夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模对同期中国东部降水的共同影响

利用1961—2013年NCEP/NCAR再分析资料和Had ISST月平均海表面温度资料,分析了夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模(Indian Ocean Basin M ode,IOBM)的特征,并研究了不同位相配置时二者对同期中国东部气候的共同影响。结果表明:1)太平洋中部型海温异常指数与印度洋海盆模指数几乎相互独立。太平洋中部型海温异常与IOBM同位相变化(记为PPNN事件)和反位相变化(记为PNNP事件)时,热带印太地区海温异常分别呈三级型和偶极型分布。2)不同位相配置对中国东部地区降水异常的影响及其影响机制存在显著差异:当发生PPNN事件时,水汽从海洋性大陆(Maritime Continent,MC)地区向江淮流域输送;热带海温异常引起大气产生Gill型响应,维持了中国东部的环流异常;M C地区通过经向三圈异常垂直环流引起江淮流域降水异常增多。发生PNNP事件时,Gill型环流响应中心西移,长江流域降水偏少,水汽辐散;同时MC地区对流层低层准定常Rossby波能传播也有利于长江流域扰动的维持。这些结果对深刻认识中国东部地区夏半年降水异常成因和印度洋/太平洋海温异常不同分布的作用具有重要意义。     

2004年夏季经向型雨带及其与印度洋偶极模异常海温的关系

针对2004年夏季降水为南北向雨带分布的异常特点,利用NCEP/NCAR再分析资料对可能造成2004年准经向降水分布的海温场、高度场及水汽输送特征进行了分析,并与夏季降水呈纬向分布的2003年进行了比对.分析结果表明,2004年夏季西太平洋副热带高压偏北、偏东,中国大陆中纬度地区东部为异常偏东水汽输送,西部为异常偏西的水汽输送,东、西风在110°E形成南北向交界,有利于形成南北经向型的水汽辐合和降水分布.而在2003年夏季,西太平洋副热带高压偏南、偏西,在长江以南形成稳定的带状副高,有利于雨带长时间稳定在副高北侧的淮河流域,同时中国大陆35°N以南地区为异常偏西水汽输送,以北地区为异常偏东的水汽输送,正、负异常纬向风形成东西向交界,有利于形成东西纬向型的水汽辐合和带状降水分布.对海温状况的分析发现,虽然2003年和2004年太平洋异常海温信号较弱,但印度洋和中国大陆近海海温却有明显的差异,2004年夏季西北太平洋异常海温北高南低,西印度洋海温异常偏冷,赤道热带印度洋海温呈东暖西冷的偶极模负相位特征.而在2003年淮河强降水发生同期,西北太平洋异常海温南高北低,西印度洋海温异常偏暖,赤道热带印度洋海温呈东冷西暖的偶极模正相位特征.因此,印度洋异常海温偶极模的不同相位可能是造成2003、2004年中国夏季降水不同雨带分布型的重要原因.利用中国160个代表站1950～1999的降水资料,进一步分析了印度洋偶极模不同相位异常海温对中国夏季降水的影响,结果发现,印度洋偶极模正相位有利于中国南方降水的西移和北方降水的东进,趋向于形成东西纬向型降水分布; 而印度洋偶极模负相位有利于中国南方降水的东退和北方降水的西移,趋向于形成南北经向型降水分布.     

中国南方夏季降水与热带印度洋偶极型海温异常的联系

利用1979-1999年GISST和CMAP月平均资料,用线性回归滤除印度洋偶极子(IOD)指数和ENSO的相互干扰,定义纯IOD指数和纯Nino3指数,将海温距平处理为相对独立的3个部分,通过相关和合成分析得到:6-8月印度洋偶极型海温及热带中印度洋海温异常与中国南方夏季降水都有很好的正相关关系,并且二者对南方夏季降水序列的拟合方差贡献显著,表明热带印度洋海温异常与中国南方夏季降水的关系密切;5月份热带印度洋海温年际变化可以解释60 %左右的南方夏季降水异常,这对南方降水的预测具有非常好的指导意义.在正(负)IOD年,热带印度洋SSTA引起我国南方地区大气异常上升(下沉)运动,中国南方为整层水汽的异常辐合(辐散)区,从而使中国南方夏季降水异常偏多(偏少).     

