黑潮SSTA与赤道太平洋风场及ENSO关系初探

利用NCEP/NCAR的1950—1998年海表温度场和1958—1997年海表风场再分析资料,采用相关、合成等分析方法,研究了黑潮区域SSTA(sea surface temperature anomaly)与太平洋风场的关系。结果表明:从SSTA滞后风场3月起,与其关系密切的经向风关键区位于赤道西太平洋(140~160°E,5°S~5°N),纬向风关键区位于赤道中太平洋(160°E~150°W,5°S~5°N),两者对SSTA的影响均可持续6月左右;纬向风关键区的强度和范围均大于经向风。进一步研究表明,黑潮SS-TA与ENSO事件有着密切的联系:E l N ino(La N ina)事件当年11月—次年12月期间黑潮海温多为正(负)异常。     

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响Ⅰ--观测分析

采用旋转经验正交函数（REOF）方法对1901～2000年中国东部43个站夏季降水资料进行分析,得到：华南、西南地区和长江中下游地区及华北北部、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常三个最主要的区域,对三个主要模态对应的时间系数序列与太平洋SSTA作相关分析,结果表明影响东部夏季降水的关键海区是：前期冬季西北太平洋黑潮海区、前期春季赤道中东太平洋和同期北太平洋中纬中太平洋海区;并对关键海区SSTA与东部120个站夏季降水作SVD分析,进一步证实：这三个关键海区SSTA与东部夏季降水有显著的耦合相关关系。另外,对三个主要降水异常区的夏季降水异常的极端年份500hPa高度场进行合成分析,其结果为数值模拟分析提供依据。     

Meridional Wind Stress Anomalies over Tropical Pacific and the Onset of El Nino. Part Ⅰ: Data Analysis

对热带太平洋海表经向风应力异常与EI Nino事件之间的关系进行了诊断分析。结果表明，超前的经向风应力距平场与NINO3区(150°-90°W，5°S-5°N)的海面温度异常(SSTA)有显著的超前相关，这种相关性在超前6个月甚至更早一些就有显示。利用奇异值分解方法分析超前的经向风应力距平场与太平洋海表温度异常场之间的耦合模，结果表明对应于赤道中东太平洋的海面温度异常升高，大气风应力场在超前6个月甚至更早的时候，在赤道中东太平洋表现为辐合的经向异常风应力场，即赤道以北为北风异常应力，赤道以南为南风异常应力。这种耦合模的时间系数与NINO3 SSTA指数所表示的El Nino事件有很好的对应关系，表明这种耦合模反映的正是超前的经向风应力异常与El Nino事件所对应的海表温度异常之间的相关模态。通过与热带西太平洋纬向风应力异常的比较，赤道中东太平洋辐合的经向风应力异常与El Nino事件发生的同样具有重要的联系。     

El Nino事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用 II.模式结果分析

为了分析ElNio事件发生和消亡中热带太平洋纬向风应力的动力作用，建立一个类似于Zebiak的简单热带海洋数值模式，在观测到的风应力异常的强迫下，模拟赤道太平洋地区1971年1月至1998年8月海表温度异常的变化。结果表明，模式对观测的Nio3区海表温度异常(SSTA)有很好的模拟能力。模拟和观测Nio3区SSTA之间的相关系数可达0.90。模式对ElNio事件期间赤道太平洋海表温度异常随时间变化也有较好的模拟能力。为了分析ElNio期间SSTA的空间分布及其随时间变化的动力学机制，还对19861989年ENSO循环期间赤道太平洋地区观测的SSTA的传播特征及其形成机制进行了分析。模式较好地模拟出了观测到的赤道太平洋地区SSTA的传播特征，即从1986年底至1987年4月，SSTA具有向东传播的特征，从1987年6月至1988年2月具有向西传播的特征。动力学分析的结果表明，赤道中西太平洋地区的纬向风应力异常对ElNio事件的发生和消亡具有重要作用。赤道中西太平洋地区的西风异常可强迫出东传的Kelvin波，这个东传的Kelvin波对正SSTA的东传起主要作用，当这个东传的Kelvin波到达东边界，由于东边界的反射作用，在东边界产生西传的Rossby波，这个西传的Rossby波对赤道中东太平洋地区正SSTA的西传起主要作用。东传Kelvin波和反射的Rossby波对ElNio期间赤道东太平洋正SSTA二次峰值的形成具有重要作用。     

