热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是：全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.     

海南气象助力"21世纪海上丝绸之路"建设

正2013年10月,习近平总书记访问东盟时提出了建设"21世纪海上丝绸之路"的宏伟构想,南海正是"21世纪海上丝绸之路"最重要的一段,海南省处于其要冲位置,具有极其重要的经济和军事地位。且单就气象学本身,南海也是东亚夏季风最早爆发的海域和我国天气系统主要的水汽输送带,那里的大气和海洋耦合系统的演变过程有独特机理,对东亚地区的天气气候具有重要的影响。从习总书记提出这宏伟构想以来,海南省气象局广大气象人员就积极将业务和科研落实到为"海上丝绸之路"服务上来。     

China–Sri Lanka Joint Center for Education and Research for the 21st Century Maritime Silk Road

中国-斯里兰卡联合科教中心成立于2015年8月,为中斯两国间科教合作搭建平台,并在南亚季风爆发核心区域建立海洋大气相关实地观测系统。中心承担每年一度的印度洋科学考察航次,在赤道和北印度洋等海域布设潜标和临时观测站,研究印度洋环流动力构成和相关海洋动力特征。并在斯里兰卡布设了多种探测季风和近岸海洋观测仪器,为斯里兰卡提供了多次度和多分辨率的"斯里兰卡周边区域海气数值预报系统"。中-斯中心在2015年和2016年连续举办两届中-斯联合季风气候和海洋环境研讨会,会议促进了两国间的海洋大气科学研究的交流。在联合硕士计划备忘录的签订后,2015年15名硕士研究生新生被中国科学院大学录取。     

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。     

印度洋海气热通量交换研究

基于综合海洋大气资料集(COADS)资料的研究表明,热带印度洋的海气热通量交换具有明显的区域性特征,在部分海域,如冬季热带印度洋的中东部、夏季的热带西印度洋和北印度洋,它主要表现为海洋对大气的强迫.海洋对大气的这种强迫,主要是通过潜热加热实现的.与潜热加热相比,感热加热尽管是一个小量,但感热异常与表层海温的显著相关,较之潜热明显超前.无论冬季还是夏季,热带印度洋都存在大面积海域,其SST变化难以通过海气热通量交换来解释.     

川渝地区雨季降水特征及海温背景场分析

利用川渝地区34测站1960~2010年共51年逐日降水量资料和同期逐月海表温度(SST)再分析资料,采用点相关、合成分析等现代气候诊断分析方法,研究了川渝地区雨季降水特征及海温背景场特征。结果表明:(1)川渝地区多年平均逐候降水量呈单峰型,川渝地区雨季确定为5~10月。(2)川渝地区雨季降水量时空分布不均,雨季降水量高值中心出现在雅安、乐山一线。(3)点相关分析表明,与川渝地区雨季降水量变化呈显著负相关的关键海区分别是:赤道东太平洋海域、北太平洋、赤道印度洋海域、南印度洋海域、北大西洋海域和赤道东大西洋海域,且通过信度0.1的显著性检验,合成分析的结果与点相关分析相吻合。     

Observational bifurcation of Wyrtki Jets and its influence on the salinity balance in the eastern Indian Ocean

使用2014年印度洋春季航次布放的GPS漂流浮标阵列观测到了Wyrtki急流分叉现象,并研究了Wyrtki急流及分叉对东印度洋盐度平衡的影响,研究指出Wytki急流分叉经度位置是由赤道上压力梯度和风应力的平衡决定的。使用Argo混合层盐度数据以及OSCAR海流数据进行盐度收支分析显示,Wytki急流和Wyrtki急流的分叉对东印度洋盐度分配有着重要的影响,Wyrtki急流东向输送西印度洋高盐水,Wyrtki分叉输送赤道高盐水分别到达苏门答腊-爪哇沿岸和孟加拉湾,抑制那里的海水淡化。     

海洋与干旱

在1998～2002年期间,发生在美国、欧洲南部以及亚洲西南部的干旱事件,都与海洋的影响有关。在此期问．热带东太平洋海表温度(SSTs)明显持续偏冷,而热带西太平洋及印度洋SSTs明显持续偏暖。气候模式表明由这些不同海域海温强迫的气候响应是相互作用的．对于中纬度地区广泛分布的、同步持续干旱．每一个海域都有所贡献。印度洋和西太平洋的增温是少见的．且这种增沮与温室气体的强迫一致。本文也对未来的干旱趋势提出了一些看法。     

国内外海洋气象组织及其现状简介

<正>自1861年2月英国开始通过电报通信对海运提供预警服务,从1911年开始英国气象局通过无线电通信发布英国周边海域的海洋气象预报,包括大浪和风暴警报。该项服务延续至今,仅在一战和二战期间有过间断。海洋气象学是研究海上大气物理特征和动力特征,以及海洋与大气相互作用规律的学科。由于海洋气象学既涉及大气又涉及海洋,因此它是大气科学和     

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.     

