太平洋年代际振荡对中国冬季最低气温年代际变化的贡献

基于1961—2013年中国台站的均一化气温数据、NOAA月平均海温资料和CMIP5气候模式数据,利用气候统计手段,定量分析太平洋年代际振荡（PDO）对中国冬季最低气温年代际变化的贡献。结果表明：PDO的年代际序列与年代际滤波后的最低气温场在全国大部分地区呈显著正相关,即PDO负位相时中国冬季最低气温偏低,反之偏高。2006年后中国冬季最低气温变暖减缓,造成这一现象的主要原因是自然变率起到的降温作用,而自然变率又主要由PDO起主导作用,约占自然变率贡献的40%左右。PDO对温度的贡献呈现出明显的年代际变化,在变暖减缓期对升温有明显的负贡献,且负贡献逐渐增大至超过50%。     

全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化

利用1979~2013年实时多要素MJO（Madden-Julian Oscillation）监测（RMM）指数,美国NOAA逐日长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料等,分析了全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化特征。从全球平均气温快速增暖期（1985~1997）到变暖趋缓期（2000~2012）,MJO 2~4位相频次减少,5~7位相频次增多,即MJO对流活跃区在热带印度洋地区停留时间缩短、传播速度加快,而在热带西太平洋停留时间加长、传播明显减缓。进一步分析发现,以上MJO的年代际变化特征与全球变化年代际波动有关。当太平洋年代际涛动（PDO）处于负位相时,全球变暖趋缓,热带东印度洋—西太平洋海温异常偏暖,使其上空对流加强,垂直上升运动加强,对流层低层辐合,大气中的水汽含量增多,该区域的湿静力能（MSE）为正异常。当MJO对流活跃区位于热带印度洋地区时,MJO异常环流对季节平均MSE的输送在强对流中心东侧为正、西侧为负,有利于东侧MSE扰动增加,使得MJO对流扰动东移加快;而当MJO对流活跃区在热带西太平洋地区,MJO异常环流对平均MSE的输送形成东负西正的形势,东侧MSE扰动减小,不利于MJO快速东传。因此,全球变化背景下PDO引起的大气中水汽含量及MSE的变化可能是MJO传播年代际变化的重要原因。     

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。     

中国近海变暖和海洋热浪演变特征及气候成因研究进展

近几十年来,气候变化背景下中国近海海表面温度（SST）显著上升且极端高海温事件（海洋热浪）频发,时常造成海洋生物大规模死亡和赤潮暴发等生态灾害。为此,文章回顾分析了中国近海变暖及海洋热浪的相关研究进展,包括海温变化趋势和变率、海洋热浪演变特征和气候成因,以及相关影响,并探讨了应对策略。研究显示,1960～2022年,中国近海尤其是东中国海（渤海、黄海和东海）变暖趋势显著,SST分别上升了1.02℃±0.19℃、1.45℃±0.32℃,主要受到东亚季风减弱和黑潮入侵增强的影响;而SST年际和年代际变率还与厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）和太平洋年代际涛动（PDO）等大尺度气候因子有关。中国近海变暖还引起地理等温线明显向北迁移,造成季节性物候发生变迁（春季提前和秋季滞后）,并影响海洋生物生长节律、地理分布、群落结构和生态服务功能。自1982年以来,中国近海海洋热浪增多变强,最近十年（2010～2019年）尤其显著,其中,东中国海和南海（5～9月）海洋热浪平均发生频率分别是1980年代的20倍和4倍,并与热带印度洋偶极子和厄尔尼诺有较高的相关关系。趋频增强的海洋热浪对珊瑚礁等海洋生态系统和海水...     

