亚洲夏季风环流结构与热带印度洋偶极型海温异常

使用T42L28大气环流模式就夏季风时期大气对印度洋海温偶极子型异常的响应进行了数值试验研究,结果表明,印度洋偶极子型海温异常可以引起感热和潜热加热异常并进而形成异常辐合辐散,导致热带印度洋及其邻近地区夏季降水异常。同时此热带扰动可激发或造成中纬度异常波列。通过改变季风区温度场分布,偶极子型海温强迫可以影响大气的正／斜压环流结构和斜压性强弱。强的纬向风垂直切变趋向于靠近海洋异常偏暖的地区。不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常并激发出中纬度的异常波列,但异常类型并未显著反相。     

赤道印度洋海温偶极子型及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温（SST）确实存在着偶极子型振荡的变化特征，它在9－11最强，而在1-4月最弱；年际变化（4－5年周期0和年代际变化（主要为20－25年周期）也十分清楚。这个偶极子主要有正位相型（海温西高东低）和负位相型（海温东高西低）；一般正位相型的振幅强于负位相型。尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关，但总体而论，赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子（类似ENSO）有很好负相关。它们的联系主要是赤道大气纬向（Walker）环流。资料分析表明，赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高原和西太平洋副高都有明显关系，表明它对亚洲季风活动有重要影响。     

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。     

南印度洋偶极子的变化特征及其与ENSO事件的联系

利用Hadley Center逐月海温资料以及NCEP/NCAR逐月风场、海平面气压场等资料探讨了南印度洋偶极子(Southern Indian Ocean Dipole,SIOD)的变化特征及其与ENSO事件的联系。结果表明:1)发生在南半球副热带印度洋地区的海温异常西南—东北反相的南印度洋偶极子现象,具有明显的季节锁相特征:10—12月发生发展,次年1—3月发展成熟达到盛期,4—6月减弱消亡;SIOD的形成主要受大尺度大气环流的影响,马斯克林高压以及澳大利亚低(高)压位置和强度的变化引起的副热带印度洋海表面风场的异常,影响了海温的变化,进而形成SIOD。2)南半球副热带印度洋地区的海温变化与赤道中东太平洋地区海温异常密切联系,前冬ENSO事件与SIOD有显著的负相关关系,大多数正SIOD发生在La Ni?a事件之后,大多数负SIOD发生在El Ni?o事件之后;也存在部分SIOD事件的发生既不伴随La Ni?a现象,也不伴随El Ni?o现象。3)ENSO事件产生的异常垂直运动和赤道异常纬向风对南半球副热带印度洋地区的海平面气压以及海表面风场的强度和位置的变化有重要作用,可以分别影响SIOD东西极子的演变,进而对SIOD产生影响。4)SIOD事件也可单独发生,一般负事件比正事件早一个月发生,同时由于没有ENSO事件的作用,海温异常反相的现象不能持续,单独发生的SIOD事件生命期较短。     

热带印度洋偶极子事件期间印度洋大气的变化——大气流函数场和势函数场的分析

大气环流的变异是热带印度洋偶极子（IOD）事件研究中的一个重要问题。本文从风场旋度分量和散度分量角度出发,利用观测资料和大气环流模式,对IOD事件发生时热带印度洋海区上空的大气环流变化进行了分析,揭示出风场不同分量在IOD事件期间的变化特征。研究结果表明,热带印度洋大气环流系统在IOD事件期间,旋度分量和散度分量在垂直方向上呈现明显的一阶斜压形式,而在水平方向上呈现明显的对称分布特征。对低空（850 hPa）来说,无辐散流函数距平场在IOD事件正位相期间表现为关于赤道对称的一对反气旋式环流;无旋度分量在IOD事件正位相期间的响应表现为东印度洋辐散、西印度洋辐合;大气环流的两种分量场均可以在赤道印度洋地区产生距平意义下的纬向东风,正是这种形式的距平东风使得IOD事件依靠海气系统正反馈机制得以维持和发展。而高空（200 hPa）大气环流形式刚好与850 hPa相反。     

ENSO循环的两个不同位相期印度洋海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期,印度洋地区的海温分布为东暖西冷。进-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°S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。     

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.     

赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温(SST)确实存在着偶极子型振荡的变化特征,它在9～11月最强,而在1～4月最弱;年际变化(4～5年周期)和年代际变化(主要为20～25年周期)也十分清楚.这个偶极子主要有正位相型(海温西高东低)和负位相型(海温东高西低);一般正位相型的振幅强于负位相型.尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子(类似ENSO)有很好负相关.它们的联系主要是赤道大气纬向(Walker)环流.资料分析表明,赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高压和西太平洋副高都有明显关系,表明它对亚洲季风活动有重要影响.     

