FGOALS海洋同化试验对西北太平洋夏季SST—降水关系的模拟评估

评估了耦合气候系统模式FGOALS海洋同化试验对西北太平洋夏季降水和SST相关关系的模拟技巧,并对比了相应的观测海温强迫试验（AMIP）和历史气候模拟试验结果。结果显示,FGOALS海洋同化试验对亚洲季风区大部分海域夏季SST年际变化有较高的模拟技巧,但其对菲律宾以东海域模拟技巧较低。在西北太平洋夏季降水-SST相关关系方面,同化试验部分地再现了南海和菲律宾以东海域降水超前SST变化1个月和同时二者的负相关关系,优于AMIP试验但逊于自由耦合模拟试验。同化试验对SST倾向-降水相关关系的模拟技巧亦介于AMIP试验和自由耦合试验之间。观测中,西北太平洋夏季降水与环流异常受日界线附近和赤道东印度洋海洋大陆地区海温异常的遥强迫,并通过改变到达海表的净短波辐射通量影响局地SST异常,导致局地海温-降水和局地海温倾向-降水的负相关关系。在AMIP试验中,遥强迫导致的西北太平洋地区环流异常较之观测偏弱,由于缺少局地海气耦合过程,在西北太平洋多数地区表现为海温对大气的强迫作用,即SST-降水正相关关系。FGOALS同化试验和自由耦合试验考虑了局地海气耦合过程,虽然低估了遥强迫对西北太平洋地区夏季环流异常的影响,依然部分模拟出局地降水-SST负相关关系但较之观测偏弱。同时,自由耦合试验高估了西北太平洋20°N以南地区海温异常对大气环流异常的强迫,使得其对中国南海和日本岛以南海域SST-降水负相关关系的模拟稍优于同化试验。     

热带印度洋夏季水汽输送特征及对南亚季风区降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析环流资料、CMAP降水量和NOAA海温资料研究了热带印度洋夏季水汽输送的时空变化特征,并考察其对南亚季风区夏季降水的影响.热带印度洋夏季异常水汽输送第一模态表现为异常水汽从南海向西到达孟加拉湾后分成两支,其中一支继续往西到达印度次大陆和阿拉伯海,对应印度半岛南端和中南半岛的西风水汽输送减弱,导致这些区域降水减少;第二模态表现为异常水汽从赤道东印度洋沿赤道西印度洋、阿拉伯海、印度半岛、中南半岛的反气旋输送,印度和孟加拉湾南部为反气旋异常水汽输送,水汽辐散、降水减少,而印度东北部为气旋性水汽输送,水汽辐合、降水增多.就水汽输送与局地海温的关系而言,水汽输送第一模态与热带印度洋海温整体增暖关系密切,而第二模态与同期印度洋偶极子关系密切.     

观测分析El Ni?o衰减早晚对南亚与青藏高原夏季降水和气温的影响

El Ni?o（厄尔尼诺）事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o事件对南亚季风区与青藏高原夏季（6～9月）季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为La Ni?a（拉尼娜）型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋（NWPAC）,阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7～9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6～8月热带太平洋El Ni?o型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC西伸控制南亚季风区,阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:（1）El Ni?o显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因;（2）El Ni?o衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。     

