东西伯利亚——波弗特海海冰多年代际变率及其与大西洋多年代际振荡的联系

基于哈得来中心（Hadley Centre）逐月的海表温度、海冰密集度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）的大气环流再分析资料,分析了1950—2020年秋季（8—10月）东西伯利亚—波弗特海（East Siberian-Beaufort,EsCB）海冰年代际变化的时空特征,并阐述了大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）对EsCB海冰年代际变率的可能调制作用。结果表明,EsCB是秋季北极海冰年代际变化最主要的区域,该区海冰密集度年代际变率可占其异常总方差的40%以上。进一步研究发现,AMO对秋季EsCB海冰存在明显的调制作用,在AMO正位相,北大西洋正海温异常激发向极传播的大气罗斯贝波列,有利于北极中部出现高压异常,相应的大气绝热下沉运动使得对流层低层出现明显的升温,从而有利于EsCB海冰的融化。与此同时,地表升温和EsCB海冰消融会引起局地云量的增多、大气向下长波辐射增大,这反过来又使得地表气温升高,这种地表气温-云-长波辐射的正反馈过程有利于年代际海冰信号的长时间维持。耦合模式的北大西洋“起搏...     

北大西洋年代际振荡（AMO）气候影响的研究评述

北大西洋年代际振荡（theAtlantic Multidecadal Oscillation,AMO）是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度（sea surface temperature,SST）准周期性暖冷异常变化。它具有65～80a周期,振幅为0.4℃。AMO的形成与热盐环流的准周期性振荡有关,它是气候系统的一种自然变率。诸多研究表明,AMO在北大西洋局地气候及全球其他区域气候演变中发挥了重要影响。欧亚大陆的表面气温,美国大陆、巴西东北部、西非以及南亚的降水,北大西洋飓风等都与之密切相关。AMO对东亚季风气候的年代际变化有显著的调制作用,暖位相AMO增强东亚夏季风,减弱冬季风,冷位相则相反。本文总结了这方面的研究进展,讨论了AMO对未来气候预测的意义,认为最近20多年来我国冬季的显著增暖与AMO处于暖位相有关,是人类温室气体强迫与暖位相AMO（自然因子）两种增暖影响相叠加的结果。随着AMO逐渐转入冷位相,我国冬季变暖趋势将放慢,并有望于21世纪20年代中期逆转。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

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。     

前期青藏高原积雪与ENSO对南海夏季风强度的协同影响

基于1980—2018年罗格斯大学全球积雪实验室积雪面积、英国气象局哈得来中心海温、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代再分析（ERA-5）土壤湿度、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析、美国国家海洋大气管理局（NOAA）气候预测中心降水（CMAP）和全球降水气候计划降水（GPCP）等数据,采用相关、合成和回归等分析方法,分析了前期青藏高原积雪和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）年际尺度变化对南海夏季风强度及降水的协同影响。结果表明:在年际尺度上,青藏高原积雪、ENSO与南海夏季风变率有密切关系,当青藏高原春季积雪西部偏多且东部偏少时,夏季高原西部对流层温度偏低,在高原上空产生异常下沉气流并向外辐散,引起中国南海地区对流层中低层为异常下沉气流。另外,赤道中东太平洋海温异常偏高则会使夏季印度洋海温异常偏高,对流层温度偏高,在西北太平洋产生东北风异常,加强西北太平洋和中国南海上空的反气旋性环流异常。在青藏高原积雪和ENSO共同影响下,夏季850 hPa中国南海上空反气旋异常进一步加强,南海夏季风强度减弱,降水减少。      

基于信息流理论的因果分析在辨析大西洋多年代际振荡物理机制中的应用

大西洋多年代际振荡（AMO）是指发生在北大西洋的海表温度（SST）冷暖异常多年代际（50～80年）振荡的现象。通常AMO被认为是受大西洋经向翻转环流（AMOC）及其对应的海洋动力过程（经向热量输运）的影响。近年来有观点认为,AMO是大气随机热力强迫的产物,大气主导了海气间的热量交换进而影响AMO。弄清AMO和北大西洋海表热通量的因果关系是辨析AMO动力和热力驱动机制的关键。本文利用基于信息流理论的因果分析方法,研究了1880年以来观测的AMO与北大西洋海表热通量间的因果关系。结果表明,在多年代际尺度上,从AMO到海表热通量的信息流要远大于二者相反方向的信息流,这说明AMO是北大西洋海表热通量异常的因,海洋主导了海气间的热量交换。大气随机热力强迫机制无法解释AMO与热通量两者因果分析的结果。对泛大西洋地区的陆地气温和AMO指数进行分析,进一步表明由于海洋主导了海气热量交换,AMO的海温异常加热/冷却控制了绝大多数地区气温的多年代际变化。利用海温驱动的大气环流模式的模拟结果验证了AMO的海温异常对周边陆地气温强迫作用。本文的结果为辨析AMO的动力和热力驱动机制提供了新线索,进一步表明AMO并非是大气随机热力强迫的产物,海洋环流可能是AMO的主要驱动因子。     

