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.     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

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。     

2014年夏季浙江低温多雨的大尺度环流特征及与海温异常关系

利用NECP/NCAR再分析资料、国家气候中心和NOAA相关资料,研究了与2014年浙江夏季低温多雨事件相关的大尺度环流特征和海温因子。结果表明:中纬度我国东部到日本南部气旋性环流异常的存在有利于浙江夏季出现低温多雨,异常偏强偏南的西太平洋副热带高压（简称副高）是8月罕见低温多雨的直接原因;东亚-太平洋型遥相关（EAP）和欧亚型遥相关（EU）是影响浙江夏季低温阴雨的主要遥相关型,当EAP负位相和EU正位相时,冷空气容易堆积和南下,与暖湿气流交汇,有利于降水降温,8月罕见低温阴雨是EAP负位相和EU正位相协同作用的结果。进一步的分析表明ENSO暖位相激发了西太平洋上空强烈的异常下沉气流和反气旋,使得副高偏南偏强,东亚地区呈EAP波列型响应;热带印度洋海温全区一致模态（IOBW）暖位相的维持进一步减弱了8月海洋性大陆地区的对流活动;北大西洋中部海温季内的变化或许与EU位相的转变有联系。     

ENSO空间形态变异对ENSO-IOD关系年代际减弱的可能作用

基于1979—2017年哈得来中心的逐月海表温度资料（HadISST）和美国环境预报中心/美国大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析数据,研究了北半球秋季厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）与印度洋偶极子（IOD）关系的年代际变化特征及其可能原因。结果显示,ENSO-IOD关系存在显著的年代际变化:21世纪初期前,二者呈显著正相关,厄尔尼诺（拉尼娜）年秋季常对应显著的印度洋偶极子正（负）异常;21世纪初期以后,ENSO-IOD关系显著减弱,统计上不显著。进一步研究表明,ENSO空间型态的变异对于该关系的年代际减弱起重要作用。在第二时段（2004—2017年）,中部型厄尔尼诺事件和东部型拉尼娜事件频发,中部型厄尔尼诺事件与印度洋偶极子强度的关系与其纬向位置密切相关,与其强度的线性关系较弱;而东部型拉尼娜事件,由于海温距平位置偏东（位于赤道东太平洋冷舌区）,在偏低的气候态海温作用下,其引起的大气局地响应很弱,对印度洋的遥强迫作用较弱,因而对印度洋偶极子强度的影响也较弱。在二者的共同作用下,ENSO-IOD的关系发生了年代际减弱。      

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951-2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9-11 a和2-3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季黄河流域降水同期呈负相关关系。流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。本研究提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝提供了科学参考。     

前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常反气旋环流的影响

研究了前期热带海温分布型对6月西北太平洋异常环流的影响。结果表明,奇异值分解(SVD)的前期夏季、秋季至冬季热带海洋第一模态呈现出印度洋全海盆一致型海温异常和东太平洋西伸显著的ENSO事件,该模态与6月西北太平洋反气旋(气旋)环流场没有明显的关联。在第二模态中,前期热带太平洋海表温度呈现为ENSO正位相向负位相转换特征,印度洋海表温度变化呈现出赤道东南印度洋（90～110 °E,10 °S～0 °）显著的准IOD事件的变化特征。而这一联合模态与6月西北太平洋异常反气旋(气旋)环流场有显著关联。关联的可能原因是前期海温为El Ni?o和正IOD时,横跨热带印度洋-太平洋的沃克环流的减弱导致在西太平洋-海洋大陆的负降水异常,在Matsuno-Gill效应下西北太平洋形成反气旋异常环流。同时由于两大洋的共同作用和局地海气相互作用使得该环流加强并维持到6月。      

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。     

10月份热带印度洋海气耦合的统计动力诊断

本文将热带印度洋10月份的大气风场和海洋上层流场看作一个整体, 对其作了动力统计诊断, 即作了复EOF分析, 考察了其年际和年代际变化, 并揭示其与印度洋偶极子 (IOD) 和ENSO的关系。结果表明: 在同一模态中, 海洋模态表现出很强的赤道俘获现象, 而大气则无此现象; 第一模态为印度洋偶极子模态; 第二模态为ENSO前期在印度洋的延伸模态。前2个模态的风场都揭示了Walker环流异常的结构; 印度洋海温的年际变化主要取决于印度洋地区的海气耦合状态, 但太平洋的ENSO循环对其也有一定影响。     

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951—2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9—11 a和2—3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成中国黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在中国黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季中国黄河流域降水同期呈负相关关系。中国黄河流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应中国黄河流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝变化提供参考。     