青藏高原冬季大气冷源在海地气相互作用4年振荡中的作用

采用相关分析、合成分析及奇异值分解方法,讨论了冬季青藏高原东部大气冷源的年际变化及其与大气/海洋环流之间的关系。分析结果表明：冬季青藏高原东部异常强(弱)冷源可以使随后我国东部维持异常偏北(南)风,并诱生出赤道太平洋地区大范围的异常偏西(东)风,从而可以促使下一个冬季赤道中东太平洋的海表温度异常偏暖(冷)。而冬季赤道中东太平洋海表温度的异常变化,可以通过次年夏季西太平洋副热带高压的变化来影响下一个冬季青藏高原东部的积雪深度和大气冷源强度。     

东亚冬季风对秋、冬季SSTA响应的数值试验

利用NCAR CCM2模式，通过设计多组数值试验方案，研究了东亚冬季风对赤道中东太平洋、中纬度太平洋秋、冬季SSTA的响应。模拟结果表明，东亚冬季风对秋、冬季太平洋SSTA均存在一定的响应，但冬季风对SSTA的响应存在显著的季节和海域差异，并表现出不同的异常响应形态。东亚冬季风对秋季SSTA的显著响应区域位于中纬度太平洋地区，该区域的SST的持续异常，可以引起欧亚、北美地区冬季大气环流的异常，并伴随有明显的EU型和PNA型波列特征，秋季中纬度太平洋SST持续异常偏冷（暖），能够引起有利于强（弱）东亚冬季风的环流异常。而冬季风对冬季SSTA的响应则为赤道中东太平洋和中纬度太平洋SSTA共同作用的结果，在两个区域SSTA的同时强迫下，大气环流表现出类似PNA及WP型波列分布的异常响应特征，赤道中东太平洋的正（负）的SSTA及中纬度太平洋负（正）的SSTA，将导致弱（强）冬季风的发生。     

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。     

冬季海温异常影响北太平洋东部型风暴轴的数值试验

最强中心出现在160°W以东地区的北太平洋风暴轴定义为东部型风暴轴,针对这种短期气候异常现象,利用大气环流模式CAM 3.0对其可能的外部强迫机制进行探究,主要关注赤道中东部和黑潮海区正、负海温异常的影响。结果表明:赤道海区负海温异常对风暴轴东部型的出现有重要意义,当该海区海温为负(正)异常且黑潮海区海温正(负)异常时,风暴轴表现为东(西)部型。风暴轴在中、东太平洋地区低层斜压性的增强,是太平洋风暴轴中、东端天气尺度涡动活动增强的主要原因。当出现东部型时,北太平洋东部区域急流强度增强,涡动斜压增长偏强,涡动的热量和动量输送加强,风暴轴和急流的反馈也加强;反之亦然。冬季赤道海区引起的大气响应范围较广,而黑潮海区的影响较为局地,尤其是黑潮海区的负异常主要影响风暴轴入口区域,表现为关于海温异常强迫的符号非对称性。     

夏季青藏高原气温与冬季北太平洋海温的异常特征及其相关分析

利用青海、 西藏59个测站1971-2004年夏季（6~8月）的月平均气温和北太平洋(10°S~50°N、 120°E~80°W)1970-2003年的冬季（上年12月~次年2月）平均海表温度, 通过EOF、 REOF、 SVD等方法, 对青藏高原地区夏季气温和前期冬季北太平洋海温的异常特性以及两者之间的空间遥相关特征进行了研究, 并对北太平洋冬季海温及青藏高原夏季气温的年代际空间特征进行了分析。结果表明, 北太平洋冬季海温的异常分布型有： （1）赤道中东太平洋与西北太平洋海温相反分布型, （2）副热带北太平洋海温东西反相分布型, （3）北太平洋海温南北反相分布型, （4）北太平洋海温东西一致分布型。其中赤道中东太平洋与西北太平洋海温反相变化是冬季北太平洋SSTA的主要空间分布特征。进一步分析表明, 北太平洋冬季海温可分为6个气候区： 赤道中东太平洋区、 加利福尼亚海流区、 黑潮区、 亲潮区、 阿拉斯加海流区和中太平洋区。青藏高原地区夏季气温的异常分布型主要为（1）全区一致的偏高（低）型, （2）南北相反分布型, （3）周边地区与腹地相反分布型。青藏高原夏季气温可分为4个主要气候区： 东北部区、 西藏东南部区、 中部区和南部边缘区。冬季赤道中东太平洋SSTA 与次年夏季青藏高原地区区域性温度异常之间有较为明显的负相关关系, 这种关系在两者的其它空间关系中是第一位的。     