全球海表温度年代际尺度的空间分布及其对长江中下游梅雨的影响

使用统计诊断的方法,探讨了近百年全球海表温度年代际尺度的空间分布结构与长江中下游梅雨异常变化的可能联系.采用三次样条函数拟合的方法将1885～2000-全球海表温度场和长江中下游梅雨雨量百分比序列的年代际变化分量分离出来,在分析各自年代际变化特征基础上,研究了全球海表温度的年代际尺度分布结构对长江中下游梅雨异常变化的影响.结果表明(1) 全球海表温度年代际尺度变化分量清晰地表征出气候背景的分布状态,其中太平洋年代际振荡(PDO)型态表现突出,特别是1976年以后太平洋的气候背景呈现暖事件增强的趋势.同时,印度洋及大西洋中部海域的海表温度也表现出明显的升温趋势.(2) 长江中下游梅雨年代际尺度变化趋势与全球海表温度的年代际变化趋势基本一致,特别是与PDO典型分布型态的变化趋势有很好的对应,当PDO暖事件趋势处于较强时期时,长江中下游梅雨为偏多的趋势,反之亦然.其中20世纪70胩代中期PDO出现暖位相增强的突变,长江中下游梅雨也在此时期转入增多的趋势.同时,印度洋、大西洋部分地区的海表温度的年代际变化与梅雨的年代际变化之间也有一定的关联.(3) PDO指数与西太平洋副热带高压面积指数的年代际变化趋势一致的统计事实,从一个侧面说明海洋的-代际变化最终通过副热带高压的变动影响梅雨的异常变化的可能性.     

全球变暖情景下太平洋年代际振荡（PDO）时空特征变化分析

基于CMIP5多模式中的历史情景与全球变暖情景资料以及观测海温数据,利用EOF分析,回归分析、功率谱分析等方法对北太平洋区域冬季海—气耦合系统进行了研究,进而分析了全球变暖背景下太平洋年代际振荡（PDO）时空特征的变化。通过对比观测资料中1934年前后的PDO时空特征,发现在全球变暖的背景下,PDO强度得到加强,PDO模态的频率向高频移动（周期变短）;再用泰勒图分析方法和功率谱分析方法评估13个CMIP5模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）的模拟能力;在此基础上,选取评估良好以上的9种模式对比分析不同增暖情景下的PDO时空特征变化,发现模式中PDO对全球变暖的响应与观测结果基本一致。     

东亚冬季风的年代际变化及其与全球气候变化的可能联系

对近年来中外关于东亚冬季风(EAWM)年代际变化问题研究进展做了回顾和评述,主要包括以下3个方面内容:(1)东亚冬季风明显受到全球气候变化的影响,从20世纪50年代开始,中国冬季气温经历了一次冷期(从20世纪50年代延续到80年代初中期),一次暖期(从20世纪80年代初中后期延续到21世纪初)和近10-15年(约从1998年开始)出现的气候变暖趋缓期(也称气候变暖停顿期)。(2)东亚冬季风主要表现出强-弱-强3阶段的特征,即从1950年到1986/1987年,明显偏强;从1986/1987年冬季开始,东亚冬季风减弱;约2005年之后,东亚冬季风开始由弱转强。与东亚冬季风的年代际变化特征相对应,东亚冬季大气环流以及中国冬季气温和寒潮都表现出一致的年代际变化。(3)东亚冬季风的年代际变化与大气环流和太平洋海表温度(SST)的区域模态变化密切相关。当北半球环状模/北极涛动(NAM/AO)和太平洋年代际振荡(PDO)处于负(正)位相,东亚冬季风偏强(弱),中国冬季气温偏低(高)。此外,北大西洋年代尺度振荡(AMO)对东亚冬季风也有重要影响,在AMO负位相时,对应东亚冷期(强冬季风),正位相对应暖期(弱冬季风)。因而海洋的年代际变化是造成东亚冬季风气候脉动的主要自然原因,而全球气候变暖对东亚冬季风强度的减弱也有明显影响。     

全球变暖背景下中国近海表层海温变异及其与东亚季风的关系

利用长时间序列HadISST、ERA-40高分辨率的海洋大气再分析资料和经验正交函数(EOF)及回归分析等方法,分析了近50年来中国近海表层海温(SST)、东亚季风的时空变化特征及两者的关系.结果表明:中国近海冬、夏季SST有明显的年际和年代际变化,并均在1980年代中期发生了位相转折,之后呈现显著的上升趋势.其中,冬...     