海表温度的增暖趋势和自然变率对长江中下游夏季极端降水强度的影响

极端降水引起的洪、涝等灾害每年给我国带来极大的人员伤亡和经济损失。全球增暖使极端降水事件发生的频率增加,强度增强。但是针对不同区域极端降水事件,其贡献究竟如何还有待于进一步认识。本文以我国长江中下游地区的极端降水事件为研究对象,通过典型年份夏季区域极端降水过程的水汽收支特征,探讨海表温度（SST）的增暖趋势和自然变率强迫对该区域典型极端降水强度的影响效应。结果表明:（1）极端降水过程及其夏季都伴随着区域整层大气的水汽辐合,且水汽辐合发生在经向方向。西北太平洋异常反气旋式环流,在区域南边界形成了稳定的西南风异常的水汽输送。（2）典型极端降水过程发生的夏季,SST在赤道印度洋和热带大西洋为强正异常,主要为增暖趋势的贡献,赤道中东太平洋SST异常表现为La Ni?a型。（3）SST增暖趋势和自然变率的数值敏感性试验表明,1998、2017和2020年的SST增暖趋势强迫的区域水汽辐合分别是其自然变率强迫的83%、210%和107%,SST增暖趋势比自然变率的影响更为重要。（4）SST增暖趋势和自然变率都是通过强迫西北太平洋异常反气旋式环流,引起长江中下游区域南边界异常的西南水汽输送,是导致极端降水发生的主要过程。     

夏季青藏高原对流层温度与西北太平洋副热带地区降水的关系

利用1979—2016年CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project)的降水数据以及ERA-Interim再分析资料,通过统计方法研究了夏季青藏高原地区对流层中上层温度年际变率与同期西北太平洋副热带地区降水的关系及其相关的物理过程。结果表明,在年际变化尺度上,夏季高原对流层温度与同期西北太平洋副热带地区降水存在显著的正相关,即当高原对流层温度偏高时,西北太平洋副热带区域的降水偏多,反之亦然。分析研究指出,当夏季高原对流层温度偏高时,高原上空南亚高压显著增强并且向东扩展至日本地区,高原北部对流层出现异常的上升运动,这一异常上升气流随着高度增加逐渐北偏,并在中高纬度地区沿着异常西风气流向东扩展至日本地区,随后向南下沉至日本南部;受该异常下沉运动影响,日本南部对流层低层出现异常反气旋,其东侧的异常北风与西北太平洋低层的异常气旋、反气旋环流存在紧密联系。西北太平洋地区这种异常环流特征为西北太平洋副热带区域的降水提供了有利的动力和水汽条件,从而使该区域降水增多。     

耦合模式FGOALS-s2海洋同化试验模拟的西北太平洋海气相互作用特征

观测发现,西北太平洋区域夏季降水—SST存在显著的负相关,主要是由于El Ni?o衰减年西北太平洋异常反气旋持续至夏季,该过程是检验耦合模式性能的重要参照标准。本文利用中国科学院大气物理研究所近期气候预测系统IAP-DecPreS,通过海洋同化试验、大气模式AMIP试验与观测结果的比较,评估海洋同化试验对西北太平洋夏季局地海气相互作用特征的模拟影响。结果表明,海洋同化试验能够模拟出西北太平洋区域夏季降水—SST负相关,但负相关区域范围偏小。其与观测之间的最大差异出现在8月,西北太平洋负降水异常及异常反气旋位置偏东,强度偏弱。这是由于其模拟的El Ni?o衰减年夏季赤道东印度洋正降水异常偏弱且移动至赤道南侧,对流层增温偏弱,对西太平洋的遥相关作用偏弱。AMIP试验未考虑大气对海洋的反馈作用,不能再现西北太平洋降水—SST负相关,无法模拟出El Ni?o衰减年夏季西北太平洋异常反气旋。研究表明,海洋同化试验对西北太平洋区域局地海气相互作用特征的模拟能力较AMIP试验有所提升,其对8月西北太平洋降水与环流场的模拟偏差与东赤道印度洋降水模拟偏差有关。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度（sea surface temperature,SST）资料和美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center, JTWC）热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明：1）前期春季印度洋海温异常（sea surface temperature anoma1y,SSTA）尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2）春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

海温异常对台风形成的影响

本文利用地球流体力学实验室(GFDL)的低分辨气候模式进行数值试验,以研究海温异常对台风形成的影响.试验采用恒定8月气候条件和海表温度(SST).海温异常(SSTA)被置于北太平洋不同区域.结果表明,台风生成频率在暖SSTA区明显增加.这是由于暖SSTA区低层辐合的增强一方面使低空气旋式环流和高空反气旋式环流加大,另一方面导致低层水汽向该区辐合,使潜热释放加强,对流加剧所致.此一机制被用于解释台风频率和ENSO事件的相关.在冷ENSO年份,西北和西南太平洋台风增多不仅是由于赤道东太平洋SST异常冷,还与西太平洋SST异常暖有关.     

