西太平洋暖池海温和山西盛夏降水关系研究

利用1961—2016年山西盛夏(7—8月)平均降水和同期NOAA重构海温资料,分析了山西盛夏降水分别与赤道中东太平洋海温和西太平洋暖池海温相关性的变化。结果表明:山西盛夏降水和赤道中东太平洋海温之间呈现稳定的显著负相关;和西太平洋暖池海温呈现正相关,并在20世纪70年代末到80年代初之后相关性加强,通过了0.05显著性检验。进一步分析表明,这种西太平洋暖池海温对20世纪80年代以来山西盛夏降水指示意义加强的事实,主要体现在赤道中东太平洋海温偏冷的背景下。西太平洋暖池海温异常通过影响与山西盛夏降水密切相关的大气环流、季风槽位置和东亚夏季风,导致山西盛夏降水异常。盛夏赤道中东太平洋海温偏冷时,西太平洋暖池海温偏暖(冷),通过遥相关引起中高纬度大气欧亚—太平洋型遥相关(EUP)和负太平洋—日本(PJ)波列,通过影响季风槽位置偏西偏北(偏东偏南),引起西太平洋副热带高压偏北(南)和季风指数偏小(大),导致山西盛夏降水偏多(少)。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响

从综合考虑热带太平洋和印度洋海温异常特征出发,研究了热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响.当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为正位相(西印度洋和东太平洋海温距平为正,东印度洋-西太平洋海温距平为负),南亚高压偏弱,位置偏东偏南;当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为负位相(西印度洋和东太平洋海温距平为负,东印度洋-西太平洋海温距平为正),南亚高压偏强,位置偏西偏北.热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响南亚高压主要通过三种机制:一是通过影响亚洲季风从而影响了降水潜热形成的大气加热场分布,在正(负)位相年,青藏高原大气热源为负(正)异常,因此青藏高原上空空气上升减弱(加强),南亚高压偏弱(偏强);南海季风和热带辐合带加强(减弱),菲律宾附近的大气热源加强(减弱),有利于上空青藏高原东南侧反气旋(气旋)式的距平环流,因此南亚高压偏东偏南(偏西偏北).二是热带太平洋-印度洋海温的纬向热力对比引起赤道纬向垂直(Walker)环流异常,必将引起高空纬向风异常,在正(负)位相年,南亚高压南部的印度洋高空会出现西(东)风异常,导致南亚高压偏弱(偏强).三是综合模的正(负)异常加强(减小)西印度洋经度范围的区域Hadley环流,其北侧伊朗高原上的异常下沉(上升)支,造成南亚高压偏弱(偏强),位置偏东偏南(偏西偏北).     

关于ENSO本质的进一步研究

基于ENSO是热带太平洋海气相互作用产物的科学观点,一系列的分析研究表明:赤道太平洋次表层海温异常(SOTA)有明显的年际变化(循环),并且与ENSO发生密切相关;ENSO的真正源区在赤道西太平洋暖池,赤道西太平洋暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层东传到东太平洋,导致El Nino(La Nina)的爆发;在暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层东传的同时,将有负(正)SOTA沿10°N和10°S两个纬度带向西传播,从而构成SOTA的循环;热带太平洋SOTA年际循环的驱动者主要是由异常东亚季风所引起的赤道西太平洋纬向风的异常.进而,可以提出关于ENSO本质的一种新理论,即ENSO实质上主要是由异常东亚季风引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温距平的年际循环.       

ENSO循环机理的一些新看法与气候异常

近几年来我国学者在对ENSO循环机理方面提出了一些新看法.研究表明,ENSO实质上是主要由东亚季风异常引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温异常的年际循环.ENSO的真正源在西太平洋暖池,暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层(斜温层)东传到东太平洋,便导致ElNino/La Nina的爆发;在暖池正(负)SOTA沿赤道温跃层东传的同时,有负(正)SOTA沿10°N和10°S纬度带向西传播,从而构成SOTA的循环;而热带太平洋SOTA循环的驱动者是赤道西太平洋的异常纬向风.ENSO事件的发生,往往引起全球大气环流和世界许多地区的气候异常,导致一些国家和地区多雨洪涝,另外一些国家和地区高温少雨和严重干旱.     