热带太平洋经向风应力异常与ElNio的发生──(Ⅰ)资料诊断(英文)

对热带太平洋海表经向风应力异常与 Ｅ１ Ｎｉ　ｏ事件之间的关系进行了诊断分析。结果表明，超前的经向风应力距平场与ＮＩＮＯ３区（１５°－９０°Ｗ，５°Ｓ－５°Ｎ）的海面温度异常（ＳＳＴＡ）有显著的超前相关，这种相关性在超前６个月甚至更早一些就有显示。利用奇异值分解方法分析超前的经向风应力距平场与太平洋海表温度异常场之间的耦合模，结果表明对应于赤道中东太平洋的海面温度异常升高，大气风应力场在超前６个月甚至更早的时候，在赤道中东太平洋表现为辐合的经向异常风应力场，即赤道以北为北风异常应力，赤道以南为南风异常应力。这种耦合模的时间系数与 ＮＩＮＯ３ ＳＳＴＡ指数所表示的 ＥＩｉｏ事件有很好的对应关系，表明这种耦合模反映的正是超前的经向风应力异常与 Ｅｌ ＮｉＢ　ｏ事件所对应的海表温度异常之间的相关核态。通过与热带西太平洋纬向风应力异常的比较，赤道中东太平洋辐合的经向风应力异常与ＥｌＮｉｆｉｏ事件发生的同样具有重要的联系。     

春季北大西洋三极型海温异常变化及其与NAO和ENSO的联系

利用1951—2016年HadISST逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,NCEP/NCAR再分析资料以及1958—2016年美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)提供的OAFlux数据集,运用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和偏相关分析等统计方法,研究了春季北大西洋海温异常的主要特征及其与春季NAO和前期冬季ENSO联系。结果表明:春季北大西洋海温异常EOF的第一模态是自北而南出现的三极结构的海温距平型,其方差贡献率为35.7%。春季北大西洋三极型海温异常的形成主要受到春季NAO主导作用,还受到前期冬季热带中东太平洋海温异常的影响。消除前期冬季Niňo3.4的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数的偏相关系数分别为0.50,通过了99%置信度水平的显著性检验。消除春季NAO的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与前期冬季Niňo3.4指数的偏相关系数为-0.26,通过了95%信度水平的显著性检验。春季NAO正(负)位相引起的海表风场和海表湍流热通量的异常,进而激发出正(负)位相的北大西洋三极型海温异常。前期冬季ENSO事件可以引起春季大气环流异常和热带外海温异常,进而调制春季NAO对北大西洋三极型海温异常的影响。     

秋季黑潮海温与东亚冬季风的相关联系

分析了秋季黑潮区域海表温度异常与东亚冬季风以及我国冬季气候的关系。结果表明：秋季黑潮区域海温与东亚冬季风指数有明显的正相关关系。当秋季黑潮区域海温偏高时，当年的东亚冬季风指数也偏高，即东亚冬季风偏强；反之，则当秋季黑潮区域海温偏低时，当年的东亚冬季风指数也偏低，即东亚冬季风偏弱；秋季黑潮海温升高，我国东北和华北地区气温上升，其他地区冬季气温降低，华南地区降温幅度最大。江淮流域及华南地区降水量明显减少。     

Does sea surface temperature outside the tropical Pacific contribute to enhanced ENSO predictability?