赤道东太平洋海温异常期间印度洋偶极子对东亚季风区影响的数值模拟

利用中科院大气所的IAP AGCM-Ⅱ大气环流模式，模拟了在存在和没有赤道东太平洋海温异常影响下，印度洋偶极子对东亚季风区天气气候的影响。结果表明：后者东亚地区西南季风的爆发偏晚，南海夏季风增强，此时我国大陆降水偏多；而前者西南季风的爆发将更偏晚，南海夏季风减弱，此时华北降水偏少；赤道东太平洋海温异常和印度洋偶极子有协同作用。     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

POSSIBLE INFLUENCES OF THE TROPICAL INDIAN OCEAN DIPOLE ON THE EASTWARD PROPAGATION OF MJO

Based on multiple datasets, correlation and composite analyses, and case studies, this paper investigated possible influences of the Indian Ocean dipole （IOD） mode on the eastward propagation of intraseasonal oscillation in the tropical atmosphere. The results showed that （1） the 30-60 day outgoing longwave radiation anomalies in the southeastern Indian Ocean and the 30-60 day 850-hPa zonal wind anomalies over the equatorial central Indian Ocean were significantly correlated with the IOD index; （2） during positive IOD years, the anomalously cold water in the southeastern Indian Ocean and the 850-hPa anomalous easterlies over the equatorial central Indian Ocean might act as barriers to the continuously eastward propagation of the intraseasonal convection, which interrupts the Madden-Julian oscillation （MJO） propagation in the eastern equatorial Indian Ocean and western Pacific; and （3） during negative IOD years, the anomalously warm water in the southeastern Indian Ocean and the low-level westerly anomalies over the equatorial central Indian Ocean favor the eastward movement of MJO.     

与不同El Nino相伴的IOD事件的季节演变特征对比

基于1951—2012年逐月海洋和大气多种要素的再分析资料,分析了与两类El Nino相伴的IOD(Indian Ocean Dipole,印度洋偶极子)事件盛期的海洋和大气异常特征,并进一步对比了与不同类型El Nino相伴的IOD事件的季节演变及对应的海气耦合过程。结果表明:两类IOD事件盛期时,暖海温强度和位置有显著差异。发生在东部型El Nino期间的IOD事件(简称EP-IOD)盛期,正(负)SSTA中心出现在热带西北(赤道东南)印度洋,强度相当,对应的热带印度洋—海洋大陆异常Walker环流强度较强、范围较大;与中部型CP El Nino相伴的IOD事件(简称CP-IOD)的正SSTA相对较弱,且偏于南印度洋,异常Walker环流较弱、较窄。在季节演变中,两类IOD事件期间的局地海气过程差异显著,伴随着西印度洋西南季风减弱和东印度洋异常东风加强,EP-IOD事件的发展以西正东负的偶极型异常海温的出现及加强为主要特征;而CP-IOD事件的发生发展则与西北印度洋异常冷海温的生消及南印度洋暖水的堆积相伴,表现为"-+-"三极型SSTA的出现并转为西正东负偶极型的过程,夏季时出现在东印度洋的异常东风以及赤道中印度洋低层负涡度异常水平环流对其发展具有重要作用。     

El Nio期间印度洋海温异常对 亚洲气候的影响

El Nio事件发生时,赤道东太平洋海温出现高达2～3 ℃的正异常,同时,印度洋海温也会出现异常。但每次El Nio事件期间,印度洋异常海温的结构是不相同的,翘翘板型的海表温度结构,是印度洋海温异常的一种典型分布。利用IAP-GCM 9L模式,我们对El Nio期间,印度洋东冷西暖异常海温分布对气候的影响,特别是对亚洲气候的影响,作了数值模拟研究。模拟研究的结果表明,印度洋海温主要影响孟加拉湾、中南半岛、印尼、印度次大陆及中国大陆南部地区的气候变化。在El Nio发生期间,东冷西暖的印度洋海温结构,加大了东太平洋海温异常给东亚季风区带来的影响,它使中南半岛到印尼更加干旱,中国华北到山东半岛的降水减少,而使中国西南到华南的降水明显增加。在其影响下,东亚地区的雨带呈纬向分布,形成旱涝相间的纬向带状异常分布型,使模式模拟结果与中国旱涝的实际分布更加接近。同时,在对高度场、流场的分析中可以看到,印度洋东冷西暖海温分布使夏季副高位置偏南,印度洋到南海的西南风减弱,在中国西南到华南为气旋性环流控制,这些特征与降水分布是一致的。模拟试验表明,印度洋海温异常对我国El Nio期间降水异常的分布型有重要影响。     

初夏孟加拉湾东部降水异常对印度洋海温偶极子的触发作用

基于1982—2013年逐月NCEP资料及GODAS资料,采用回归分析、合成分析以及2.5层简化海洋模式数值模拟等方法,研究了热带东印度洋的大气和海洋过程对印度洋海温偶极子(IOD,Indian Ocean Dipole)东极(IODE,IOD East pole)海温异常的影响。结果表明,IODE海温异常的演变超前IOD西极(IODW,IOD West pole)海温异常的演变,并对IOD事件的生成和发展起到关键作用。初夏,来自阿拉伯海、中南半岛地区以及孟加拉湾西南部的水汽输送,导致孟加拉湾东部出现强降水。降水释放的潜热在热带东印度形成了一个跨越赤道的经向环流,有利于加强赤道东印度洋的过赤道气流,并在苏门答腊沿岸形成偏南风异常。该异常偏南风通过影响混合层垂向夹卷混合过程和纬向平流过程,导致IODE海温迅速下降。随后赤道东南印度洋异常东南风迅速增强以及赤道中印度洋东风异常的出现,增强了自东南印度洋向西印度洋的水汽输送,削弱了向孟加拉湾的水汽输送,使西南印度洋的降水增强,孟加拉湾东部的降水减弱。因此,IOD达到盛期前孟加拉湾东部的降水通过局地经向环流在苏门答腊沿岸形成偏南风异常,导致苏门答腊沿岸迅速的降温,并最终导致IOD事件的发生。     

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.     