西北太平洋SST季内振荡及其与中国东部夏季降水季内振荡的关系

利用NOAA逐日海表面温度(sea surface temperature,SST)资料、NCEP/NCAR逐日风场和比湿资料以及中国国家气象信息中心提供的逐日降水资料,研究了西北太平洋气候SST的低频周期,进一步分析了夏季西北太平洋SST季节内振荡与中国东部同期降水异常的关系。结果表明:夏季西北太平洋季节内SST异常影响中国东部同期季节内降水最显著的三个区域为:长江中游及华南沿海;江淮流域;华北大部。其影响途径主要是通过西北太平洋季节内海温与850 h Pa环流场之间相互作用,在东亚沿岸自南向北逐渐形成气旋—反气旋—气旋(反气旋—气旋—反气旋)的波列结构,引起东亚沿海局地水汽的辐合辐散,使得中国东部夏季季节内雨带从江淮流域向华北推进(从华北南撤到长江中游及华南沿海地区)。     

Teleconnected influence of North Atlantic sea surface temperature on the El Ni?o onset

Influence of North Atlantic sea surface temperature (SST) anomalies on tropical Pacific SST anomalies is examined. Both summer and winter North Atlantic SST anomalies are negatively related to central-eastern tropical Pacific SST anomalies in the subsequent months varying from 5 to 13?months. In particular, when the North Atlantic is colder than normal in the summer, an El Ni?o event is likely to be initiated in the subsequent spring in the tropical Pacific. Associated with summer cold North Atlantic SST anomalies is an anomalous cyclonic circulation at low-level over the North Atlantic from subsequent October to April. Corresponded to this local response, an SST-induced heating over the North Atlantic produces a teleconnected pattern, similar to the East Atlantic/West Russia teleconnection. The pattern features two anticyclonic circulations near England and Lake Baikal, and two cyclonic circulations over the North Atlantic and near the Caspian Sea. The anticyclonic circulation near Lake Baikal enhances the continent northerlies, and strengthens the East-Asian winter monsoon. These are also associated with an off-equatorial cyclonic circulation in the western Pacific during the subsequent winter and spring, which produces equatorial westerly wind anomalies in the western Pacific. The equatorial westerly wind anomalies in the winter and spring can help initiate a Pacific El Ni?o event following a cold North Atlantic in the summer.     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

Indo-western Pacific ocean capacitor and coherent climate anomalies in post-ENSO summer: A review

ENSO induces coherent climate anomalies over the Indo-western Pacific, but these anomalies outlast SST anomalies of the equatorial Pacific by a season, with major effects on the Asian summer monsoon. This review provides historical accounts of major milestones and synthesizes recent advances in the endeavor to understand summer variability over the Indo-Northwest Pacific region. Specifically, a large-scale anomalous anticyclone(AAC) is a recurrent pattern in post-El Ni ?no summers, spanning the tropical Northwest Pacific and North Indian oceans. Regarding the ocean memory that anchors the summer AAC, competing hypotheses emphasize either SST cooling in the easterly trade wind regime of the Northwest Pacific or SST warming in the westerly monsoon regime of the North Indian Ocean. Our synthesis reveals a coupled ocean–atmosphere mode that builds on both mechanisms in a two-stage evolution. In spring, when the northeast trades prevail, the AAC and Northwest Pacific cooling are coupled via wind–evaporation–SST feedback. The Northwest Pacific cooling persists to trigger a summer feedback that arises from the interaction of the AAC and North Indian Ocean warming, enabled by the westerly monsoon wind regime. This Indo-western Pacific ocean capacitor(IPOC) effect explains why El Ni ?no stages its last act over the monsoonal Indo-Northwest Pacific and casts the Indian Ocean warming and AAC in leading roles. The IPOC displays interdecadal modulations by the ENSO variance cycle, significantly correlated with ENSO at the turn of the 20 th century and after the 1970 s, but not in between. Outstanding issues, including future climate projections, are also discussed.     

