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压相较常年同期其范围偏大、强度偏强,高空西风急流和低空西南急流的强度以及副高南侧偏东气流的水汽输送也均较常年同期偏强。(3)三段持续性强降雨期间大气环流特征的差异是,2016年(1998年)持续性强降雨期间我国东部沿海附近低槽较浅(深),同时副高、南亚高压脊线北侧与西风急流带南侧之间的高空辐散区、低空急流带及辐合切变线的位置、南半球澳大利亚高压位置等也偏北(南),形成的强降雨带位置亦偏北(南);2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间副高、南亚高压、高空西风急流的强度明显强于1998年第Ⅱ段,形成的降雨强度也更强。     

海洋环流模式的发展和应用Ⅰ.全球海洋环流模式

概述近10年来中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室全球海洋环流模式的发展及其在全球海气耦合模式的发展和气候模拟方面的应用.重点是:一个30层、0.5°×0.5°的准全球海洋环流模式LICOM的建立及其模拟的热带太平洋海洋环流和印度尼西亚贯穿流;以20层海洋模式为海洋分量建立的全球海洋-大气-陆面系统耦合模式GOALS在气候变化模拟方面的应用,和以海洋模式L30T63为海洋分量建立的灵活的耦合环流模式FGCM-0在热带太平洋-印度洋海气相互作用及古海洋-古气候模拟方面的应用     

北太平洋中纬度地区海气热交换场的EOF分析

众所周知海洋与大气之间的热交换对大气环流的形成和变化有着童要的作用。本文根据Clark计算的资料对20°N以北北太平洋中纬度地区的蒸发潜热、净长波辐射和感热输送进行了EOF分析,以讨论其季节变化特征。资料范围在22.5—52.5°N,122.5°E—112.5°W,共128个网格点,格距5×5度,1950-1979年。     

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.     

1982—83年厄尼诺年夏季大气涡旋活动及其物理量输送特征

本文采用ECMWF/WMO格点资料分析了1982—83厄尔尼诺年夏季北半球大气定常涡旋和瞬变涡旋活动及其动量、热量、水汽的输送特征和静止涡的E—P通量,结果表明:厄尔尼诺事件发生前后,北半球夏季大气涡旋活动有很大差异;厄尔尼诺结束后,北半球大气的定常涡旋活动明显增强,其动量、热量和水汽的向北输送异常加强,结果使太平洋等地热带高层东风减弱,副热带西风急流增强,副热带高压加强,以及东亚等地降水异常增多。本文的研究有助于理解热带海温强烈增暖对出现异常大气环流影响的物理机制。      

西北太平洋低空环流与海温异常关系的季节性差异

通过资料分析与数值模拟研究了西北太平洋低空环流特征及其与海面温度（SST）异常关系的季节性差异,得到如下结论：1）西北太平洋低空环流的空间尺度和位置在春季和夏季存在明显差异,从春季到夏季,异常环流范围缩小且中心位置向西北偏移;2）西北太平洋低空环流与西北太平洋局地海温的相互作用存在季节差异,春季西北太平洋冷海温与上空反气旋异常之间存在相互作用,而夏季则以大气影响海洋为主,异常的反气旋/气旋可以加热/冷却其下垫面的海温,大气超前3～4 d影响海洋;3）夏季异常反气旋环流（WNPAC）的维持主要来自非局地海温异常（北印度洋暖海温与中太平洋冷海温异常）的强迫,这两个海区对WNPAC的影响也存在季节性差异,北印度洋的影响主要体现在晚春至盛夏,而中太平洋则主要在晚夏发挥作用。     

1982—83年厄尼诺现象与西北太平洋夏季(6—8月)低纬环流特征的初步分析

1982—83年的厄尼诺和南方涛动是本世纪最强的一次ENSO(El-Nino/Southern Oscill-ation)事件。本文分析对比了El-Ni(?)o当年(1982)夏季(6—8月)和El-Nino次年(1983)夏季的西北太平洋低纬度环流特征发现有明显的差异,在1982年夏季,西北太平洋副热带高压明显偏弱;850hPa低纬度西风较强;200hPa上低纬度东风较强,在赤道海洋上已建立了沃克反环流,根据1982年和1983年夏季向外的长波辐射差异图可发现菲律宾以东洋面上ITCZ活跃。而在1983年夏季的低纬度环流几乎与1982年夏季的相反。这两年上述的差异是与赤道太平洋中部或东部的海温异常增暖有关的。