亚澳季风异常与ENSO准四年变化的联系分析

分析了赤道地区纬向风的年际变化特征，以及亚澳季风与ENSO在各个位相的联系。结果表明：赤道纬向风变化与中东太平洋海温变化在准四年周期上是强烈耦合的；在El Eino期间东亚冬季风弱，夏季风强，而南亚夏季风弱，反之，在La Nina期间东亚冬季风强，夏季风弱，而南亚夏季风强；东亚地区的异常北风有利于西太平洋西风异常爆发，使得东太平洋海温升高，但只有随后在中东太平洋出现持续性西风异常，El Nino才能发展，其中来自太平洋中部的异常北风（并不是来自东亚大陆地区）和南太平洋中部的异常南风的辐合对中东太平洋出现持续性西风异常起重要的作用，尤其是澳大利亚东北部的季风异常的影响更为显。     

固体地球－海洋－大气耦合的一个简单线性模式及其试验结果

选取实际的海陆边界，建立了一个固体地球－海洋－大气耦合的简单线性模式，模式中包含了地气角动量守恒的关系，地转变速摩擦力对大气的作用，风吹流改变海温异常，海温异常又改变大气的质量分布．在无外源作用于地球系统的情况下，地球系统内部的各个部分（纬向风、海温和地转速度）都存在着准两年振荡（ＱＢＯ），由此可见，ＱＢＯ是地球系统内部的一种固有振荡。     

El Nino事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法,分析了1971-2003年间7个El Nino事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明,El Nino事件发生期间,在热带地区15°S-15°N大气环流异常以对称性为主,但也有一定的反对称分量：高度场异常和纬向风异常的对称性较强,而经向风异常的反对称较强;同时在El Nino事件演变的各阶段,高度场异常和纬向风异常的变化较明显,而经向风的变化较小,高度场和风场异常在低层（700hPa）和高层（200 hPa）呈明显的反位相分布。并且,为探讨El Nino事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理,本研究进一步利用ERA-40逐日资料,应用Hough函数分析了El Nino事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明,El Nino事件发生期间,热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强,而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用;并且,研究结果还表明,在ElNino事件发生期间,热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外,分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性。     

用OPA9全球海洋环流模式模拟不同类型El Nino事件

根据El Nino事件中正的海表面温度异常(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)首先出现的区域及其传播特征,将El Nino事件分成3种类型,即东部型、西部型和驻波型.为了研究不同类型El Nino事件物理机制的差异,首先利用高分辨率全球海洋环流模式OPA9,对这3种不同类型的El Nino事件进行模拟.在逐月海表面风应力和热通量的驱动下,模式模拟出了1950-2005年问全球海温演变.模拟结果表明,模式可以很好地模拟出海洋的气候态,并且对El Nino事件期间的正SSTA首先出现的区域以及对正SSTA的传播特征都做出了很好的模拟,成功地模拟了不同El Nino事件的发展类型.     

东亚冬季风异常激发El Ni?o现象的数值试验研究

用全球海气耦合气候模式和海洋模式进行各种敏感性试验,研究东亚冬季风异常对El Ni(n)o事件形成的作用.结果表明东亚冬季风异常对于海洋热状态起了很大的作用.强冬季风年冬季所对应的海温距平为La Ni(n)a型,但在与冬季风异常相对应的风应力作用下,通过海气相互作用,由于赤道西太平洋西风异常和海温正距平的东传,可以使海温向着El Ni(n)o型分布发展;弱冬季风年冬季所对应的海温距平为El Ni(n)o型,后期则会转成La Ni(n)a型.冬季风异常的偏北风分量及赤道西风分量对海温所产生的影响各有差异,前者更多地影响太平洋西岸及暖池区,后者则对整个赤道太平洋热状态特别是El Ni(n)o形成起了重要的作用.在El Ni(n)o发展过程中起决定作用的主要不是风应力的强度,更关键的是异常风应力的持续时间.由于风应力的持续作用,El Ni(n)o发展特征更加显著.与冬季风异常相对应的纬向风分量特别是西风异常在El Ni(n)o发展中起主导作用;在单纯的海洋模式中经向风异常只能改变局地的西太平洋海温,并不能使东太平洋海温产生响应,即没有出现赤道暖水的东传过程.试验表明,海气耦合模式较单纯的海洋模式能更好地反映海气相互作用及El Ni(n)o的形成.     