2011年夏季西南极端干旱事件及其成因

利用近30 a中国地面气象台站1 767站的逐月降水资料、同期NOAA的扩展重建（Extended Reconstructed SST V3b）海表温度资料和NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了2011年夏季（6—8月）东北太平洋海温异常对西南地区极端干旱事件的影响机理。结果表明：2011年夏季西南地区降水呈现极端偏少的特征,区域平均降水距平为-270 mm,小于负两倍标准差,降水负异常极小值区域主要位于滇黔桂三地交界处。2011年夏季西南地区降水极端负异常与东北太平洋海表温度异常偶极型（NorthEast Pacific SSTA Dipole,NEPD）分布存在联系。将热带东北太平洋[90°～120°W,5°～20°N]海温负/正异常、中纬度北太平洋[150°～170°W,37°～45°N]海温正/负异常定义为NEPD负/正位相。NEPD负位相事件引起了热带中东太平洋对流层低层东风异常,并通过中纬度纬向东传波列引起远东地区位势高度正异常,减弱了西太平洋副热带高压,不利于西南暖湿气流向中国西南地区输送;同时,西南地区对流层低层辐散、高层辐合,受异常下沉气流控制。上述条件共同作用造成了2011年西南地区夏季降水极端负异常。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

1961—2018年西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系

利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料,采用夏季SPI(Standardized Precipitation Index)指数作为干旱指数,研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明:西南地区夏季总体呈现变干趋势,尤其在云南、四川东南部干旱化趋势显著。当西南地区夏季显著干旱时,该地区对流层低层辐散、上层辐合,且向该地区的水汽输送偏少。造成西南地区干旱维持的原因可归结为大气波动活动异常和海温异常强迫。前者通过西风带扰动向下游的能量频散,为西南地区低层辐散、上层辐合的环流异常的形成和维持提供了必要的扰动能量积聚;后者通过热带西北太平洋异常热源对大气的强迫,使得该地区对流层低层(上层)形成异常辐合(辐散),在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流,使西南地区受下沉气流控制,从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。     

中国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因分析

利用1961--2010年NCEP／NCAR再分析资料和全国753站月平均降水资料,研究了我国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因。结果表明,西南地区东部秋季降水存在明显的年际和年代际变化。其中,年代际变化主要表现为,在20世纪80年代中后期,降水存在由多转少的突变;降水量年际变化则与苏门答腊一西太平洋和热带东太平洋的海温分布存在很好的关系。当苏门答腊一西太平洋和东太平洋海温呈现“＋-”异常分布时,引起大气热源的异常,加强哈德莱环流,同时,在南海及孟加拉湾附近激发出异常气旋性环流,而西南地区东部则处于南海气旋性环流外围异常偏北气流控制,削弱了孟加拉湾的水汽输送,从而造成西南地区东部的干旱。通过大气环流模式NCARCAM3．0（Community Atmosphere Model3．0）的海温异常试验,验证了上述观测结论。     

我国西南地区秋季降水年际变化的空间差异及其成因

使用1980～2010年全国站点降水资料、ERA-Interim再分析环流资料、哈德莱海表温度资料,运用聚类分析和旋转经验正交函数分解,对西南地区的秋季降水按照其年际变化规律进行分区,进而分析影响各区域降水变化的物理过程和机理。结果表明:西南地区被分为东、西两个区域。西南东、西区域秋季降水的年际变化、显著周期、旱涝异常年份、相关的环流系统都有明显差异。西南东部秋季降水主要与热带海温异常有关,受低纬度环流影响。当赤道东太平洋为暖海温异常,热带印度洋为西正东负的偶极子型海温异常时,分别激发出西北太平洋反气旋和孟加拉反气旋,共同向西南东部输送水汽,造成西南东部降水偏多。西南西部降水在秋季三个月份与不同的环流形势对应:9月降水由中南半岛反气旋输送的暖湿气流决定;10月降水受高原以东反气旋环流和孟加拉湾低槽共同影响;11月降水主要受中高纬环流异常的影响,与斯堪的纳维亚遥相关存在显著负相关。     

不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响

利用1951—2009年线性最优插值全球海温资料,NCEP/NCAR再分析大气资料,以及中国160个站的降水资料等,重点分析了不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变特征及对应的热带大气的响应情况,并进一步探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对次年夏季中国降水的可能影响。根据厄尔尼诺事件发展达到盛期时海温距平的分布特点,将1950年以来的厄尔尼诺事件分为东部型、中部型和混合型。不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变及后期的发展都表现出较为明显的差异,对应的热带太平洋上空向外长波辐射距平分布及热带印度洋-太平洋上空的沃克环流异常也表现出明显的不同。在厄尔尼诺的次年夏季,通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统,东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈现南方型(III类)、中间型(II类)和北方型(I类)的分布特点。     