太平洋年代际振荡与严重影响海南岛强台风事件的关联性

利用1949—2018年热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析格点资料、太平洋年代际振荡（PDO）指数资料等分析了严重影响海南岛的强台风事件变化特征,并在此基础上开展了PDO对强台风事件的影响研究。结果表明：严重影响海南岛的强台风事件频数存在明显的年际变化特征,具有连续性和群发性,在1960—1990年间存在显著的8～10年的周期规律;强台风事件与PDO冷位相期存在较好的对应,更容易发生在冷位相年;PDO冷（暖）位相,菲律宾以东低纬度西太平洋海域海表温度与强台风事件频数呈现显著的负（正）相关关系;副热带高压强度偏弱（强）,位置整体偏东（西）偏北（南）,低层辐合带呈现西北东南走向（东西带状分布）,辐合区域较为宽广（窄长）,有利于PDO冷（暖）位相年时强台风事件的发生。PDO通过对副热带高压、低层环流场等气候因子的调制作用进而影响强台风的生成和发展。     

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468 个站点1960～2013 年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期（暖）期西风环流减弱（增强）而东亚大槽增强（浅薄）,槽后的辐合下沉增强（削弱）,西伯利亚高压增强（减弱）,这加强（削弱）了东亚冬季风,冷空气更多（少）侵入中国大陆地区,冬季气温偏低（高）。北半球环状模/北极涛动（Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO）正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO 的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO 和厄尔尼诺—南方涛动（El Nino Southern Oscillation,ENSO）不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980 年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。     

温室气体、海表面温度、太阳常数及火山活动对中国地表气温影响之初探

利用全球大气环流模式CAM3.1,对近百年温室气体浓度、全球海表面温度、太阳常数的变化以及火山活动对我国地表气温所产生的影响进行了研究。全球海表面温度的升高及温室气体浓度的增加是导致中国年平均地表气温升高的部分因素。近百年我国年平均地表气温主要经历了两次年代际振荡并逐渐增温。第一次振荡的冷期为1910年代,随后变暖,1940年代达暖峰期。第二次振荡冷期发生于1950~1960年代,随后变暖,暖峰期发生在1990年代。太阳常数和全球海表面温度的两次振荡是造成这两次振荡主要因素,气温、太阳常数和全球海表面温度均发生了准60年周期的年代际振荡,气温振荡的位相落后于太阳常数和全球海表面温度的位相。20世纪20年代以前及60年代以后火山活动的活跃是导致1910年代和1960~1980年代出现冷期的原因之一。     

The early 1950s regime shift in temperature in Taiwan and East Asia

A summer climate regime shift in temperature in Taiwan and East Asia during the early 1950s was identified in this study. The event was characterized by a cooling land-warming ocean dipole in East Asia and the western North Pacific, marking the decreasing land–sea thermal contrast from the 1940s to the 1950s. The corresponding sea surface temperature (SST) anomaly was characterized by the sign flipping of a north–south dipole in the western North Pacific from north/cool-south/warm to north/warm-south/cool, indicating a weakening north–south SST gradient in the area. The corresponding change in mean sea level pressure was characterized by the rising pressure in continental East Asia and the Philippine Sea, and the falling pressure over the extratropical western North Pacific to the east of Japan. This change was the reflection of a weakening thermal low in the continental East Asia, a weakening monsoon trough in the tropical western North Pacific, a strengthening and southwestward-expanding ridge in the subtropical western North Pacific, and a deepening mid-latitude trough over eastern China and Japan. The phase reversal of the SST anomaly in the western North Pacific exhibited the characteristics of the Pacific Decadal Oscillation (PDO), but lagged behind the phase reversal of the PDO in the extratropical North Pacific by several years. The connection with the PDO is speculated, although the mechanism is not understood. This paper is a contribution to the AMIP-CMIP Diagnostic Sub-project on General Circulation Model Simulation of the East Asian Climate, coordinated by W.-C. Wang.     

海洋环流对全球增暖趋势的调制：基于FGOALS-s2的数值模拟研究

在工业革命以来全球长期增暖趋势背景下,全球平均表面气温还同时表现出年代际变化特征,二者叠加在一起使得全球平均气温在某些年份增暖相对停滞(如1999～2008年)或者增暖相对较快(如1980～1998年).利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的耦合气候模式FGOALS-s2历史气候和典型路径浓度(RCPs)模拟试验结果研究了可能造成全球增暖的年代际停滞及加速现象的原因,特别是海洋环流对全球变暖趋势的调制作用.该模式模拟的全球平均气温与观测类似,即在长期增暖趋势之上,还叠加了显著的年代际变化.对全球平均能量收支分析表明,模拟的气温年代际变化与大气顶净辐射通量无关,意味着年代际表面气温变化可能与能量在气候系统内部的重新分配有关.通过对全球增暖加速和停滞时期大气和海洋环流变化的合成分析及回归分析,发现全球表面气温与大部分海区海表温度(SST)均表现出几乎一致的变化特征.在增暖停滞时期,SST降低,更多热量进入海洋次表层和深层,使其温度增加;而在增暖加速时期,更多热量停留在表层,使得大部分海区SST显著增加,次表层海水和深海相对冷却.进一步分析表明,热带太平洋表层和次表层海温年代际变化主要是由于副热带—热带经圈环流(STC)的年代际变化所致,然后热带太平洋海温异常可以通过风应力和热通量强迫作用引起印度洋、大西洋海温的年代际变化.在此过程中,海洋环流变化起到了重要作用,例如印度尼西亚贯穿流(ITF)年代际异常对南印度洋次表层海温变化起到关键作用,而大西洋经圈翻转环流(AMOC)则能直接影响到北大西洋深层海温变化.     

