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。     

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).     

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。      

对印度洋偶极子中海洋环流异常的模拟研究

用高分辨率印度洋-太平洋区域海洋环流模式(IPOM)模拟研究印度洋偶极子(IOD)过程.用观测的1990年～1999年热带海表风应力强迫IPOM,模拟出20世纪90年代出现的两次(1994年和1997年)IOD过程中热带印度洋海温异常的一些基本特征.通过模拟的海洋环流过程,揭示出IOD过程中海洋环流异常的物理图像.发现在IOD事件时,东赤道印度洋上层出现强的向西(负)的距平流窄带,此距平流在赤道两侧向外辐散,且具有向西传的海洋Rossby波特征.IOD位相时在沿赤道的垂直剖面上,存在一个明显的距平环流圈:表层为强的向西距平流;下面为向东的补偿流;80°E以东存在着明显的涌升流,构成垂直环流圈的上升支;其下沉支主要在55°E以西的西印度洋.同时在热带东印度洋赤道两侧各有一个垂直的经向距平环流圈,其共同的上升支在赤道附近.在反IOD位相时,洋流距平分布与IOD位相截然相反,但洋流距平的绝对值较小.由上述距平洋流分布的特征发现,IOD过程中热带印度洋海温异常(东冷西暖)现象,可从水平和垂直海流的异常变化,特别是大范围异常涌升流和沉降流的出现得到解释.     

北太平洋东部风暴轴的变化特征及其与大气环流和SST异常的关系

利用欧洲中期天气预报中心ECMWF(European Center for Medium-range Weather Forecast)逐日再分析资料(ERA40),通过经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解发现,冬季北太平洋东部风暴轴有着显著的年际变化特征:第一变化模态为在气候平均位置南北相反的偶极子变化型,第二变化模态为在气候平均位置处一致增强或减弱的变化型,第三变化模态为三极子的变化型。进一步的回归分析发现:当东部风暴轴南压(北抬)时,同期冬季是一种厄尔尼诺(拉尼娜)年海温异常空间分布型,中纬度北太平洋海区以及赤道中、东海区,冬季冷(暖)异常的洋面上是异常低压(高压),对流层中层是太平洋—北美型(Pacific-North American Pattern,PNA)遥相关的正(负)位相;当东部风暴轴增强(减弱)时,同期冬季黑潮区海温偏暖(偏冷),对流层中层表现为西太平洋型(West Pacific Pattern,WP)遥相关的正(负)位相;当东部风暴轴呈现西北—东南+-+(-+-)相间三极子的分布时,同期冬季巴布亚新几内亚附近海温异常偏暖(冷),夏威夷附近海温异常偏冷(暖),冬季冷(暖)异常的洋面上是异常低(高)压,对流层中层表现出类似PNA正(负)位相。EOF分解各模态所对应时间系数与阿留申低压(Aleutian Low,AL)指数、PNA指数、Nino3指数、WP指数、黑潮海温(Kuroshio Current,KC)指数之间存在显著的相关,这些证明了东部风暴轴与同期大气环流及SST异常之间的联系。     

2022年秋季我国气候异常特征及成因分析北大核心CSCD

2022年秋季,全国气候总体呈现暖干的特征,其中南方大部出现持续高温干旱。秋季平均气温为1961年以来历史同期最高。秋季降水季节内变率大,9月全国大部降水偏少,10月降水总体呈现南北少、中间多,11月我国中东部大部降水偏多而西部大部降水偏少。9—10月环流异常特征显示我国南方上空为偏北风距平,来自南海和西北太平洋的水汽输送条件极差,西北太平洋副热带高压偏强偏西,我国南方受下沉运动控制,有利于大部地区降水偏少、气温偏高,出现持续干旱。海温外强迫影响分析显示,2022年秋季印度-太平洋暖池异常偏暖,热带太平洋中东部偏冷,赤道印度洋西部偏冷,对应赤道印度洋上空纬向季风环流和太平洋上空Walker环流之间为显著的耦合特征。热带印度洋偶极子(TIOD)显著影响区域为江南西部和西南地区东南部,厄尔尼诺-南方涛动显著影响区域是江南大部和华南北部。即2022年秋季我国南方降水异常偏少受到TIOD负位相和拉尼娜状态的协同影响。     