影响夏季西北太平洋副热带高压年际变率的关键海区及影响机制

西北太平洋副热带高压(西太副高)是影响东亚夏季气候的主要环流系统,其年际变率受热带多个海区的海-气相互作用过程的调控。为明确影响夏季西太副高的关键海区及其影响机制,在总结最近十余年来相关研究进展的基础上,归纳出影响夏季西太副高年际变率的5个关键海区,包括赤道中东太平洋、热带印度洋、副热带西北太平洋、海洋大陆附近海区以及热带大西洋。阐述了这5个关键海区的海温异常影响西太副高年际变率的机制,并探讨了5个关键海区海温异常的形成机制。围绕夏季西太副高的年际变率,回顾了当前气候模式的模拟和预测研究的现状。最后,提出了本领域亟待解决的关键科学问题,展望未来可能的研究热点。     

ENSO循环机理的一些新看法与气候异常

近几年来我国学者在对ENSO循环机理方面提出了一些新看法。研究表明 ,ENSO实质上是主要由东亚季风异常引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温异常的年际循环。ENSO的真正源在西太平洋暖池 ,暖池正 (负 )SOTA沿赤道温跃层 (斜温层 )东传到东太平洋 ,便导致ElNi no/LaNi na的爆发 ;在暖池正 (负 )SOTA沿赤道温跃层东传的同时 ,有负 (正 )SOTA沿 10°N和 10°S纬度带向西传播 ,从而构成SOTA的循环 ;而热带太平洋SOTA循环的驱动者是赤道西太平洋的异常纬向风。ENSO事件的发生 ,往往引起全球大气环流和世界许多地区的气候异常 ,导致一些国家和地区多雨洪涝 ,另外一些国家和地区高温少雨和严重干旱。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

春夏季节转换中西太平洋副热带高压东移与大尺度环流和温度场变化关系

分析了由春向夏的季节转换过程中西太平洋副热带高压与大尺度环流和温度场之间的变化关系.结果表明:4月份,西太平洋副热带高压开始表现出向东移动特征,6月份它与向西移动的北美副高在东太平洋120～160 (W区域合并.这一期间,沿15～20 (N之间的纬圈环流同时表现出向东移动特征,该纬圈环流的上升支位于南海-西太平洋暖池一带,下沉支主要位于东太平洋180 (～120 (W区域.伴随上述变化,位于北半球太平洋的局地Hadley环流在纬向随时间表现出东强西弱变化特点.西太平洋副高向东移动与15～20 (N之间的纬圈环流和130 (W东太平洋局地Hadley环流在15～25 (N上空交汇、下沉密切相关.在由春向夏季节转换中,大气和海表温度关于赤道季节转换速率沿纬向表现出东慢西快差异,上述变化为西太平洋副热带高压的向东移动提供了有利的气候背景.     

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响II--数值模拟

基于观测分析的结果,采用NCARCCM3模式,设计4组7个数值试验,研究太平洋海表温度异常对中国东部夏季降水影响及其可能的物理过程。结果表明：数值模拟与观测分析所得的结果一致,前期冬季西北太平洋黑潮海区海温异常,引起亚洲中高纬和东亚东部地区大气环流异常,导致长江流域夏季降水异常;前期春季赤道中东太平洋海温异常,西太平洋副热带高压异常;同期夏季北太平洋中纬中太平洋海区海温异常,激发夏季EUP遥相关型,影响东部夏季降水。     

VARIABILITY IN THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS RELATIONSHIP WITH SEA TEMPERATURE VARIATION CONSIDERING THE BACKGROUND OF CLIMATE WARMING OVER THE PAST 60 YEARS