赤道印度洋纬向海温梯度模及其气候影响

赤道印度洋纬向海温差异对气候的影响是有关印度洋地区海气相互作用研究的焦点。作者进一步分析了印度洋纬向海温差异的特征，提出了赤道印度洋纬向海温梯度模的概念，并在此基础上利用中国科学院大气物理研究所的九层大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温梯度变化对气候的影响。分析结果表明赤道印度洋纬向海温梯度的变化及其对气候的影响比较复杂，由于海温梯度分别产生于暖海温或冷海温两种不同的大尺度背景场，因此它对气候的影响不仅与海温梯度的变化有关，还与其产生的大尺度背景场（暖海温或冷海温）有很直接的关系。在太平洋地区海温不变的情况下，由于赤道东西印度洋大范围海温的升高或降低，有可能在整个印度洋和太平洋之间产生一个海温梯度（简称印－太海温梯度），这一海温梯度对亚洲季风区的降水分布和季风活动起着十分重要的作用，而赤道印度洋纬向海温梯度与印－太海温梯度的叠加，不仅加强或减弱了印－太海温梯度引起的大范围大气辐合、辐散，同时也使得辐合及辐散区的位置发生移动，进而影响了小范围地区的气候异常，特别是赤道东印度洋地区的降水分布和风场变化。与赤道印度洋地区纬向海温梯度的作用相比，赤道印度洋偶极子对气候的影响相对比较单纯，引起的降水异常和风场变化主要与海温偶极子的变化有关。     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟Ⅱ:热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响.研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则.来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的"-+-"的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应.换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平.北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2-3个月的时间.     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟II：热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响。研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则。来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的“- -”的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应。换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平。北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2—3个月的时间。     

热带印度洋海温异常与ENSO关系的进一步研究

用1955年1月-2001年12月美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料、美国NCEP再分析资料和美国气候预测中心(CPC)资料,讨论了热带太平洋ENSO与热带印度洋海温距平以及与印度洋偶极子(Dipole)的关系,研究结果发现:在垂直最大温度距平曲面(MTAL)上,热带印度洋海温距平分布存在着与热带太平洋ENSO密切相关的Dipole现象,其中最大的相关在太平洋ENSO 超前印度洋Dipole一个月.但是,热带印度洋Dipole的分布与Saij定义的位置略有不同,为东北西南向,它们分别在6°-10°S、65°-75°E(西印度洋)和2°-6°N、85°-95°E(东印度洋),它是赤道印度洋的一个主要海温距平系统.另外,在热带印度洋东北部与ENSO相关的海温距平是一个上下不一致的系统,该海温距平并没有伸展到海面,从海面到20-50 m的浅薄水层,则为与赤道西南印度洋相同符号的海温距平分布.因此在海面,海温距平不存在与ENSO有关的Dipole现象,赤道印度洋Dipole只存在于次表层以下,这是赤道印度洋Dipole与ENSO不同之处.这种赤道东北印度洋表层与赤道西南印度洋表层同符号的海温距平现象,有可能是海气热力过程如感热过程造成的.热带印度洋Dipole的周期要小于El Nio,一般为1-6 a.     

NCEP/CFSR再分析耦合资料中MJO对ENSO的影响研究

基于1979—2008年NCEP/CFSR再分析耦合数据集,研究了冬季MJO对ENSO事件的影响。结果表明,在年际时间尺度以及长期的年代际时间尺度上,热带印度洋MJO活动的强弱性都可以影响热带中东太平洋ENSO事件的发生和发展。在年际时间尺度上,ENSO发生前期征兆的赤道中东太平洋的西风爆发事件(Westerly Wind Burst,WWB),作为MJO影响ENSO的主要途径,存在着显著的次季节时间尺度的变化。相对于气候平均的赤道太平洋西部暖池区上升而东部下沉的Walker环流,MJO正位相东传后的西风异常,减弱了低层东风和赤道东太平洋海水上翻。这一上升海流的减弱导致了中东赤道太平洋的海温升高,从而有利于ENSO暖海温事件的发生。而在年代际时间尺度上,MJO范围和强度在1998年前后出现了明显的转变,1998年之前MJO的东移范围更东,强度更强,从而导致了西太平洋西风爆发区的次季节西风异常事件更加显著,在Bjeknes正反馈机制下对应了年代际时间尺度下的强尼诺事件出现,1998年之后则与之相反。冬季MJO对ENSO影响的这一年代际特征主要体现在晚冬季节,而在早冬伴随着印度洋的增暖,MJO强度一直在逐年增加。     