Tropical Pacific Decadal Oscillation in Subsurface Ocean Temperature

This study utilizes a new monthly-assimilated sea temperature and analyzes trend and decadal oscillations in tropical Pacific 100-200 m subsurface ocean temperature (SOT) from 1945 to 2005 on the basis of the harmonic analysis and Empirical Orthogonal Function (EOF) methods. Significant cooling trends in the SOT in the tropical western Pacific were found over this 60-year period. The first EOF of the SOT in tropical Pacific displays an ENSO-like zonal dipole pattern on decadal time scale, and we considered this pattern in subsurface ocean temperature the tropical Pacific decadal oscillation (TPDO). Our analysis suggests that TPDO is closely correlated with the Pacific decadal oscillation (PDO) in the surface sea temperature (SST). The correlation coefficient between the indices of TPDO and PDO is +0.81 and reaches a maximum of +0.84 when TPDO lags behind PDO by 2 months. Therefore, a change of TPDO is likely related to the variation of PDO. The long-term change in TPDO best explains decadal warming in the tropical eastern Pacific SST and implies potential impact on the weakening of East Asian summer monsoons after the late 1970s.     

North Pacific SST Forcing on the Central United States “Warming Hole” as Simulated in CMIP5 Coupled Historical and Uncoupled AMIP Experiments

The central United States experienced a cooling trend during the twentieth century, called the “warming hole,” most notably in the last quarter of the century when global warming accelerated. The coupled simulations of the models that participated in the Coupled Model Intercomparison Project, Phases 3 and 5 (CMIP3/5), have been unable to reproduce this abnormal cooling phenomenon satisfactorily. An unrealistic representation of the observed phasing of the Pacific Decadal Oscillation (PDO)—one of the proposed forcing mechanisms for the warming hole—in the models is considered to be one of the main causes of this effect. The CMIP5’s uncoupled Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP) experiment, whose duration approximately coincides with the peak warming hole cooling period, provides an opportunity, when compared with the coupled historical experiment, to examine the role of the variation in Pacific Ocean sea surface temperature (SST) in the warming hole’s formation and also to assess the skill of the models in simulating the teleconnection between Pacific SST and the continental climate in North America. Accordingly, this study compared AMIP and historical runs in the CMIP5 suite thereby isolating the role of SST forcing in the formation of the warming hole and its maintenance mechanisms. It was found that, even when SST forcing in the AMIP run was “perfectly” prescribed in the models, the skill of the models in simulating the warming hole cooling in the central United States showed little improvement over the historical run, in which SST is calculated interactively, even though the AMIP run overestimated the anti-correlation between temperature in the central United States and the PDO index. The fact that better simulation of the PDO phasing in the AMIP run did not translate into an improved summer cooling trend in the central United States suggests that the inability of the coupled CMIP5 models to reproduce the warming hole under the historical run is not mainly a result of the mismatch between simulated and observed PDO phasing, as believed.     

Recent changes in the summer precipitation pattern in East China and the background circulation

This study documents the decadal changes of the summer precipitation in East China, with increased rainfall in the Huang-Huai River region (HR) and decreased in the Yangtze River region (YR) during 2000?C2008 in comparison to 1979?C1999. The main features of the atmospheric circulation related to the increased precipitation in the HR are the strengthened ascending motion and slightly increased air humidity, which is partly due to the weakened moisture transport out of the HR to the western tropical Pacific (associated with the weakened westerly over East Asia and the warming center over the Lake Baikal). The rainfall decrease in the YR is related to the weakened ascending motion and reduced water vapor content, which is mainly related to the weakened southwesterly moisture flux into the YR (associated with the eastward recession of the Western Pacific Subtropical High). The global sea surface temperature (SST) also shows significant changes during 2000?C2008 relative to 1979?C1999. The shift of the Pacific decadal oscillation (PDO) to a negative phase probably induces the warming over the Lake Baikal and the weakened westerly jet through the air-sea interaction in the Pacific, and thus changes the summer precipitation pattern in East China. Numerical experiments using an atmospheric general circulation model, with prescribed all-Pacific SST anomalies of 2000?C2008 relative to 1979?C1999, also lend support to the PDO??s contribution to the warming over the Lake Baikal and the weakened westerlies over East China.     