By adopting characteristic index data for the Western Pacific Subtropical High (WPSH) from the National Climate Center of China, U.S. National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data, and the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sea surface temperature (SST) data, we studied the WPSH variability considering the background of climate warming by using a Gaussian filter, moving averages, correlation analysis, and synthetic analysis. Our results show that with climate warming over the past 60 years, significant changes in the WPSH include its enlarged area, strengthened intensity, westward extended ridge point and southward expanded southern boundary, as well as enhanced interannual fluctuations in all these indices. The western ridge point of the WPSH consistently varies with temperature changes in the Northern Hemisphere, but the location of the ridgeline varies independently. The intensity and area of the WPSH were both significantly increased in the late 1980s. Specifically, the western ridge point started to significantly extend westward in the early 1990s, and the associated interannual variability had a significant increase in the late 1990s; in addition, the ridgeline was swaying along the north-south-north direction, and the corresponding variability was also greatly enhanced in the late 1990s. With climate warming, the SST increase becomes more weakly correlated with the WPSH intensity enhancement but more strongly correlated with the westward extension of the ridge point in the equatorial central and eastern Pacific Ocean in winter, corresponding to an expanding WPSH in space. In the northern Pacific in winter, the SST decrease has a weaker correlation with the southerly location of the ridgeline but also a stronger correlation with the westward extension of the ridge point. In the tropical western Pacific in winter, the correlations of the SST decrease with the WPSH intensity enhancement, and the westward extension of the ridge point is strengthened. These observations can be explained by strengthened Hadley circulations, the dominant effects of the southward shift, and additional effects of the weakened ascending branch of the Walker circulation during warm climatological periods, which consequently lead to strengthened intensities, increased areas, and southward expansions of the WPSH in summer.     

赤道西太平洋-印度洋海温异常对亚洲夏季风的影响

本文采用了p-σ五层原始方程模式模拟并研究了赤道西太平洋-印度洋海温距平场对亚洲夏季风的影响,计算了四种不同的海温距平试验方案。试验结果表明赤道西太平洋海温正距平使对流层下层的印度低压明显加强,副高北挺,季风槽加深,同时加强了对流层上层的反气旋环流。赤道西印度洋暖海温的模拟结果与赤道西太平洋暖海温对上述系统的影响相反,而赤道西印度洋冷海温对季风环流的影响与赤道西太平洋暧海温的影响一致。试验进一步表明赤道西太平洋-印度洋海温距平的纬向梯度方向对亚洲夏季风的影响是主要的,这一结论与实际观测结果一致。本文进一步讨论了赤道海温距平对越赤道气流、印度洋赤道东-西纬向环流和非绝热加热场的影响,结果都表明赤道西太平洋海温正距平和赤道西印度洋海温负距平的模拟特征与反El Nino年亚洲夏季环流特征类似,而赤道西印度洋海员正距平的模拟特征与El Nino年亚洲夏季坏流特征类似。     

我国南方盛夏气温主模态特征及其与海温异常的联系

利用NCEP/NCAR大气环流资料、HadISST海温数据以及中国160站气温数据等,通过EOF分解、线性相关等统计方法,分析了我国南方盛夏气温异常的主导模态及其所对应的关键环流系统和可能的海洋外强迫信号。结果表明:我国南方盛夏气温偏高有两种不同的分布模态,一是以江淮地区为中心的江淮型高温,二是以江南和华南为中心的江南型高温,导致这两种高温型发生的环流影响系统和海温外强迫因子均有显著差异。影响江淮型高温的关键环流系统是高低空正压结构的高度场正距平和偏弱的东亚副热带西风急流。而影响这两个关键环流系统的海洋外强迫因子包括热带印度洋至东太平洋的"-+-"海温异常分布型及北大西洋中纬度的暖海温异常。2016年盛夏江淮型高温的大气环流和海温异常均表现出典型江淮型高温年的特征,更好的证明了统计分析的结论。而江南型高温的关键环流系统主要是加强西伸的西太平洋副热带高压。其海洋外强迫因子包括前冬赤道中东太平洋的暖海温异常和春季-盛夏热带印度洋全区一致型暖海温异常,其中热带印度洋海温的影响更为持续和显著。     