2015年全球重大天气气候事件及其成因

2015年全球平均表面温度继续偏高,比1961—1990年平均值偏高0.76℃,成为有气象记录以来最暖的一年。年内,赤道中东太平洋海温异常偏暖,全球海洋平均热容量突破历史纪录。北极海冰年内最大值又创新低,南极海冰继续偏多。受下垫面因子的影响,大气环流持续性异常导致全球多地出现极端天气气候事件,如春季南亚地区暴雨成灾,夏季欧洲受到高温侵袭等。分析表明赤道中东太平洋以及赤道印度洋的海温异常偏高引起西太平洋副热带高压异常偏西、偏强,以及印度半岛局地对流活跃是导致南亚地区春季暴雨频繁的主要原因;另外,北极涛动负位相的维持导致中纬度西风减速及经向型环流的建立,是造成欧洲7月初高温热浪的直接原因。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

热带太平洋和印度洋海温异常对东亚冬季风影响的一个物理机制

本文利用NCEP／NCAR提供的大气环流资料和海表温度异常资料,在分析热带太平洋和印度洋海温异常与冬季大气环流之间关系的基础上提出了一个综合反映热带太平洋和印度洋海温异常的综合指数。分析表明,冬季太平洋和印度洋海温异常指数的值越大（小）,东亚冬季风指数的值越大（小）,东亚地区将出现异常的南（北）风的响应,东亚冬季风将越弱（强）。应用加热强迫影响热带环流的简单模式研究r热带太平洋印度洋异常海温对东亚冬季风影响的物理机制。结果表明,当冬季热带太平洋和印度洋海温异常指数处于正（负）位相时,西太平洋区域强迫出异常南（北）风。这是使得东亚冬季风偏弱（强）的重要原因之一。冬季热带太平洋和印度洋海温异常对东亚冬季风影响最为显著的关键区是赤道西太平洋。     

冬季热带印度洋上层流场异常模态分析

利用复经验正交函数(CEOF)分解对冬季热带印度洋海洋上层流场异常做了模态分析和结果讨论,得到以下主要结果:该流场异常前两个模态均呈现赤道俘获波形式,其异常在赤道上最大,向南北两侧迅速衰减,呈现纬向流的形态;第一、二模态的性质分别是大洋赤道波动的半波和1波形态,这表明此时赤道波动异常在大洋流场异常中占有重要地位。冬季第一模态大洋垂直运动所导致的近表层海温异常与春、秋季不同,此时在赤道印度洋呈现正—负—正的经向分布态势,这与印度洋耦极子(Indian Ocean Dipole,IOD)的不同,并是IOD在冬季衰亡的直接原因。第二模态相应的海温异常则在赤道东印度洋呈现北负南正的分布态势。第一模态与南亚冬季风异常密切有关,为印度洋冬季风环流模态。第一、二模态都有明显的年际变化和年代际变化,年际变化均为3~5年,主要的年代际变化则分别为约18、22年,此外两者还均有约13年的年代际变化。本文第一、二模态年代际变化的主周期也是冬季北太平洋和冬季热带太平洋流场异常第二、一模态的主周期。     

The Tropical Pacific–Indian Ocean Associated Mode Simulated by LICOM2.0

Oceanic general circulation models have become an important tool for the study of marine status and change. This paper reports a numerical simulation carried out using LICOM2.0 and the forcing field from CORE. When compared with SODA reanalysis data and ERSST.v3 b data, the patterns and variability of the tropical Pacific–Indian Ocean associated mode(PIOAM) are reproduced very well in this experiment. This indicates that, when the tropical central–western Indian Ocean and central–eastern Pacific are abnormally warmer/colder, the tropical eastern Indian Ocean and western Pacific are correspondingly colder/warmer. This further confirms that the tropical PIOAM is an important mode that is not only significant in the SST anomaly field, but also more obviously in the subsurface ocean temperature anomaly field. The surface associated mode index(SAMI) and the thermocline(i.e., subsurface) associated mode index(TAMI) calculated using the model output data are both consistent with the values of these indices derived from observation and reanalysis data. However, the model SAMI and TAMI are more closely and synchronously related to each other.     