基于热带和热带外独立影响途径的中国东部冬季阴天频次的季节预测

本文利用中国东部1078个测站1961～2003年逐日云量数据资料,揭示了中国东部冬季阴天频次主模态的时空分布特征,探讨了其形成的两条独立影响途径,并根据影响机理建立了季节预测模型。结果表明：（1）中国东部冬季阴天频次的经验正交函数分解第一模态独立且显著,解释了其59%的总方差。该模态基本呈现空间一致型的分布,表现出显著的年际变率特征。当该模态为正位相时,北太平洋对流层低层存在显著的大尺度反气旋环流异常,其西侧异常偏南风能够将热带海洋的水汽输送至中国东部地区,导致该地区阴天频次增多。（2）前期8月和9月北太平洋副热带持续性海温异常的纬向偶极型分布（NPD）和副热带北大西洋海平面气压9至11月的短期变化（LPA）是该模态的两个主要驱动因子。当NPD中的西极为冷异常时,在局地低层气旋性异常环流的作用下冷海温异常向南平流,发展至热带西太平洋。而当热带西太平洋冷海温异常形成后,皮耶克里斯反馈作用能够发展和维持太平洋“西冷东暖”海表温度异常分布。“西冷东暖”的海表温度异常导致的热带纬向偶极型对流异常能够进一步激发北太平洋“北正南负”的偶极型高度场异常。北部反气旋异常西侧的偏南风有利于水汽输送至中...     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

Different Relationships Between Spring SST in the Indian and Pacific Oceans and Summer Precipitation in China

Observational and reanalysis data are used to investigate the different relationships between boreal spring sea surface temperature （SST） in the Indian and Pacific oceans and summer precipitation in China. Partial correlation analysis reveals that the effects of spring Indian Ocean SST （IO SST） and Pacific SST （PSST） anomalies on summer precipitation in China are qualitatively opposite. When IO SST anomalies are considered independently of PSST anomalies, precipitation decreases south of the Yangtze River, in most areas of Inner Mongolia, and in some parts of Liaoning Province, and increases in the Yangtze River valley, parts of southwestern and northern China, northeastern Inner Mongolia, and Heilongjiang Province. This results in a negative-positive-negative-positive pattern of precipitation anomalies in China from south to north. When PSST anomalies （particularly those in the Nin o3.4 region） are considered independently of IO SST anomalies, the pattern of precipitation anomalies in China is positive-negative-positive-negative from south to north. The genesis of summer precipitation anomalies in China is also examined when El Nin o-Southern Oscillation （ENSO） signals are removed from the ocean and atmosphere. An anticyclonic low-level wind anomaly forms in the South China Sea-Northwest Pacific area when the IO SST anomaly （SSTA） is warm and the Northwest Pacific SSTA is cold. This anticyclonic anomaly substantially influences summer precipitation in China. Anomalous warming of tropical IO SST induces positive geopotential height anomalies in the subtropics and an east-west dipole pattern in midlatitudes over Asia. These anomalies also affect summer precipitation in China.     

华南秋旱的大气环流异常特征

利用实测降水量资料及NCEP再分析资料, 通过统计方法分析了华南秋旱及其相关的环流异常特征。结果发现, 华南秋旱以全区性的干旱出现居多。华南秋旱事件对应的同期海温异常分布型大致可分两类。一类是热带中东太平洋的负海表温度距平 (SSTA) 区的极值中心位于赤道东太平洋, 在海洋性大陆和热带西太平洋有马蹄形的正SSTA, 而在热带西印度洋, 南海至日本东、 南部西北太平洋是负SSTA; 另一类是热带中东太平洋正SSTA极值中心位于赤道中太平洋, 热带—副热带西太平洋、 南海和热带印度洋为负SSTA区, 副热带北太平洋东部和南太平洋东部为显著的正SSTA。 与第一类SSTA相关的华南秋旱与海洋性大陆区域上空的上升运动异常增强 (与其下垫面海温异常偏暖有关)。而与第二类SSTA相关的华南秋旱则与中纬度环流的长波调整造成的东北亚上空的异常上升运动距平有关。而两类华南秋旱都是通过大气环流对华南地区的异常下沉运动产生强迫作用而产生的。另外, 华南秋旱还与菲律宾和台湾东侧洋面上空出现上升运动距平有关。两类华南秋旱都与南海中北部热带气旋频数偏少, 菲律宾和台湾东侧热带气旋频数偏多有关, 因此, 使得登陆华南的热带气旋偏少, 导致华南秋季干旱。     