GOALS模式对热带太平洋ENSO年际变化特征的模拟评估

文中重点分析了中国科学院大气物理研究所LASG最新发展的全球大气环流谱模式(R42L9)与一全球海洋环流模式(T63L30)耦合形成的全球海洋-大气-陆面气候系统模式(GOALS/LASG)新版本已积分30 a的模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了赤道太平洋海表温度(SST)的年际变化及其纬向传播、赤道东太平洋SST异常与其他洋面SST变化之间的遥相关关系、赤道太平洋浅表层海温的年际变化特征等研究内容.结果表明,COALS模式模拟出了赤道太平洋SST异常出现不规则的年际变化特点;赤道东太平洋SST异常的向西传播过程;赤道太平洋混合层海温变化由西向东、由深层向浅层的传播过程;同时也模拟出了赤道东太平洋SST变化与赤道西太平洋以及与西南太平洋海温之间的反相关关系,与南印度洋和副热带大西洋SST之间的正遥相关关系等实际观测现象.但COALS模式也存在明显的不足,如对赤道东、中太平洋SST异常的年际变化幅度明显偏小,没能模拟出赤道东太平洋的SST变化比赤道中太平洋强的特点;赤道太平洋SST从东向西的传播速度明显比实际观测慢得多,但混合层海温极值变化由西向东的传播速度明显比实际情况快得多;没能模拟出赤道东太平洋SST变化同西北太平洋SST的负相关和北印度洋海温变化的正相关现象,因此也影响了对南亚、东南亚降水年际变化的模拟能力.     

STUDY ON THE QUASI-FOUR YEAR OSCILLATION OF AIR-SEA INTERACTION

Complex Singular Value Decomposition(CSVD)analysis technique was applied to study theQuasi Four year Oscillation(QFO)of air sea interaction and its coupled pattern evolution duringdifferent phases.Results show that:(1)CSVD method can better reveal phase relation betweentwo physical fields:(2)Not only northerly anomalies from Northern Hemisphere but alsosoutherly anomalies from Southern Hemisphere contribute to EI Nino.They converge in westernequatorial Pacific,leading to outburst of strong equatorial westerly anomalies,and result in strongEl Nino event onset:(3)An abnormal subtropical anticyclone circulation appears overnorthwestern Pacific while El Nino developing.It favors transitions from the warm SST(EINino)to the cold SST(La Nina),just as the tropical westerly anomalies produced by abnormalcyclone during a decaying La Nina.which encourage the development of El Nino:(4)Thewesterly anomalies in equatorial Pacific are mainly induced by eastward abnormal subtropicalcyclone pairs,which are located in north and south Pacific respectively,and are not the eastwardwesterly anomalies from equatorial Indian Ocean.     

Joint Impacts of SSTA in Tropical Pacific and Indian Oceans on Variations of the WPSH

Using the NCEP/NCAR reanalysis and HadISST sea surface temperature (SST) data, the joint effects of the tropical Indian Ocean and Pacific on variations of area of the summertime western Pacific subtropical high (WPSH) for period 1980–2016 are investigated. It is demonstrated that the central tropical Indian Ocean (CTI) and central equatorial Pacific (CEP) are two key oceanic regions that affect the summertime WPSH. During autumn and winter, warm SST anomalies (SSTAs) in CEP force the Walker circulation to change anomalously, resulting in divergence anomalies over the western Pacific and Maritime Continent (MC). Due to the Gill-type response, the abnormal anticyclonic circulation is generated over the western Pacific and South China Sea (SCS). In the subsequent spring, the warm SSTAs in CEP weaken, while the SST over CTI demonstrates a lagged response to Pacific SSTA. The warm CTISSTA and CEP-SSTA cooperate with the eastward propagation of cold Kelvin waves in the western Pacific, leading to the eastward shift of the abnormal divergence center that originally locates at the western Pacific and MC. The anticyclone forced by this divergence subsequently moves eastward, leading to the intensification of the negative vorticity there. Meanwhile, warm SSTA in CTI triggers eastward propagating Kelvin waves, which lead to easterly anomalies over the equatorial Indian Ocean and Indonesia, being favorable for maintenance and intensification of the anticyclone over the SCS and western Pacific. The monsoonal meridional–vertical circulation strengthens, which is favorable for the intensification of the WPSH. Using SSTA over the two key oceanic regions as predictors, a multiple regression model is successfully constructed for prediction of WPSH area. These results are useful for our better understanding the variation mechanisms of WPSH and better predicting summer climate in East Asia.     