Vertical Structure of Interannual Variability in Cross-Equatorial Flows over the Maritime Continent and Indian Ocean in Boreal Summer

This study investigates the vertical structure of variability in the cross-equatorial flows(CEFs) over the Maritime Continent and Indian Ocean in boreal summer, based on three reanalysis datasets: ERA-Interim, JRA-55 and NCEP-2. The results show a high consistency in the interannual variability among the reanalysis datasets, especially between ERAInterim and JRA-55, while great uncertainty exists in the decadal or long-term changes of CEFs. Further analyses on the interannual variability in CEFs indicate that there is a significant negative relationship between the upper-and lower-level CEFs over the Maritime Continent—that is, the northerlies at the upper level and southerlies at the lower level are both enhanced or weakened. This seesaw pattern is also significantly related to the CEFs over the Indian Ocean at the upper level and lower level(i.e., the Somali jet). This close relationship between the upper-and lower-level CEFs and between the Maritime Continent and Indian Ocean is manifested as the leading mode of equatorial meridional winds in the vertical-zonal section over the Maritime Continent and Indian Ocean. Finally, it is found that ENSO is closely related to the vertical leading mode, and to all the CEFs at the upper and lower levels over the Maritime Continent and Indian Ocean.     

印度洋海温异常年际变率模态对中国东部地区夏季降水影响机制的数值试验

利用ECHAM5全球大气环流模式研究了印度洋海温异常年际变率模态从冬至夏的演变对我国东部地区夏季降水影响的机制。观测资料研究表明:对于正的印度洋海温异常年际变率模态,春、夏季热带印度洋和澳大利亚以西洋面(东极子)均为水汽的异常源区,向马达加斯加以东南洋面(西极子)及印度洋邻近大陆提供水汽。夏季,印度洋地区南极涛动、马斯克林高压加强;而印度季风低压和南亚高压均减弱,对应于印度夏季风减弱。夏季印度洋地区正压性的纬向风异常经向遥相关使热带印度洋地区出现西风异常,导致海洋性大陆地区对流活动减弱,而菲律宾海地区对流活动加强,进而导致西太平洋副热带高压偏弱、位置偏东北。对于负的印度洋海温异常年际变率模态,则反之。模式结果基本支持了已有的观测资料诊断结果。     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

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。     

The Summer Snow Cover Anomaly over the Tibetan Plateau and Its Association with Simultaneous Precipitation over the Mei-yu–Baiu region

The summer snow anomalies over the Tibetan Plateau （TP） and their effects on climate variability are often overlooked,possibly due to the fact that some datasets cannot properly capture summer snow cover over high terrain.The satellite-derived Equal-Area Scalable Earth grid （EASE-grid） dataset shows that snow still exists in summer in the western part and along the southem flank of the TP.Analysis demonstrates that the summer snow cover area proportion （SCAP） over the TP has a significant positive correlation with simultaneous precipitation over the mei-yu-baiu （MB） region on the interannual time scale.The close relationship between the summer SCAP and summer precipitation over the MB region could not be simply considered as a simultaneous response to the Silk Road pattern and the SST anomalies in the tropical Indian Ocean and tropical central-eastern Pacific.The SCAP anomaly has an independent effect and may directly modulate the land surface heating and,consequently,vertical motion over the western TP,and concurrently induce anomalous vertical motion over the North Indian Ocean via a meridional vertical circulation.Through a zonal vertical circulation over the tropics and a Kelvin wave-type response,anomalous vertical motion over the North Indian Ocean may result in an anomalous high over the western North Pacific and modulate the convective activity in the western Pacific warm pool,which stimulates the East Asia-Pacific （EAP） pattern and eventually affects summer precipitation over the MB region.     

