南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系

利用美国NOAA卫星观测的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)资料以及NCEP/NCAR、CMAP月平均资料,采用相关分析等方法,研究了南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系。结果表明:南方涛动具有显著的年际变化特征,这种年际变化对夏季亚澳季风区及海洋性大陆区域的环流、降水及温度异常有重要影响。当SOI正位相时,赤道以南的澳大利亚东部地区以及西北太平洋海域高层为气旋,低层为反气旋,赤道地区的东部太平洋低层为辐散中心,高层为辐合中心,有利于下沉运动维持;加里曼丹岛附近低层辐合,高层辐散,有利于上升运动维持;海洋性大陆地区降水为显著的正异常,东亚地区降水存在较弱的正异常;海洋性大陆地区以及我国青藏高原到东海一带温度为正异常,孟加拉湾及印度半岛区域温度为负异常。     

北半球冬季中纬度位势高度场的季节内振荡

利用1979—2012年逐日NCEP/DOE再分析资料,分析北半球中纬度冬季(11月1日—4月30日)对流层位势高度的季节内振荡特征。结果表明:对流层上层位势高度的季节内变化强度较中下层更强,中心主要位于太平洋和大西洋上空;对流层上层位势高度场主要为1~3波的超长波形势,功率谱分析结果表明其时间序列呈现显著的季节内振荡(10~60 d)特征;10~60 d滤波的位势高度异常空间分布与原异常场一致,位势高度季节内振荡随时间主要表现为向西传播的特征,尤其表现在北太平洋上空,而亚欧大陆更为复杂一些;亚洲冬季风对北半球中纬度位势高度的季节内振荡有响应,主要表现为蒙古高压位置和强度的异常,继而对我国冬季气温产生影响。     

东亚-北太平洋偶极型气压场及其与东亚季风年际变化的关系

利用美国NCEP/NCAR的月平均再分析资料,研究东亚-太平洋地区地面气压的耦合模态与东亚副热带季风异常的关系,结果表明:在亚洲大陆和北半球太平洋之间气压场的偶极子模态主要反映了东亚地区东西向气压梯度的异常.从20世纪60年代到70年代中期,东亚-太平洋的这种偶极子表现为蒙古地区气压偏低和太平洋地区气压偏高的特征,而从20世纪70年代后期到90年代,则表现为蒙古地区气压偏高和太平洋地区气压偏低的特征.在偶极子指数值较高的年份,冬季(或夏季)蒙古高压(或蒙古低压)和太平洋阿留申低压(或太平洋副热带高压)较强     

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

冬季亚洲—太平洋涛动年际变率与东亚气候异常

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料,研究了冬季亚洲—太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明:冬季在亚洲—西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲—太平洋涛动 (APO) 现象,即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时,中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷,反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲—太平洋东西向热力差异强度变化,与夏季相比,冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东,且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同;当冬季APO指数偏高时,对流层上层东亚大槽位置偏西,而东亚热带地区的高压向北伸展,导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制,此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流,并伴随水汽辐散和异常下沉运动,南方降水偏少;冬季APO指数与ENSO有紧密联系。     

Equatorial pacific SSTA-related decadal variations of potential predictability of ENSO and interannual climate

Summary Based on analysis of NCEP reanalysis data and SST indices of the recent 50 years, decadal changes of the potential predictability of ENSO and interannual climate anomalies were investigated. Autocorrelation of Nino3 SST anomalies (SSTA) and correlation between atmospheric anomalies fields and Nino3 SSTA exhibit obvious variation in different decades, which indicates that Nino3 SSTA-related potential predictability of ENSO and interannual climate anomalies has significant decadal changes. Time around 1977 is not only a shift point of climate on the interdecadal time scale but also a catastrophe point of potential predictability of ENSO and interannual climate. As a whole, ENSO and the PNA pattern in boreal winter are more predictable in 1980s than in 1960s and 1970s, while the Nino3 SSTA-related potential predictability of the Indian monsoon and the East Asian Monsoon is lower in 1980s than in 1960s and 1970s. Received October 19, 1999 Revised December 30, 1999     

冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系分析

利用美国国家环境预报中心和美国大气科学研究中心(NCEP/NCAR)1948/1949~2012/2013年的逐日再分析资料,从年际变化和季节内演变两种时间尺度分析了冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系。结果表明,从年际变化角度,东亚冬季风综合指数(EAWMII)与冬季乌拉尔山阻塞频数显著相关,且两者的线性趋势与周期一致。当乌拉尔山阻塞频繁发生时,对流层中层西伯利亚反气旋异常,东亚大槽加深;对流层低层表现为贝加尔湖及东亚沿岸北风显著加强,中亚和东亚大部分地区地表温度降低,东亚冬季风较常年加强。乌拉尔山阻塞的由强盛到崩溃的过程对应着西伯利亚高压由加强到减弱东移的季节内演变,850 h Pa风场对应为异常北风由贝加尔湖以北逐渐影响至低纬度菲律宾以东的演变特征。     