印度洋潜热通量对南海夏季风爆发的影响

利用OAFlux热通量资料和ERA-Interim高度场资料,分析了热带印度洋区域潜热通量的变化与南海夏季风爆发之间的关系,初步探讨了热带印度洋潜热通量变化对南海夏季风爆发早晚的影响过程。结果表明,2月热带印度洋区域的潜热通量与南海夏季风爆发之间存在密切的联系,当2月热带印度洋区域潜热通量较常年偏多（少）时,当年南海夏季风爆发偏晚（早）。当2月热带印度洋的潜热通量异常偏多（少）时,海洋向大气释放更多（少）的潜热,潜热通量通过对流凝结作用对大气加热形成大气热源,再通过大气环流逐渐影响2—4月的高度场,使得南海上空的850 hPa高度场出现异常偏高（低）,即副热带高压偏强（弱）。异常强（弱）的副热带高压结合孟加拉湾弱（强）的异常西南风,造成南海夏季风爆发偏晚（早）。因此可以认为热带印度洋2月的潜热通量变化是影响南海夏季风爆发的重要因素。      

大样本初始化十年际预测试验（CESM-DPLE）对东亚夏季气候预测的评估

基于气温和降水观测资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）大气再分析资料,系统评估了大样本初始化十年际预测试验（CESM-DPLE）对1959—2016年东亚夏季气候预测的能力。结果表明,CESM-DPLE能较好地模拟东亚夏季气候以及相关主要大气环流系统的基本态特征,在年际尺度上对东亚气温有很高的预测技巧但对降水几乎没有预测能力。CESM-DPLE再现了北大西洋多年代际振荡（AMO）经由激发遥相关波列所引起的中高纬度大气环流、东亚夏季风和气候的异常。20世纪90年代末之后,北大西洋多年代际振荡由冷位相转为暖位相,遥相关波列位相调整,东亚受异常低压控制,东亚夏季风偏强,夏季气温偏高、降水偏多。总体上,尽管还存在着不足,但CESM-DPLE对东亚夏季温度年际变化以及与20世纪90年代末北大西洋多年代际振荡位相转变相联的东亚夏季气候年代际变化具备一定的预测能力,是目前研究和预测东亚气候变化的一套较好试验数据。      

东亚夏季风年代际变化——基于全球观测海表温度驱动NCAR Cam3的模拟分析

利用1950~1999年逐月全球观测海表温度驱动的NCAR Cam3全球大气环流模式50年模拟结果及1958~1999年ECMWF再分析资料,通过定义东亚夏季风指数,对比分析了东亚夏季风的年代际变化及其对应的大气环流特征,初步探讨了20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱的可能机制。结果表明:模拟的东亚夏季风具有很明显的年代际变化,并在20世纪70年代末发生了突变,由强夏季风转为弱夏季风,大气环流也相应发生了明显变化。在强夏季风时期,500 hPa距平高度场上,在亚太地区从低纬度到高纬度为负、正、负距平分布,呈现出一个西南—东北向的波列;850 hPa距平风场上,在孟加拉湾及南海附近为异常反气旋,在西北太平洋区域则为强大的异常气旋,日本北部有一异常反气旋存在。西北太平洋副热带高压加强、南压、西伸。在垂直经向环流上,东亚Hadley环流减弱,对流层低层出现异常南风,东亚夏季风加强。在弱夏季风时期,大气环流变化则基本相反。通过对模拟的东亚夏季风与观测海温关系的探讨,发现20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱可能与北印度洋和南海附近海温年代际增暖并导致孟加拉湾、南海及日本附近产生异常气旋有关。     

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:（1）指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。（2）揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多（少）型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多（少）。东多西少（西多东少）型降水对应着中国东南地区高空的正（负）异常中心,有利于高空辐散（辐合）及异常的上升（下沉）运动,其与南方地区东部低空的气旋（反气旋）性异常共同作用,有利于东部降水偏多（偏少）。与此同时,低空中南半岛反气旋（气旋）性异常及菲律宾地区反气旋（气旋）性异常,不（有）利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少（西多东少）的降水型。（3）揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。     

Teleconnection between rainfall over South China and the East European Plain in July and August