热带印度洋秋季偶极子模态与南海夏季风强度变化的关系

利用多年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP／NCAR全球大气再分析资料，采用经验正交函数（EOF）分析和滑动相关方法，研究了热带印度洋秋季偶极子模态和南海夏季风强度变化的关系。结果表明：（1）热带印度洋秋季海表温度距平（SSTA）的主要模态是全区一致型和偶极子（IOD）型，全区一致型模态主要代表了秋季SSTA全海盆一致的年代际及其以上时间尺度的变化，IOD型模态主要反映热带印度洋秋季SSTA年际时间尺度的变化。（2）当前期秋季热带印度洋存在正（负）IOD模态时，南海的夏季风强度减弱（增强）。二者年际变化的负相关关系在长期趋势的冷位相期不显著，而在暖位相期显著。（3）当南海夏季风强度增强（减弱）时，后期秋季热带印度洋出现正（负）IOD模态。二者年际变化的正相关关系在长期趋势的冷、暖位相期显著，在冷、暖位相转换期前后不显著。     

我国华南3月份降水年代际变化的特征

利用1951～2005年华南3月份降水资料、太平洋年代际振荡(PDO)指数以及NCEP再分析资料,对华南3月份降水年代际变化特征、及其对应的大尺度环流以及与PDO的关系进行了分析。结果表明,华南3月份降水存在显著的年代际变化特征,并且Mann-Kendal突变检验表明华南3月份降水在1978年左右发生年代际突变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。我国华南3月份降水与PDO有着显著的相关。进一步研究表明,在年代际降水偏少时期,PDO处于负位相(北太平洋海温偏高,中东太平洋海温偏低),北太平洋海平面气压场和高度场偏高,亚洲大陆海平面气压场和高度场偏低,赤道西太平洋到赤道东印度洋附近的海平面气压场偏低,赤道辐合带附近地区的高度场偏低,东亚对流层大气偏暖,西太平洋副热带高压偏东,东亚高空急流偏北,东亚Hadley环流偏弱。在年代际降水偏多时期,PDO处于正位相,情况则与降水偏少时期相反。     

印度洋-太平洋海温长期变化的周期性及其年代际变化

运用小波分析方法对近百年来印度洋－太平洋海温的周期变化特征进行了详细讨论,并且结合以前的工作,运用方差分析的方法对近半个世纪以来各周期振荡水平分布的年代际变化进行了综合分析。研究表明：近百年中,赤道东太平洋海温的长期变化不仅具有准两年（ＱＢＯ）和３－７年（ＬＦＯ）的年际振荡,而且具有１０－１２年、１８－２０年和３０－４０年的年代际振荡。各振荡分量的振幅和周期具有显著的年代际变化特征。近半个世纪各振     

滤除ENSO信号前后夏季热带印度洋海盆尺度海温距平对西太平洋副热带高压的不同影响

使用NCEP/NCAR再分析资料、哈得来海表温度和中国国家气候中心的西太平洋副热带高压（西太副高）特征指数,对比分析了ENSO背景下的夏季印度洋海盆尺度模（Indian Ocean basin mode,IOBM）与独立于ENSO的纯IOBM（pure Indian Ocean basin mode,IOBM_P）对西太副高的影响机理。结果表明,滤除前期ENSO信号后,西北太平洋上为海温负距平,并在其西北侧强迫出Gill型反气旋。另外,印度洋与海洋性大陆间存在西高东低的海温距平梯度,印度洋正、负海温距平激发出的赤道开尔文波影响至海洋性大陆西部地区,强迫出的异常大气环流关于赤道基本对称。加之此时中国南海至西北太平洋地区降水偏弱,潜热释放偏少,从而非绝热冷却,导致西太副高异常偏强、偏南。而在前期厄尔尼诺的影响下,次年夏季印度洋与海洋性大陆地区均有利于出现海温正距平,开尔文波的影响偏强、偏东,强迫出的异常环流偏向北半球,通过“埃克曼抽吸”和非绝热冷却在对流层低层制造出异常负涡度进而影响西太副高,使其明显偏强、偏西、偏南。由于IOBM_P在2和8年周期上对西太副高的影响最明显,而ENSO信号中主要是3—7 a的短周期振荡,因此,ENSO背景下的印度洋变暖对西太副高的遥强迫实际包含了来自热带中太平洋的3—7 a周期信号的滞后影响和印度洋地区局地变化特别是2和8年周期变化的作用。这些结果为人们深入理解西太副高变化规律和做出有效预报提供了线索。      

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。