Indo-Pacific remote forcing in summer rainfall variability over the South China Sea

This study investigates summer rainfall variability in the South China Sea (SCS) region and the roles of remote sea surface temperature (SST) forcing in the tropical Indian and Pacific Ocean regions. The SCS summer rainfall displays a positive and negative relationship with simultaneous SST in the equatorial central Pacific (ECP) and the North Indian Ocean (NIO), respectively. Positive ECP SST anomalies induce an anomalous low-level cyclone over the SCS-western North Pacific as a Rossby-wave type response, leading to above-normal precipitation over northern SCS. Negative NIO SST anomalies contribute to anomalous cyclonic winds over the western North Pacific by an anomalous east–west vertical circulation north of the equator, favoring more rainfall over northern SCS. These NIO SST anomalies are closely related to preceding La Niña and El Niño events through the “atmospheric bridge”. Thus, the NIO SST anomalies serve as a medium for an indirect impact of preceding ECP SST anomalies on the SCS summer rainfall variability. The ECP SST influence is identified to be dominant after 1990 and the NIO SST impact is relatively more important during 1980s. These Indo-Pacific SST effects are further investigated by conducting numerical experiments with an atmospheric general circulation model. The consistency between the numerical experiments and the observations enhances the credibility of the Indo-Pacific SST influence on the SCS summer rainfall variability.     

Indian summer monsoon rainfall predictability and variability associated with Northwest Pacific circulation in a suit of coupled model hindcasts

The Northwest Pacific (NWP) circulation (subtropical high) is an important component of the East Asian summer monsoon system. During summer (June–August), anomalous lower tropospheric anticyclonic (cyclonic) circulation appears over NWP in some years, which is an indicative of stronger (weaker) than normal subtropical high. The anomalous NWP cyclonic (anticyclonic) circulation years are associated with negative (positive) precipitation anomalies over most of Indian summer monsoon rainfall (ISMR) region. This indicates concurrent relationship between NWP circulation and convection over the ISMR region. Dry wind advection from subtropical land regions and moisture divergence over the southern peninsular India during the NWP cyclonic circulation years are mainly responsible for the negative rainfall anomalies over the ISMR region. In contrast, during anticyclonic years, warm north Indian Ocean and moisture divergence over the head Bay of Bengal-Gangetic Plain region support moisture instability and convergence in the southern flank of ridge region, which favors positive rainfall over most of the ISMR region. The interaction between NWP circulation (anticyclonic or cyclonic) and ISMR and their predictability during these anomalous years are examined in the present study. Seven coupled ocean–atmosphere general circulation models from the Asia-Pacific Economic Cooperation Climate Center and their multimodel ensemble mean skills in predicting the seasonal rainfall and circulation anomalies over the ISMR region and NWP for the period 1982–2004 are assessed. Analysis reveals that three (two) out of seven models are unable to predict negative (positive) precipitation anomalies over the Indian subcontinent during the NWP cyclonic (anticyclonic) circulation years at 1-month lead (model is initialized on 1 May). The limited westward extension of the NWP circulation and misrepresentation of SST anomalies over the north Indian Ocean are found to be the main reasons for the poor skill (of some models) in rainfall prediction over the Indian subcontinent. This study demonstrates the importance of the NWP circulation variability in predicting summer monsoon precipitation over South Asia. Considering the predictability of the NWP circulation, the current study provides an insight into the predictability of ISMR. Long lead prediction of the ISMR associated with anomalous NWP circulation is also discussed.     