In the present reported work, we identified that there is a significant negative relationship between rainfall over South China (SC) and the East European Plain (EEP) in the months of July and August, and investigated the possible reason for this negative relationship. The correlation coefficients between SC and the EEP rainfall were calculated to be ?0.42 for July and ?0.35 for August, both significant at the 95 % confidence level. We report that a wave-like train of circulation anomalies and a pathway of wave-activity flux stretching from Europe to East China connect the anticyclonic anomaly over Europe and the cyclonic anomaly over central and southern China, which are responsible for less EEP rainfall and more SC rainfall. We suggest that the teleconnection between SC and EEP rainfall results from the extension of stationary Rossby waves in the mid-latitudes in the upper troposphere for both July and August. This stationary Rossby wave is contributed to by summer North Atlantic Oscillation (NAO) and its extension features are determined by the location and intensity of the climatological upper-tropospheric westerly jet. Furthermore, we found that there was an interdecadal change around the mid-1970s in the negative SC–EEP rainfall relationship for both July and August. The negative correlation was significant and strong in the period 1976–2005, but much weaker in the period 1955–1975. The extension of stationary Rossby waves from Europe to East China was responsible for the significant negative relationship during the period 1976–2005.     

Springtime Convective Quasi-Biweekly Oscillation and Interannual Variation of Its Intensity over the South China Sea and Western North Pacific

This study investigates characteristics of the convective quasi-biweekly oscillation(QBWO) over the South China Sea(SCS) and western North Pacific(WNP) in spring, and the interannual variation of its intensity. Convective QBWO over the WNP and SCS shows both similarities and differences. Convective QBWO over the WNP originates mainly from southeast of the Philippine Sea and propagates northwestward. In contrast, convective QBWO over the SCS can be traced mainly to east of the Philippines and features a westward propagation. Such a westward or northwestward propagation is probably related to n = 1 equatorial Rossby waves. During the evolution of convective QBWO over the WNP and SCS, the vertical motion and specific humidity exhibit a barotropic structure and the vertical relative vorticity shows a baroclinic structure in the troposphere. The dominant mode of interannual variation of convective QBWO intensity over the SCS–WNP region in spring is homogeneous. Its positive phase indicates enhanced convective QBWO intensity accompanied by local enhanced QBWO intensity of vertical motion throughout the troposphere as well as local enhanced(weakened) QBWO intensity of kinetic energy, vertical relative vorticity,and wind in the lower(upper) troposphere. The positive phase usually results from local increases of the background moisture and anomalous vertical shear of easterlies. The latter contributes to the relationship between the dominant mode and QBWO intensities of kinetic energy, vertical relative vorticity, and wind. Finally, a connection between the dominant mode and the sea surface temperature anomalies in the tropical Pacific Ocean is demonstrated.     

北大西洋多年代际振荡正、负位相期间欧亚夏季副热带波列季节内活动特征及与印度降水的联系

利用美国国家环境预测中心与国家大气研究中心（NCEP/NCAR）逐日再分析资料,针对北大西洋多年代际振荡（AMO）两个不同位相,对逐候200 hPa经向风异常进行EOF分析,发现在AMO正、负位相期间,欧亚副热带波列的季节内活动存在明显差异。利用超前—滞后回归,对比了不同AMO位相下副热带波列及其相联系的印度夏季降水的季节内活动演变特征,分析有关的大气环流,探究波列影响降水的机制。结果表明:在AMO负位相期间,由格陵兰岛以南北大西洋经大不列颠岛、地中海、黑海—里海向南亚北部传播的副热带波列的季节内演变,在印度中部引起下沉,导致中部及西北部季节内降水减少,波列负位相相反;在AMO正位相期间,副热带波列西起冰岛以南北大西洋经丹麦南部、俄罗斯西部、中亚向南亚东北部传播,对应该波列的季节内演变,辐合上升区在印度中部和东西两侧,使得该区域季节内降水增加,波列负位相相反。于是,AMO通过调制夏季欧亚副热带波列的季节内活动,可以对印度夏季降水的季节内变化空间型及演变发挥显著影响。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