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。     

热带印度洋海温异常单、偶极模态及其相互作用

利用最近50多年的GISST和NCEP的OISST海表温度资料研究了印度洋海温变化的空间分布型和多重时间尺度及其相互作用.结果表明,热带印度洋海温主要存在两种空间分布型,即全海盆符号一致的单极和东、西部符号相反的偶极.单极既存在长期增暖趋势,也存在年际振荡;偶极则以年际变化为主.在去掉由EOF重建的单极后,热带印度洋东、西部海温表现为显著的反相关关系;对17次典型偶极子个例的分析表明,对偶极子本身而言,偶极子的演变更像是一种翘翘板似的局地振荡.单极在长期趋势和年际时间尺度上对偶极的影响是不同的.长期趋势缩短了偶极子的生命期,在冷期,印度洋海温经历了由负单极到正偶极再到负单极的演变,偶极子的异常信号最早出现在热带西印度洋;在暖期,印度洋海温经历了由正单极到正偶极再到正单极的演变,偶极子的异常信号最早出现在热带东印度洋.对年际时间尺度的变化而言,印度洋海温异常由负单极向正偶极再到正单极转换,偶极子位于一种单极向另一种单极的转换过程之中,在此过程中,印度洋海温表现为明显自西向东的传播特征.     

Variability of the Indian Ocean SST and its possible impact on summer western North Pacific anticyclone in the NCEP Climate Forecast System

The NCEP Climate Forecast System version 2 (CFSv2) provides important source of information about the seasonal prediction of climate over the Indo-Pacific oceans. In this study, the authors provide a comprehensive assessment of the prediction of sea surface temperature (SST) in the tropical Indian Ocean (IO). They also investigate the impact of tropical IO SST on the summer anomalous anticyclonic circulation over the western North Pacific (WNPAC), focusing on the relative contributions of local SST and remote forcing of tropical IO SST to WNPAC variations. The CFSv2 captures the two most dominant modes of summer tropical IO SST: the IO basin warming (IOBW) mode and the IO dipole (IOD) mode, as well as their relationship with El Niño-Southern Oscillation (ENSO). However, it produces a cold SST bias in IO, which may be attributed to deeper-than-observed mixed layer and smaller-than-observed total downward heat flux in the tropical IO. It also overestimates the correlations of ENSO with IOBW and IOD, but underestimates the magnitude of IOD and summer IOBW. The CFSv2 captures the climate anomalies related to IOBW but not those related to IOD. It depicts the impact of summer IOBW on WNPAC via the equatorial Kelvin wave, which contributes to the maintenance of WNPAC in July and August. The WNPAC in June is mostly forced by local cold SST, which is better predicted by the CFSv2 compared to July and August. The mechanism for WNPAC maintenance may vary with lead time in the CFSv2.     

Role of thermocline–SST coupling in the evolution of IOD events and their regional impacts

The evolution of sea surface temperature (SST) and thermocline (represented by 20 °C isotherm depth, D20) in the east equatorial Indian Ocean (EIO) associated with the Indian Ocean Dipole (IOD) years is studied for the period of 50 years from 1958 to 2007. A new IOD index based on combined anomalies of surface winds, D20 and SST over the equatorial Indian Ocean is defined to identify strong and weak IOD events. It is found that the evolution of strong IOD events is driven by ocean dynamics in the form of thermocline–SST coupling and is strongly interactive with the atmosphere, whereas the weak IOD events are mere response to surface winds without such dynamical coupling. The easterly wind anomalies extend up to the western equatorial Indian Ocean (WIO) during strong IOD years and support enhanced EIO air–sea interactions. On the other hand, the evolution of zonal wind anomalies is weak during the weak IOD years. Thermocline–SST coupling is robust in both EIO and WIO during strong IOD years, which is primarily responsible for the enhanced SST gradient, strong enough to establish anomalous Walker circulation within the Indian Ocean. The strong convection over the WIO associated with the Indian Ocean Walker cell triggers a secondary cell with subsidence over the African landmass. This double cell structure over the equatorial Indian Ocean is not reported before. Such double cell structure is not evident in weak IOD years and instead the convection over WIO extends up to African landmass. These are well supported by the spatial pattern of anomalous precipitable water during strong and weak IOD years. Strengthening of monsoon flow and local Hadley cell associated with strong IOD events enhances precipitation over the Indian subcontinent, whereas weak IOD years have less impact on the Indian summer monsoon circulation and rainfall. Analysis reveals that the EIO thermocline index and combined index could be potential predictors for the central Indian rainfall during summer.