过去2000年亚澳夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究

利用地球系统模式（CESM）开展过去2000 年气候模拟试验,在利用观测资料、再分析资料对模拟资料进行检验的基础上,探讨百年时间尺度上亚澳夏季风降水的时、空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、定量区分自然因子和人类活动对亚澳夏季风的影响具有重要意义。结果表明:过去2000 年亚澳夏季风降水和温度的波动较为一致,暖期降水多,冷期降水少。两者相关系数为0.83,达到99%置信度。此外,亚澳夏季风降水存在105、130、180 a的百年尺度周期。亚澳夏季风降水经验正交函数分解第一模态在印度洋北部呈南北反向的分布型态,在东亚地区呈负、正、负的分布型态;第二模态在印度洋北部呈正、负、正的分布型态,在东亚地区呈全区一致型的分布型态。经验正交函数分解第一特征向量和第二特征向量的正、负值中心大多出现在印度洋北部地区,南北呈不对称分布。亚澳夏季风降水的105 a周期主要受火山活动和土地利用/覆盖的影响,130 a周期主要受太阳辐射、气候系统内部变率的影响,180 a周期主要受火山活动的影响。从经验正交函数分解第一特征向量来看,整个亚澳夏季风降水主要受土地利用/覆盖、太阳辐射的影响;第二特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受太阳辐射和气候系统内部变率的影响;第三特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受气候系统内部变率和温室气体的影响。该研究对揭示百年际时间尺度气候变化特征、辨识影响气候变化的自然因素与人为因素、理解其影响气候的物理机制等具有重要意义,也为应对该区域气候变化提供了参考依据。      

东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展

本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明,东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统,它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且,研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化:其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征,并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化,这个变化在华北尤其显著;而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡,从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化,它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关,因而,东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统,即称之为东亚季风气候系统。此外,本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。     

Southern Hemisphere extra-tropical forcing: a new paradigm for El Ni?o-Southern Oscillation

The main goal of this paper is to shed additional light on the reciprocal dynamical linkages between mid-latitude Southern Hemisphere climate and the El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) signal. While our analysis confirms that ENSO is a dominant source of interannual variability in the Southern Hemisphere, it is also suggested here that subtropical dipole variability in both the Southern Indian and Atlantic Oceans triggered by Southern Hemisphere mid-latitude variability may also provide a controlling influence on ENSO in the equatorial Pacific. This subtropical forcing operates through various coupled air?Csea feedbacks involving the propagation of subtropical sea surface temperature (SST) anomalies into the deep tropics of the Atlantic and Indian Oceans from boreal winter to boreal spring and a subsequent dynamical atmospheric response to these SST anomalies linking the three tropical basins at the beginning of the boreal spring. This atmospheric response is characterized by a significant weakening of the equatorial Atlantic and Indian Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ). This weakened ITCZ forces an equatorial ??cold Kelvin wave?? response in the middle to upper troposphere that extends eastward from the heat sink regions into the western Pacific. By modulating the vertical temperature gradient and the stability of the atmosphere over the equatorial western Pacific Ocean, this Kelvin wave response promotes persistent zonal wind and convective anomalies over the western equatorial Pacific, which may trigger El Ni?o onset at the end of the boreal winter. These different processes explain why South Atlantic and Indian subtropical dipole time series indices are highly significant precursors of the Ni?o34 SST index several months in advance before the El Ni?o onset in the equatorial Pacific. This study illustrates that the atmospheric internal variability in the mid-latitudes of the Southern Hemisphere may significantly influence ENSO variability. However, this surprising relationship is observed only during recent decades, after the so-called 1976/1977 climate regime shift, suggesting a possible linkage with global warming or decadal fluctuations of the climate system.     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

春季青藏高原表面感热加热的年际变化特征及其对印度夏季风爆发时间的影响

本文基于日本气象厅(JMA)的JRA-25再分析资料,分析了春季青藏高原表面感热加热年际变化的时空特征,及其对印度夏季风爆发过程的影响。EOF分析结果表明,春季高原感热加热的年际变化在高原中西部最为明显,这主要与局地地-气温差的年际变率有关。统计分析表明,当春季高原中西部表面感热偏强(弱)时,印度夏季风爆发偏早(晚),且高原中西部表面感热与ENSO事件无显著相关。春季高原中西部感热能够通过改变印度季风区对流层高层和低层的经向热力结构来影响印度夏季风的爆发时间。当春季高原中西部感热偏强时,造成的上升气流在高原以西的印度季风区北部下沉,通过绝热增暖引起局地对流层中上部的异常暖中心,令印度季风区对流层中上部平均温度经向梯度由冬至夏的季节性反转提早。同时,印度季风区北部的下沉运动能够抑制当地降水,令陆面温度升高,并通过非绝热过程造成对流层低层的异常暖中心,进一步增强了印度季风区的海陆热力对比。在印度季风区以北地区对流层高、低层异常增暖的共同作用下,印度夏季风提前爆发。     