1999年东亚夏季风异常活动的物理机制研究

文中从海-气相互作用的角度探讨了1999年东亚夏季风及与其相联系的雨带异常活动的物理机制。结果表明,由于1998年春季至1999年南海-热带西太平洋出现了近20 a最强的异常暧海温,该地强异常海-气相互作用的维持使得这种局地的热力强迫成为1999年东亚夏季风和降水异常的最主要外强迫机制,并使得1999年的季风活动和降水分布有别于一般的统计情形。从1998年秋到1999年,由于热带大气对南海-西太平洋暧海温所诱发的局地强加热的响应,热带西太平洋地区所出现的Gill模态的异常环流分布从冬季一直发展到夏季,并因此在海洋和大气之间形成了局地的强烈正反馈,不仅使得异常环流得以持续发展,而且也使得暖海温得以维持,成为影响1999年环流异常的最强前期信号。随着从冬到夏的季节演变,大气基本态对上述持续性异常环流的影响导致了冬、夏异常环流呈现出不同的纬向非对称,诱发了盛夏期间东亚到北美沿岸的遥相关波列。在东亚沿岸异常气旋性环流的影响下,大尺度异常东风在东亚沿岸的维持形成了极不利于季风西风在南海北部转向的条件,导致了季风在中国东部北进的异常偏弱和低纬西风转向位置的异常偏东。     

太平洋和印度洋在南海夏季风爆发年代际变化中的作用

利用1951～1998年多种大气和海洋资料,研究了太平洋和印度洋在南海夏季风爆发中的作用.结果表明,影响南海夏季风爆发早晚的因素存在着年代际变化:1951～1970年,印度洋起主要作用;1970～1998年西太平洋起主要作用.该年代际变化主要是1970年前后北极涛动(AO)的跃变以及西太平洋副高强度变化的结果.1951...     

亚澳季风异常与ENSO准四年变化的联系分析

分析了赤道地区纬向风的年际变化特征，以及亚澳季风与ENSO在各个位相的联系。结果表明：赤道纬向风变化与中东太平洋海温变化在准四年周期上是强烈耦合的；在El Eino期间东亚冬季风弱，夏季风强，而南亚夏季风弱，反之，在La Nina期间东亚冬季风强，夏季风弱，而南亚夏季风强；东亚地区的异常北风有利于西太平洋西风异常爆发，使得东太平洋海温升高，但只有随后在中东太平洋出现持续性西风异常，El Nino才能发展，其中来自太平洋中部的异常北风（并不是来自东亚大陆地区）和南太平洋中部的异常南风的辐合对中东太平洋出现持续性西风异常起重要的作用，尤其是澳大利亚东北部的季风异常的影响更为显。     

南海-西太平洋春季对流10~30天振荡强度对南海夏季风爆发早晚的影响

采用NCEP再分析资料,揭示了南海-西太平洋春季对流存在显著的10~30天振荡周期。在年际尺度上,南海-西太平洋春季对流10~30天振荡强度（简称SCSWP_SISO）与南海夏季风爆发日期存在显著的负相关关系。当春季菲律宾和西太平洋海温偏高、赤道太平洋中部及以东地区海温偏低时,索马里、110 °E越赤道气流会加强,南海-西太平洋偏西风加强,产生异常气旋性环流,垂直上升运动增强,水汽异常偏多,东西风切变增强,有利于SCSWP_SISO增强。而SCSWP_SISO增强时,有由南往北、自西向东的异常气旋传播,从而减弱低层副热带高压使之较早撤出南海,南海夏季风得以较早爆发。反之亦然。在不同的年代际背景下,SCSWP_SISO经历了偏弱、较弱和偏强的变化,但影响其变化的因子并不完全一致。在第一阶段（1958—1976年）,主导因子是南海-西太平洋冷的海温与异常下沉运动、异常减弱的水汽-对流条件。在第二阶段（1977—1993年）,主导因子为中东太平洋异常偏冷的海温以及局地异常减弱的风场垂直切变。在第三阶段（1994—2011年）,主导因子为热带海温的整体偏暖、风场垂直切变的增强以及水汽-对流的加强。但随着SCSWP_SISO的年代际增强,其与南海夏季风爆发日期的相关关系却呈现下降趋势。