Subseasonal coupling between subsurface subtropical front and overlying atmosphere in North pacific in winter

At least two main oceanic fronts (the subarctic and subtropical fronts) exist in the North Pacific. Especially in the subtropical frontal zone (STFZ), the sea subsurface temperature gradient is significantly larger than that of the surface layer in winter. Subseasonal interaction between the subsurface subtropical front and overlaying atmosphere is revealed by using empirical orthogonal function (EOF) analysis of oceanic temperature gradient. The first EOF mode mainly corresponds to the atmosphere-to-ocean influences. With the enhanced westerly wind, a cold sea surface temperature anomaly (SSTA) appears and then passes down to affect the subsurface ocean. However, the second EOF mode indicates the ocean-to-atmosphere forcing. For the second mode, cold oceanic temperature anomaly generates in the subsurface layer and passes up, which makes the SST gradient increasing. Due to the increasing atmospheric baroclinicity, the enhanced westerly wind leads to more heat fluxes from the ocean to the atmosphere, which results in a colder SSTA and a larger SST gradient in the STFZ. Therefore, a positive ocean-atmosphere feedback begins to maintain in the mid-latitude in winter.     

PRELIMINARY RESEARCH OF THE PACIFIC-INDIAN OCEAN SSTA MODE AND DEFINITION OF ITS INDEX

Applying the empirical orthogonal function (EOF) analysis to the sea surface temperature (SST) field of the tropical Pacific and Indian Oceans for determination of the first eigenvector field, the current work reveals that there are significant zonal gradients of SST in all seasons of the year in the northwestern and eastern Indian Ocean and equatorial central and eastern Pacific and western Pacific. It is also found that the variance contribution rates of the first EOF mode of every season is more than 33%. This shows that this kind of spatial distribution of the SST is stable. This pattern is named Pacific-Indian Oceans SSTA mode. Through careful analysis and comparison, an index of the mode was defined.     

A DIAGNOSIS OF THE INTERANNUAL VARIABILITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND SURFACE WIND FIELD IN THE TROPICAL OCEANS AND ITS CORRELATIVE CHARACTERS WITH ENSO CYCLE*

Utilizing the NCEP/NCAR reanalysis monthly datasets,and based on the filter and standard deviation calculation,the interannual variability of sea surface temperature (SST) and 1000 hPa wind field for the tropical Pacific,Indian and Atlantic Oceans is investigated for the past 20 years (1979-1998).The characters of space-time evolution in SST anomalies (SSTA) for each ocean and corresponding wind anomaly field are acquired by using rotated principal component (RPC) and linear regression analysis methods.Using the method of correlation analysis.the characters of three tropical oceans correlated with ENSO are investigated.The contemporary correlation between the SSTA in the Indian Ocean and in the equatorial eastern Pacific is positive,and there is a weak negative correlation between the SSTA in the equatorial east Atlantic Ocean and in the equatorial eastern Pacific.The lead-lag correlation analysis indicates that the SSTA in the equatorial Indian Ocean lags the dominant Pacific ENSO mode by 3 months,and the SSTA in the equatorial Atlantic Ocean leads ENSO mode by 6 months.The ENSO-correlated components in tropical Indian Ocean and tropical Atlantic Ocean display much the same amount of total variance in each ocean,i.e..14% in the Indian Ocean and 12% in the Atlantic Ocean and the maximums are all above 40%.     