Tropical Indian Ocean variability revealed by self-organizing maps

The tropical Indian Ocean climate variability is investigated using an artificial neural network analysis called self-organizing map (SOM) for both observational data and coupled model outputs. The SOM successfully captures the dipole sea surface temperature anomaly (SSTA) pattern associated with the Indian Ocean Dipole (IOD) and basin-wide warming/cooling associated with ENSO. The dipole SSTA pattern appears only in boreal summer and fall, whereas the basin-wide warming/cooling appears mostly in boreal winter and spring owing to the phase-locking nature of these phenomena. Their occurrence also undergoes significant decadal variation. Composite diagrams constructed for nodes in the SOM array based on the simulated SSTA reveal interesting features. For the nodes with the basin-wide warming, a strong positive SSTA in the eastern equatorial Pacific, a negative Southern Oscillation, and a negative precipitation anomaly in East Africa are found. The nodes with the positive IOD are associated with a weak positive SSTA in the central equatorial Pacific or positive SSTA in the eastern equatorial Pacific, a positive (negative) sea level pressure anomaly in the eastern (western) tropical Indian Ocean, and a positive precipitation anomaly over East Africa. The warming in the central equatorial Pacific appears to correspond to El Niño Modoki discussed recently. These results suggest usefulness of SOM in studying large-scale ocean–atmosphere coupled phenomena.     

夏季西北太平洋热带气旋生成频次与热带海温关系的年代际变化

探讨了夏季(6—8月)西北太平洋(Western North Pacific,WNP)热带气旋生成频次(Tropical Cyclone Genesis Frequency,TCGF)与热带海温关系的年代际变化,发现影响WNP TCGF的热带海温型在1991/1992年发生了年代际变化。在1990年代初之前,TCGF正异常对应的热带海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)呈现东部型La Ni?a衰减位相,前冬至春季WNP局地暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,夏季时由热带印度洋冷SSTA继续维持。在1990年代初之后,TCGF正异常对应的热带SSTA呈现东部型La Ni?a向中部型El Ni?o快速转换的位相,夏季中太平洋暖SSTA在其西北侧激发气旋异常,同时热带东印度洋至海洋性大陆以及热带大西洋的冷SSTA通过垂直环流圈加强中太平洋的辐合上升运动,进一步维持其西北侧气旋异常。由于激发气旋异常的暖SSTA在第二个年代相较第一个年代明显偏南偏东,气旋异常和TCGF正异常在第二个年代也整体偏南且向东扩展至更远的区域。WNP TCGF与热带海温关系的年代际变化与1990年代初之后厄尔尼诺-南方涛动演变速率加快有关。      

热带印度洋偶极子与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用中国站点观测逐月降水和月平均气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,揭示了热带印度洋偶极子(IOD)与中国夏季气候异常关系的年代际变化.结果表明:IOD与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的一面,又存在着年代际变化.较为稳定的关系表现为:IOD与同年夏季长江黄河之间的降水变化存在显著负相关,与四川气温变化存在显著正相关;IOD与次年夏季四川降水存在显著正相关.伴随发生在20世纪70年代末的大尺度环流年代际转型,IOD与中国气候年际异常的联系亦发生变化:IOD正位相年的同年夏季降水异常型,由中国大部分地区偏少变为长江以南(北)偏多(少),气温由西南地区东部偏暖变为长江以南(北)偏冷(暖);次年夏季降水由全国大部分地区偏多变为长江以南(北)偏少(多),气温由全国大部分地区相关不显著变为黄河以南大部分地区显著偏暖.在IOD负位相年,中国夏季气候异常的特征与IOD正位相年相反.在20世纪70年代末的大尺度年代际气候转犁前后,与IOD相关的东亚大气环流异常特征明显不同.在IOD发展阶段,在70年代末以前,印度夏季风和南海季风偏强,副热带高压势力偏弱,导致中国华南大部分地区降水偏少,华北西部以及内蒙古中部等地降水偏多;70年代末以后,东亚大陆中纬度为弱的东风距平,导致新疆北部降水偏少,气温偏高,华南降水偏多.在IOD次年夏季,70年代末以前,华南、河套以及四川等地盛行偏南气流,降水偏多;70年代末以后,南亚高压和西太平洋副高偏西偏强,华南、江南降水偏少.     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 II. 资料分析

对最近10年海表温（SST）的分析表明，东赤道太平洋（EEP）及中赤道印度洋（CEI）的SST存在显著正相关。西赤道太平洋（WEP）及西北太平洋（WNP）的SST也存在相关。流场和降水分析表明，当低空流场存在对EEP正的SST异常响应时，也存在对CEI正的SST异常的响应。前者位置偏东，对我国天气无直接影响；后者导致南方少雨，江淮多雨。在WNP和WEP海区SST异常的共同强迫下，我国南海及西太平洋出现低空反气旋式环流。由于其位置偏南，异常雨带位于华南，使我国华南多雨，江淮少雨。本文还用最近38年的海温和降水资料对上述结果进行检验。资料分析证实了数值模拟的结果，即降水对热带海表温度异常的响应是一种邻域响应。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。