STUDY ON THE QUASI-FOUR YEAR OSCILLATION OF AIR-SEA INTERACTION*

Complex Singular Value Decomposition(CSVD)analysis technique was applied to study the Quasi Four year Oscillation(QFO)of air sea interaction and its coupled pattern evolution during different phases.Results show that:(1)CSVD method can better reveal phase relation between two physical fields:(2)Not only northerly anomalies from Northern Hemisphere but also southerly anomalies from Southern Hemisphere contribute to EI Nino.They converge in western equatorial Pacific,leading to outburst of strong equatorial westerly anomalies,and result in strong El Nino event onset:(3)An abnormal subtropical anticyclone circulation appears over northwestern Pacific while El Nino developing.It favors transitions from the warm SST(EINino)to the cold SST(La Nina),just as the tropical westerly anomalies produced by abnormal cyclone during a decaying La Nina.which encourage the development of El Nino:(4)The westerly anomalies in equatorial Pacific are mainly induced by eastward abnormal subtropical cyclone pairs,which are located in north and south Pacific respectively,and are not the eastward westerly anomalies from equatorial Indian Ocean.     

Interannual Variability of Autumn Precipitation over South China and its Relation to Atmospheric Circulation and SST Anomalies

The interannual variability of autumn precipitation over South China and its relationship with atmospheric circulation and SST anomalies are examined using the autumn precipitation data of 160 stations in China and the NCEP-NCAR reanalysis dataset from 1951 to 2004. Results indicate a strong interannual variability of autumn precipitation over South China and its positive correlation with the autumn western Pacific subtropical high （WPSH）. In the flood years, the WPSH ridge line lies over the south of South China and the strengthened ridge over North Asia triggers cold air to move southward. Furthermore, there exists a significantly anomalous updraft and cyclone with the northward stream strengthened at 850 hPa and a positive anomaly center of meridional moisture transport strengthening the northward warm and humid water transport over South China. These display the reverse feature in drought years. The autumn precipitation interannual variability over South China correlates positively with SST in the western Pacific and North Pacific, whereas a negative correlation occurs in the South Indian Ocean in July. The time of the strongest lag-correlation coefficients between SST and autumn precipitation over South China is about two months, implying that the SST of the three ocean areas in July might be one of the predictors for autumn precipitation interannual variability over South China. Discussion about the linkage among July SSTs in the western Pacific, the autumn WPSH and autumn precipitation over South China suggests that SST anomalies might contribute to autumn precipitation through its close relation to the autumn WPSH.     

ENSO循环的两个不同位相期印度海洋表温度异常的特征分析

通过对ENSO循环的两个不同位相中印度洋地区海表温度变化特征的分析，指出印度洋地区的海温变化与赤道东太平洋地区的海温变化有较好 的相关关系，是ENSO循环的重要组成部分，对应于赤道东太平洋暖位相期，印度洋地区的海温分布为东冷西暖，与此相反，在赤道东太平洋冷位相，印度洋地区的温分布为东暖西冷，进一步的分析还发现，印度洋东，西部地区海温变化纬向差异最明显的区域位于印度洋赤道以南0－25℃附近，且这种差异具有明显的年季变化特征，在整个夏季风期间差异较大，而冬季风期间较小，其中冷位相期间的纬向差异比暖位相期间的纬向差异大，代表印度洋纬向差异的IDM（偶极指数）变化与赤道东太平洋地区的海温变化有很好的正相关关系。     

1991～1994年El Niño的异常特征的诊断研究

1991～1994年热带中东太平洋海温持续4a多出现正距平。Niño3指数一直为正值。在此正距平背景下,产生了两次振荡和3次ElNiño暖期。在此期间赤道东太平洋海温在±5°纬度范围内发生了两次负距平的变化,形成了一个狭窄的温度梯度很大的“冷核”,而赤道外的中纬度海洋则持续维持两个正海温距平。这一时期海表温度资料EOF分析的结果进一步表明,第一特征向量的空间分布实际上反映了上述冷核特征。1991～1994年的ENSO事件主要是低频分量发生了较大异常,赤道低层纬向风和高层西风在前期减弱(1991-01-1992-05),后期加强(1992-06-1994-011).无论是海温还是风场的低频分量都表现出一次ENSO循环的特征。因此作者认为,虽然Niño3指数等在这4a多期间均为正值,但是大气和海洋耦合系统的低频变化部分只发生了一次完整的ENSO循环过程。1991年至1992年上半年对应于ElNiño暖位相,1992年下半年至1994年底对应于LaNina冷位相。但是这个冷位相没有能够得到充分发展,只出现两次极狭窄的冷核。冷位相的明显“夭折”,而代之以出现两次较弱的增暖,可能与季节内尺度的大气强迫与低频变化部分的相互作用有关。