夏季长江中下游地区降水持续性年(代)际变异及其与环流和Rossby波活动的联系

旱涝异常不仅与降水的频次和强度有关,在多种时间尺度上,其与降水的持续性亦存在较好的对应关系。基于1979～2013年6～7月中国东部249站点逐日降水资料及ERA-interim逐月再分析资料,研究了长江中下游地区近35年降水持续性的长期变化及其相联系的大尺度环流型和Rossby波能量频散特征。结果表明:近35年长江中下游地区降水时段平均持续时间变短而无雨时段变长,体现出了降水持续性的减弱趋势。进一步研究发现,该趋势变化与长江中下游地区在1980和1990年代持续性降水事件偏多,而在2000年以后偏少的年代际变化有关。在年代际和年际尺度上,与长江中下游地区降水持续特征变异相联系的异常环流型在我国东南部及南海地区分布较为类似,而在偏高纬度和偏低纬度地区存在较大差异。相似之处在于:在两个时间尺度上,在对流层中高层均存在显著的反气旋性环流控制我国东南部地区,而在中低层均存在由海洋向长江中下游地区的气流辐合,并在高层由长江中下游地区向海洋辐合。不同之处是:年代际尺度上,自对流层低层到高层在乌拉尔山以东及蒙古地区分别存在反气旋性环流和气旋性环流,且赤道印度洋地区的对流层中低层存在显著的气旋性环流;而在年际尺度上,由低层到高层位于贝加尔湖东、西侧均为反气旋性环流异常,但海洋性大陆的东北部,低层出现向长江中下游地区辐合的气流的源,高层则为由长江中下游地区向低纬度地区辐合的气流的汇。Rossby波扰动能量频散特征在年代际和年际尺度上亦呈现出明显的差异。年代际尺度上,中纬度地区自大西洋至蒙古地区存在一个正—负—正—负的Rossby波列,波能东传,对长江中下游地区产生影响,而在中低层,自低纬地区向长江中下游地区的波能传播相对较弱;在年际尺度上,影响长江中下游地区降水的Rossby波活动的局地性特征更为明显。在低层,波扰能量经由南海向长江中下游地区传播更明显,而在对流层高层源于贝加尔湖西侧的波扰能量传播相对较强。这些结果有助于深刻认识长江中下游地区降水的异常持续及与之相联系的洪涝灾害的形成机理。     

Interdecadal Variability of the Afro-Asian Summer Monsoon System

The Afro-Asian summer monsoon is a zonally planetary-scale system, with a large-scale rainbelt covering Africa, South Asia and East Asia on interdecadal timescales both in the past century(1901–2014) and during the last three decades(1979–2014). A recent abrupt change of precipitation occurred in the late 1990 s. Since then, the entire rainbelt of the Afro-Asia monsoon system has advanced northwards in a coordinated way. Consistent increases in precipitation over the Huanghe–Huaihe River valley and the Sahel are associated with the teleconnection pattern excited by the warm phase of the Atlantic Multidecadal Oscillation(AMO). A teleconnection wave train, with alternating cyclones/anticyclones, is detected in the upper troposphere. Along the teleconnection path, the configuration of circulation anomalies in North Africa is characterized by coupling of the upper-level anticyclone(divergence) with low-level thermal low pressure(convergence), facilitating the initiation and development of ascending motions in the Sahel. Similarly, in East Asia, a coupled circulation pattern also excites ascending motion in the Huanghe–Huaihe River valley. The synchronous increase in precipitation over the Sahel and Huanghe–Huaihe River valley can be attributed to the co-occurrences and in-phase changes of ascending motion. On the other hand, the warm phase of the AMO results in significant warming in the upper troposphere in North Africa and the northern part of East Asia. Such warming contributes to intensification of the tropical easterly jet through increasing the meridional pressure gradient both at the entrance region(East Asia) and the exit region(Africa). Accordingly, precipitation over the Sahel and Huanghe–Huaihe River valley intensifies, owing to ageostrophic secondary cells. The results of this study provide evidence for a consistent and holistic interdecadal change in the Afro-Asian summer monsoon.     

Influence of internal decadal variability on the summer rainfall in Eastern China as simulated by CCSM4

The combined impact of the Pacific Decadal Oscillation(PDO) and Atlantic Multidecadal Oscillation(AMO) on the summer rainfall in eastern China was investigated using CCSM4. The strongest signals occur with the combination of a positive PDO and a negative AMO(+PDO- AMO), as well as a negative PDO and a positive AMO(-PDO + AMO). For the +PDO- AMO set, significant positive rainfall anomalies occur over the lower reaches of the Yangtze River valley(YR),when the East Asian summer monsoon becomes weaker, while the East Asian westerly jet stream becomes stronger, and ascending motion over the YR becomes enhanced due to the jet-related secondary circulation. Contrary anomalies occur over East Asia for the-PDO + AMO set. The influence of these two combinations of PDO and AMO on the summer rainfall in eastern China can also be observed in the two interdecadal rainfall changes in eastern China in the late 1970 s and late 1990 s.     

盛夏两类东亚高空西风急流北跳的动力过程

在气候态上,7月底东亚高空西风急流中心突然从40°N北跳到45°N以北.逐年统计分析显示此次急流北跳存在两类典型方式:急流北侧西风强度增强引起的北跳(第一类)和急流中心西风强度的减弱引起的北跳(第二类).本文基于1958年到2002年的NCEP/NCAR再分析资料,采用波活动通量诊断这两类典型北跳相应的动力过程,进一步...