热带太平洋、印度洋海温异常对处于厄尔尼诺事件成熟期的东亚Hadley环流的影响

分析了热带太平洋El Nino事件和热带印度洋海盆一致的暖海温异常事件（记为暖海盆模态）与东亚Hadley环流的关系及海温异常对东亚Hadley环流的影响。结果表明：（1）东亚Hadley环流与El Nino循环的关系密切,El Nino事件从开始到消亡的不同位相期,东亚地区表现为随位相变化的异常经向垂直环流,在El Nino成熟期由异常顺时针经向环流圈转换为异常逆时针经向环流圈,意味着东亚Hadley环流圈的显著减弱。（2）冬季Nino3指数、赤道印度洋海盆一致型模态指数（IOBMI）与东亚Hadley环流指数间呈负相关关系,相关系数分别为-0.42、-0.39,远超过0.01信度的显著性检验,表明当El Nino事件和印度洋暖海盆模事件发生时,东亚Hadley环流减弱。模拟结果与诊断分析结果一致。（3）鉴于印度洋海盆模态和太平洋El Nino事件的密切联系,在考虑冬季东亚Hadley环流变化时,应考虑El Nino事件和印度洋海盆一致型海温异常事件的共同作用。数值试验结果表明两大洋的共同作用会产生更强的东亚异常逆时针经向垂直环流,使得东亚Hadley环流显著减弱。     

固体地球-海洋-大气耦合的一个简单线性模式及其试验结果

选取实际的海陆边界，建立了一个固体地球-海洋-大气耦合的简单线性模式，模式中包含了地气角动量守恒的关系，地转变速摩擦力对大气的作用，风吹流改变海温异常，海温异常又改变大气的质量分布。在无外源作用于地球系统的情况下，地球系统内部的各个部分(纬向风、海温和地转速度)都存在着准两年振荡(QBO)，由此可见，QBO是地球系统内部的一种固有振荡。     

一个可描写ENSO循环基本特点的简单热带海气耦合模式

在所构造的海气耦合模式中,采用Zebiak海洋模式框架,并重建了一个海洋数值模式,大气模式采用了Gill模式.在大气模式中保留了时间发展项,潜热加热采用了Kleeman方案.对模式的积分结果表明,海温异常具有3～7年的准周期振荡.在模式El Nino事件的初始阶段,西风异常,海温正距平(SSTA)首先在赤道西太平洋发生,然后向东传播、加强.在模式ENSO循环的位相转换过程中,SSTA的空间分布共有4种不同类型.模式模拟的El Nino事件的初始阶段有两种发展类型,它们是:在初始阶段中西太平洋和东太平洋沿岸各有海表温度的正异常发生.在以后的发展中,一种情况是这两块正SSTA都发展连成一片,形成El Nino事件;另一种情况是中西太平洋地区的正SSTA衰减,中东太平洋地区的正SSTA加强,向西传播,形成El Nino事件.模式模拟的La Nina事件的初始阶段也有两科发展类型,它们的发展过程和El Nino事件初始阶段的发展过程相似.     

太平洋-印度洋海表温度加热对中高纬低频振荡的调频作用

用数值试验的方法，分别以无热源型、El Nino初期、El Nino成熟期对应的赤道中东太平洋与赤道印度洋海表温度作为外强迫源，应用强迫耗散准地转正压涡度方程的全球谱模式，考虑了摩擦耗散及3波准共振的共同作用，采用非定常、定常加热两种形式积分90d，研究了对中高纬大气低频振荡的调频作用。结果表明：（1）3个行星波之间存在很强的波-波相互作用，且波动振荡呈现准双周和季节内振荡；（2）在El Nino初期和El Nino成熟期，无论是赤道中东太平洋海温还是赤道印度洋海温在逐渐增暖的过程中，大气低频振荡周期都有缩短的趋势。1997年2月-1997年4月，赤道印度洋调节作用强；而在1998年5月，赤道中东太平洋调节作用强；（3）赤道印度洋西区对大气低频振荡的调节作用要强于赤道印度洋东区；Nino3区对大气低频振荡的调节作用要强于Ninol＋2区；（4）太平洋-印度洋海温异常模态在1997年10月为高指数（简称PIMI一型），在1996年9月为低指数（简称PIMI二型），前者对应的东太平洋-西印度洋区对大气的调频作用要大于后者对应的西太平洋一东印度洋区。     

热带太平洋风应力距平场的主振荡型分析

利用FSU（Florida State University）风应力逐月资料，运用POP方法，分析了热带太平洋地区风应力异常场结构与ENSO的联系。结果显示：纬向风应力有35、47和57月周期的传播型振荡；经向风应力有28和38月周期的传播型振荡。得到纬向、经向风应力传播型与ENSO振荡的耦合关系。同时指出，对El Nino／La Nina这样的大尺度海气相互作用现象的时空演变，应注重多种振荡混合的作用，而不应只分析单一模态的作用。风应力异常的局地振荡对El Nino／La Nina的影响也不应忽视。     

QBO Features of Tropical Pacific wind Stress Field with the Relation to El Nino

Analysis has been implemented of 1970-1992 tropical Pacific wind stress anomaly and sea surface temperature anomaly (SSTA) datasets, indicating that quasi-biennial oscillation (QBO) of the tropical Pacific WS and SSTA is featured both by a standing and a progressive form, the former emerging in the most intense centers of action and the latter travelling east- or west-ward out of the SSTA sources. Results show that the SSTA is in the warm (cold) phase as zonal component of euqatorial wind stress anomaly gets weakened (reinforced) and the QBO of wind stress anomaly is well related to the El Nino cycle.     