BCC大气环流模式对亚澳季风年际变率主导模态的模拟

利用观测海温驱动下的北京气候中心大气环流模式(BCC-AGCM)1979-2000年的模拟数据,从亚澳季风(A-AM)年际变率的角度,对该模式的性能进行了分析.通过季节依赖的EOF分析方法(SEOF)得到观测第1模态,与ENSO从暖位相向冷位相的转变相联系,并伴随东南印度洋和西北太平洋的降水异常随季节变化.该模态具有准2a和4-6a周期的谱峰.分析结果显示,BCC模式可以很好地模拟出第1模态的时间变化特征,及其与ENSO位相的同步关系.但是,模式模拟的降水空间型与观测存在偏差,这主要是由于模式对环流场模拟的偏差造成的,具体表现在西北太平洋(WNP)反气旋和南印度洋(SIO)反气旋的季节锁相模拟偏差.前者与模式模拟的环流场整体偏东有关,后者是由于SIO反气旋的发展和衰亡过程受印度洋局地海气相瓦作用影响,而单独大气模式则无法合理地反映这一过程.另外,模式模拟的第一模态降水空间型在夏季效果较差,原因在于模式模拟的夏季平均降水量存在偏差,尤其是东南印度洋的降水量模拟偏少.进一步分析表明,这可能与对流参数化方案的选择有关.     

东亚冬季风指数的定义及其年际年代际异常

利用NCAR/NCEP再分析资料,通过相关分析方法分析了多种可以表征东亚冬季风活动的气象要素指数的相关性特征,选取地面温度、海平面海陆气压差和500hPa高度3个要素,综合定义了一个东亚冬季风指数。结果表明,该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征,这一特征与冬季风年代际背景有关,强冬季风年代背景下的振荡比弱冬季风年代背景下的振荡显著,同时该指数能很好地表征东亚冬季风活动的各个方面。对强弱冬季风年的大气环流的结构及其相应的低纬度对流活动、海洋和高低层大气热力状况的分析表明,强弱冬季风活动不仅表现在中高纬度高低层大气环流变化的差异,在局地Hadley环流和赤道附近Walker环流、低纬度对流活动、海洋和大气的热力状况的变化方面也表现出了显著的差异。     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

WINTER QINGHAI-XIZANG T_(BB) FEATURES IN RELATION TO ATMOSPHERIC CIRCULATION PATTERN AND ASIAN-AUSTRALIAN MONSOONS

Predominantly in the context of Japan GMS-derived T_(BB) data,study is undertaken of therelationship between the winter thermal conditions of the Qinghai-Xizang Plateau(QXP)andanomaly in Asian-Australian monsoons during northern summer.Evidence suggests that anti-correlation of cold air activity of East Asia with that of Mid Asia is responsible for the counterpartof the ground thermal characteristics anomaly on an interannual basis between the SW and NEQXP;the winter thermal pattern bears a closer correlativity with the subsequent summertimeAsian-Australian monsoons anomaly;as the thermal distribution is reversed,so are the convectionfeatures over North and South China,maritime continent,the NW and SW Pacific at tropical andequatorial latitudes,resulting in vast difference between East-Asian summer and Indonesian-NorthAustralian winter monsoons;the subtropical monsoon-associated rainbelt over the mid-lowerChangjiang basins exhibits the discrepancy in vigor and northerly shift timing.Besides,part of theresults has been further borne out through analysis of temperature and precipitation records of theeastern portion of the country in monsoon climate.     

北半球冬季欧亚遥相关型的变化特征及其对我国气候的影响?

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。     

冬季西太平洋遥相关型的环流结构特征及其与我国冬季气温和降水的关系

用近55 a资料研究了冬季西太平洋遥相关型(WP)异常环流特征及其与我国冬季天气气候的关系。结果表明:冬季西太平洋遥相关型与我国冬季天气气候关系密切。高指数年500 hPa高度场亚洲大陆上空中高纬为负高度异常,中纬度西风偏强,环流呈纬向型,对应海平面气压场上西伯利亚高压偏弱,东亚冬季风偏弱;低指数年情况相反。冬季西太平洋遥相关指数与我国冬季气温和降水存在显著的大范围正相关,与气温的高相关区为我国东部、南部沿海及西南地区所形成的U型区域,而与降水的高相关区则主要分布在我国东部地区。     

Variability of Summer Monsoon Rainfall in India on Inter-Annual and Decadal Time Scales

Indian Summer Monsoon Rainfall(ISMR)exhibits a prominent inter-annual variability known as troposphere biennial oscillation.A season of deficient June to September monsoon rainfall in India is followed by warm sea surface temperature(SST)anomalies over the tropical Indian Ocean and cold SST anomalies over the western Pacific Ocean.These anomalies persist until the following monsoon,which yields normal or excessive rainfall.Monsoon rainfall in India has shown decadal variability in the form of 30 year epochs of alternately occurring frequent and infrequent drought monsoons since1841,when rainfall measurements began in India.Decadal oscillations of monsoon rainfall and the well known decadal oscillations in SSTs of the Atlantic and Pacific oceans have the same period of approximately 60 years and nearly the same temporal phase.In both of these variabilities,anomalies in monsoon heat source,such as deep convection,and middle latitude westerlies of the upper troposphere over south Asia have prominent roles.