我国近海和邻近海的海洋环境对最近全球气候变化的响应

鉴于全球气候变暖对海洋环境和海洋生态及对经济和社会可持续发展影响的严重性,作者首先利用ERA-40再分析的风场资料以及HadISST 和SODA等海洋高分辨率再分析资料,分析了近50年来全球气候变化对中国近海(包括渤海、黄海、东海和南海)和邻近海(主要是热带和副热带西太平洋)海面附近的风力、海表纬向和经向风应力和海表温度的影响.分析结果表明: 由于受全球气候变暖的影响,1976年之后中国近海和邻近海上空的冬、夏季风变弱,从而引起中国近海冬、夏季海表风应力减弱(尤其是经向风应力),而海表水温明显上升; 并且,冬、夏季海表风应力的减弱和海水温度的上升在中国东海反映尤其明显,这些为中国近海赤潮的频繁发生提供了有利的海洋环境.此外,从中国近海上空环流散度分布的变化可见,中国近海上空从1976年之后大气环流辐散增强,这不利于中国近海上升流的形成,从而会对沿岸水域营养盐的输送产生影响.     

Simulations of Eurasian Winter Temperature Trends in Coupled and Uncoupled CFSv2

Conflicting results have been presented regarding the link between Arctic sea-ice loss and midlatitude cooling, particularly over Eurasia. This study analyzes uncoupled(atmosphere-only) and coupled(ocean–atmosphere) simulations by the Climate Forecast System, version 2(CFSv2), to examine this linkage during the Northern Hemisphere winter, focusing on the simulation of the observed surface cooling trend over Eurasia during the last three decades. The uncoupled simulations are Atmospheric Model Intercomparison Project(AMIP) runs forced with mean seasonal cycles of sea surface temperature(SST)and sea ice, using combinations of SST and sea ice from different time periods to assess the role that each plays individually,and to assess the role of atmospheric internal variability. Coupled runs are used to further investigate the role of internal variability via the analysis of initialized predictions and the evolution of the forecast with lead time.The AMIP simulations show a mean warming response over Eurasia due to SST changes, but little response to changes in sea ice. Individual runs simulate cooler periods over Eurasia, and this is shown to be concurrent with a stronger Siberian high and warming over Greenland. No substantial differences in the variability of Eurasian surface temperatures are found between the different model configurations. In the coupled runs, the region of significant warming over Eurasia is small at short leads, but increases at longer leads. It is concluded that, although the models have some capability in highlighting the temperature variability over Eurasia, the observed cooling may still be a consequence of internal variability.     

CMIP5模式对AMO与PDO模拟评估及未来预估

利用1880—2009年海表温度(Sea Surface Temperature, SST)观测资料以及耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project phase 5,CMIP5)中4种情景(piControl、historical、RCP2.6、RCP4.5)下的模拟资料,通过资料对比,评估了CMIP5模式对两个最为重要年代际尺度模态——北大西洋年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的模拟性能,并分析了在不同增暖情景下,这两个海洋年代际模态的变化特征。结果表明:在historical和piControl情景下,多模式集合可以再现北太平洋、东太平洋和北大西洋海表温度的年代际变化中心,但模拟的AMO和PDO模态的振幅都偏弱,特别是PDO模态在东太平洋强度的再现能力较弱。与观测资料相比,在historical情景下对AMO和PDO时空特征模拟较好的模式有:CESM1-CAM5、FGOALS-g2、GISS-E2-H-CC、MIROC5和NorESM1-ME,多模式集合则有更好的模拟效果。在不同增暖情景下,AMO与PDO的空间特征基本一致且振幅差随增暖变化不明显,但是伴随全球增暖加强,两模态都呈现方差贡献减小的特征,尤其AMO模态。