超强与普通厄尔尼诺海-气特征差异及对西太平洋副热带高压的不同影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、GODAS海洋资料、哈得来中心海表温度（SST）以及中国国家气候中心（NCC）环流指数数据,依据美国气候预测中心的厄尔尼诺事件标准筛选出1980-2016年的超强与普通厄尔尼诺事件,对比了两类事件的不同生命阶段内海表及次表层温度特征的差异,并探讨了其对西太平洋副热带高压（西太副高）的不同影响。结果表明,对超强厄尔尼诺事件而言,海表温度正距平发展早且迅速,其大值中心偏东,纬向梯度强,但对普通厄尔尼诺事件而言,海表温度正距平中心偏西,纬向梯度小。厄尔尼诺事件的发展源于次表层海温距平（SOTA）随开尔文波东传并沿温跃层上升到达海表,其波动前部区域异常垂直海流对次表层海温距平的变化起重要作用;当海气激烈耦合时,可在温跃层激发出更强的海洋波动,使得次表层变暖更明显,激发出强的厄尔尼诺事件。海温异常强迫出的大气异常环流的强度与强迫源的强度关系密切。两类厄尔尼诺均能通过异常的沃克环流引起大气Gill型响应,使得西太副高偏强、西伸,且当超强厄尔尼诺发生时,异常沃克环流更强,海洋性大陆区域上空的异常强辐散导致Gill型响应而产生的反气旋更强,对西太副高的影响更甚。印度洋海表温度对厄尔尼诺的滞后变暖所带来的影响在上述亚太大气环流的持续异常中起重要作用。这些结果有利于加深对不同类型厄尔尼诺事件及影响西太副高机理的认识。      

海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的数值模拟

应用NCAR CAM3全球大气环流模式以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋及热带太平洋)的海表温度异常对夏季南压高压年代际变化的影响。结果表明,全球、热带、热带印度洋—太平洋和热带太平洋这些海域的海表温度异常都对南亚高压强度、面积、南界、西伸脊点和东伸脊点的1970s中后期年代际变化有重要影响:热带太平洋是关键海区,其海表温度第三模态(“三明治”式异常分布型)的变化与南亚高压的这些特征指数的年代际变化关系密切;热带印度洋的海表温度异常,主要是其第一模态(热带印度洋全区一致变化型)的变化与南亚高压强度、面积、南界和西伸脊点的年代际变化关系较密切,热带印度洋也是影响南亚高压年代际变化的关键海区;这两个关键海区的海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的主要差异在于:热带太平洋海表温度异常能对南亚高压的东伸脊点的年代际变化有重要影响,而热带印度洋的海表温度异常对其影响小;热带太平洋和热带印度洋这两个海区的海表温度异常均可通过影响热带对流层大气温度的变化进而使南亚高压发生变化;热带外的海表温度异常对南亚高压的年代际变化影响小。     

海表温度差异对1998及2016年8月西北太平洋热带气旋生成频数的影响

基于1970—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和ECHAM4模式,研究了各海盆海表温度异常（SSTA）对1998和2016年这两个超级厄尔尼诺衰减年8月西北太平洋热带气旋（TC）生成及大尺度环流变化的可能影响。结果表明,热带印度洋和大西洋在1998与2016年几乎相反的SSTA型态是导致TC生成频数显著差异的主要原因之一,而热带和北太平洋SSTA在1998与2016年均分别在珠江三角洲和日本以南形成气旋性环流。1998年8月热带印度洋和大西洋SSTA产生的西北太平洋反气旋环流响应强于太平洋SSTA产生的气旋性环流异常,使西北太平洋受异常反气旋控制,减少TC的生成。2016年在三个大洋SSTA共同作用下,西北太平洋受异常气旋控制导致TC生成频数偏多。太平洋经向SSTA模在北半球副热带强迫出东西反向的跷跷板形势,在西北太平洋对流层产生的响应与实际变化相反,因此太平洋经向模对西北太平洋TC生成没有正的贡献。     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

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.       

印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响的初步模拟研究

印尼海域是联系热带太平洋和印度洋的纽带,为了讨论印度尼西亚贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的影响,利用一个准全球海洋环流模式,设计了打开、关闭印度尼西亚通道的数值试验对该问题进行初步探讨。试验结果表明,印尼贯穿流对热带太平洋、印度洋海温和海流的模拟有重要影响。在海洋表层,印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模所起作用不大,这时海洋的外强迫(大气风场、太阳辐射等)起主要作用;而在次表层,印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模起着重要的作用。