热带对流和环流季内振荡强度与海表温度关系对比研究

利用外逸长波辐射(OLR）、风场和海表温度(SST)资料, 研究了热带大气季节内振荡(ISO)强度的季节变化特征, 发现热带印度洋和热带西太平洋区域是OLR和风场季内振荡最主要的共同活跃区。对比分析了OLR和风场季内振荡强度与海表温度异常之间的年际异常关系, 发现OLR季内振荡强度异常与海表温度异常之间存在显著局地正相关关系, 即在热带中东太平洋区域、热带西北太平洋区域和热带西南太平洋区域, 当海表温度正(负)异常时, OLR季内振荡增强(减弱),特别在冬春季节这一关系更清楚。除个别区域外, 风场季内振荡强度异常与海表温度异常不存在类似OLR的局地关系。OLR和风场季内振荡强度异常与海表温度异常之间局地和非局地关系的差异, 体现了两种要素特性的本质差异。但两种要素季内振荡强度在El Niño事件发展过程中的变化基本一致, 即在气候场中季内振荡活跃的区域, 事件发生之前季内振荡会增强, 并逐渐向东传播, 事件发生之后这些区域振荡减弱。     

Nino海区SSTA的时频结构特征

根据1950～2003年Nino海区SSTA资料，采用小波变换方法分析了SST变化的多尺度结构及其强度变化。结果表明，Nino海区的SSTA序列表现为多层次相互嵌套的时频结构，存在着2～7a、8～20a和30a以上时间尺度的变化，经检验显著变化周期为2～7a，10a以上和1a以下的周期信号较弱。冷暖事件的能量主要集中在2～7a的尺度上，以准4a尺度的周期振荡最为显著。同一事件在不同海区的频率结构也不相同，1970年以后各尺度上冷暖事件的强度明显增大，有向低频发展的趋势。     

ENSO 循环各阶段东亚夏季风特征的诊断研究

利用NCEP／NCAR再分析资料和NCAR海温资料及中国测站地温资料，对ENSO循环不同阶段东亚夏季风强弱变化进行了分析．并从此期间的海陆热力差异和季风低压变化来探讨海温异常对东亚夏季风的影响，结果表明：东亚夏季风指数有明显的年际变化和年代际变化，且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系，其中又以与三个月前的海温变化关系最好．在Ninol 2区为冷、暖水之后的三个月中，冷水期对应的东亚夏季风指数大于暖水期对应的东亚夏季风指数，东亚夏季风比暖水期强。赤道东太平洋SST变化期间亚洲大陆的地面温度和地面气压也有明显变化，这是引起ENSO不同阶段东亚夏季风变化的主要原因。     

AIR-SEA COUPLING FEATURES FROM THE WARM PHASE TO THE COLD PHASE OF ENSO CYCLES IN THE SEVENTIES TO THE EIGHTIES*

Using the sea surface temperature and wind anomalies(SSTA and SSWA for short) of the tropical Pacific from January 1970 to December 1989,main spatial patterns of tropical Pacific SSTA and SSWA coupling features in the transform course from the warm phase to the cold phase of El Nino-southern Oscillation(ENSO) cycles are discussed.The main conclusions are as follows:(1)air-sea coupling patterns at the mature stage of El Nino(La Nina) are main spatial ones of tropical Pacific SSWA and SSTA coupling:(2)at the mature stage of El Nino,the interaction of the anticyclonic anomaly wind,generated by the forcing of distinct meridional SSTA gradient in the Northern Hemisphere tropical central Pacific.with the California cold current and SSTA is mainly responsible for weakening of El Nino;(3)the second sea temperature increase along the South American coast in the decaying course of El Nino results from the eastward movement of the weakened positive SSTA in the tropical central-eastern Pacific forced by anomalous west wind stress:(4)La Nina results from the joint effect of Walker circulation,Ekman drift and negative SSTA in the tropical central-eastern Pacific.     

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。     

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。      

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。     

AIR-SEA COUPLING FEATURES FROM THE WARM PHASE TO THE COLD PHASE OF ENSO CYCLES IN THE SEVENTIES TO THE EIGHTIES

Using the sea surface temperature and wind anomalies(SSTA and SSWA for short)of thetropical Pacific from January 1970 to December 1989,main spatial patterns of tropical PacificSSTA and SSWA coupling features in the transform course from the warm phase to the cold phaseof El Nino-southern Oscillation(ENSO)cycles are discussed.The main conclusions are as follows:(1)air-sea coupling patterns at the mature stage of ElNino(La Nina)are main spatial ones of tropical Pacific SSWA and SSTA coupling:(2)at themature stage of El Nino,the interaction of the anticyclonic anomaly wind,generated by the forcingof distinct meridional SSTA gradient in the Northern Hemisphere tropical central Pacific.with theCalifornia cold current and SSTA is mainly responsible for weakening of El Nino;(3)the secondsea temperature increase along the South American coast in the decaying course of El Nino resultsfrom the eastward movement of the weakened positive SSTA in the tropical central-eastern Pacificforced by anomalous west wind stress:(4)La Nina results from the joint effect of Walkercirculation,Ekman drift and negative SSTA in the tropical central-eastern Pacific.