北印度洋-南海季风区热带海洋极端波候变化特征

利用1979—2016年ERA-Interim有效波高（SWH）和海表风场数据,分析了南海-北印度洋极端海浪场分布和变化.结果表明：南海-北印度洋极端SWH分布和极端风速分布形态以及年际变化趋势高度一致,说明了涌浪为主的北印度洋和风浪为主的南海一样,极端SWH都由局地的极端风速控制;强极端SWH主要分布在阿拉伯海以及南海北部,阿拉伯海北部增长与该区域气旋强度增强有着密切关系,而南海的极端SWH主要受东北季风控制;东非沿岸极端SWH线性增长趋势则与索马里急流的年代际尺度上有逐渐增强的线性趋势有关.北印度洋及南海海域极端SWH距平场的EOF分析结果表明,南海极端SWH与北印度洋表现出反相变化的特征.北印度洋（南海海域）极端SWH多出现在西南季风（东北季风）期间,因为在西南季风（东北季风）期间,极端风速也相对增强.     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

西南地区东部夏季旱涝的水汽输送特征

利用1959-2006年两南地区东部20个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了西南地区东部夏季旱涝年的水汽输送特征.结果表明,西南地区东部水汽来源主要有两个:第1条主要来自青藏高原转向孟加拉湾经缅甸和云南进入西南地区东部,第2条水汽经由孟加拉湾南部,强大的水汽输送带继续向东输送至中南半岛及南海,与南海越赤道气流所携带的水汽汇合后转向至西南地区东部,而由四太平洋副热带高压西侧转向的偏南水汽对向西南地区东部水汽输送也有影响.与西南地区东部夏季降水相联系的水汽通道中,印度洋水汽通道强度最强,太平洋水汽通道强度最弱.在印度季风区,偏北的高原南侧水汽通道(经向)强度远小于偏南的印度洋水汽通道.东亚季风区夏季水汽输送经向输送大于纬向输送,而印度季风区夏季水汽输送则是纬向输送大于经向输送.西南地区东部夏季降水与纬向通道的强度变化关系密切,而与经向通道的水汽输送强度变化关系不明显.当印度季风区南支水汽输送偏弱时,印度季风区北支(高原南侧)和东亚季风区向西的水汽输送偏强,使得以纬向输送为主的印度季风区经向水汽输送加大,而以经向输送为主的东亚季风区纬向水汽输送加大,从而使东亚地区的水汽输送带偏西,西南地区东部夏季降水偏多,可能出现洪涝,反之则可能出现干旱.西南地区东部夏季水汽有弱的净流出,是一个弱的水汽源区,南边界流入水汽量最多,干旱年整个区域水汽流出较常年明显,而洪涝年则有弱的净流入.夏季水汽通道水汽输送强弱变化与同期500 hPa高度场和SST场的分布形势密切相关.     

夏季印度洋海盆模与MC区域降水异常联系的进一步分析

利用英国哈德莱中心的逐月海表温度资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料等,通过在印度洋海盆模IOBM指数(IIOB)中扣除长期趋势和两类ENSO的同期信号后,得到了修正的IOBM指数(Im IOB),并由此分析了IOBM的变化及与海洋性大陆区域降水异常的联系。结果表明:印度洋IOBM为暖位相时,不同季节的印度洋地区均呈现异常偏暖,但大气是上升还是下沉运动则在印度洋不同季节和不同区域存在很大变化。就夏季而言,印度洋大部分地区存在上升运动,这与海温异常偏暖有关。在北半球夏季,指数Im IOB存在3~5 a的周期变化。当IOBM处于正位相时,印度洋至我国东海地区大范围海温偏暖。MC(Maritime Continent,海洋性大陆)区域西部降水正异常,而MC区域东北部降水为负异常。造成这种降水分布的原因是:当指数为正时,在MC区域的西部对流层低层辐合、高层辐散,上升运动增强,且水汽辐合,而MC区域的东北部对流层低层辐散、高层辐合,上升运动不明显,水汽辐散,不易形成降水。而在对流层低层与西太平洋辐散中心对应,南北半球出现关于赤道对称的反气旋对,赤道印度洋上的异常加热激发东传的Kelvin波,加强东风异常,同时加强了KMC(海洋性大陆的核心区域)之外南北半球热带地区的这对Rossby波型。以上这些结果有利于深刻理解MC降水异常成因及热带海陆气相互作用过程。