In this paper we seek to identify inter-annual sea surface temperature anomalies (SSTA) patterns outside the tropical Pacific that may influence El Niño/Southern Oscillation (ENSO) through atmospheric teleconnections. We assume that a linear ENSO hindcast based on tropical Pacific warm water volume and Niño3.4 SSTA indices captures tropical Pacific intrinsic predictability inherent to recharge oscillator dynamics. This simple hindcast model displays statistically significant skill at the 95 % confidence level at leads of up to seven seasons ahead of the ENSO peak. Our results reveal that ENSO-independent equatorial wind stress anomalies only significantly improve the skill of that linear hindcast at the 95 % level in boreal spring and summer before the ENSO peak and in boreal fall, five seasons ahead of the ENSO peak. At those seasons, the robust large-scale SST patterns that provide a statistically significant enhancement of ENSO predictability are related to the Atlantic meridional mode and south Pacific subtropical dipole mode in spring, the Indian Ocean Dipole and the south Atlantic subtropical dipole mode in fall. While the first two regions display significant simultaneous correlations with western equatorial Pacific wind stress in three reanalyses (ERA-I, NCEP and NCEP2), the Indian Ocean Dipole and south Atlantic subtropical dipole mode correlation with Pacific winds is less robust amongst re-analyses. We discuss our results in view of other studies that suggest a remote influence of various regions on ENSO. Although modest, the sensitivity of our results to the dataset and to details of the analysis method illustrates that finding regions that influence ENSO from the statistical analysis of observations is a difficult task.     

季节背景对ENSO循环过程中SSTA增/减幅作用的数值试验研究

利用热带太平洋地区 2层区域海洋模式和再分析资料探讨了大气 /海洋的季节背景对ENSO时间尺度上海温异常的增幅或减幅作用。结果表明 :不论什么季节背景下 ,就海洋变化而言 ,El Nino/La Nina事件均可存在 ,说明 El Nino/La Nina事件的存在和维持并没有季节性选择 ;模式海洋的西太平洋赤道地区次表层海水温度异常变化位相明显超前于东太平洋SSTA且在空间上自西向东传播 ,同时有位相超前的量还包括模式第 1层厚度异常及热容量异常 ,这些对 ENSO的预测和机制研究具有重要意义。 SSTA的振幅在不同的季节背景下可受到不同的调节。以春季为背景 ,同样的异常风应力作用于海洋 ,可使 NINO3区 SSTA较正常季节背景下该区的 SSTA振幅明显增大 ;而在冬季背景下可使 SSTA受到一定程度的减幅 ,这说明 El Nino/L a Nina现象的发生和消亡有季节选择倾向。与春季背景下 NINO 3区SSTA的增幅倾向相反 ,模式第 1层厚度异常的振幅则受到削弱。而西太平洋赤道地区 ,模式海洋混合层的厚度异常则有所增强。这种与 SSTA增 /减幅反相关的现象需要进一步研究     

Interannual variability of the South Pacific Ocean in observations and simulated by the NCEP Climate Forecast System,version 2

The mechanism of the South Pacific Ocean Dipole (SPOD) mode is examined, using a 50-year simulation of the Climate Forecast System, version 2 (CFSv2) and 50-year observation-based ocean–atmosphere analyses (1961–2010). It is shown that the SPOD, a sea surface temperatures (SST) seesaw between the subtropics and extratropics, is the dominant mode of the interannual variability in the South Pacific in both observations and CFSv2 simulation. CFSv2 also reproduces the seasonal phase-locking of the observed SPOD, with the anomaly pattern developing in austral spring, peaking in summer, and decaying in autumn. Composite analyses based on both observational and model data suggest that in the warm phase of SPOD, positive SST anomaly (SSTA) is initiated by weakened westerly winds over the central South Pacific in austral spring, which suppress the surface evaporative heat loss and reduce the oceanic mixed layer depth, both contributing to the SST warming. The wind-SST-mixed layer anomalies then evolve coherently over the next two seasons while the cold SSTA develops to the north. The wind perturbations are in turn a response to El Niño-Southern Oscillation (ENSO), which forces an atmospheric planetary wave train, the Pacific-South American pattern, emanating from an anomalous heat source in the tropical western Pacific. Moreover, SPOD is significantly correlated with the southern annular mode (SAM) while the latter is also significantly correlated with the ENSO index. This suggests that ENSO’s influence on the SPOD may be partially conveyed through SAM.     

前冬印度洋海盆一致模对ENSO衰减期华南春季降水的影响

利用逐月台站观测降水、HadISST1.1海温和ERA5大气再分析资料,研究了前冬印度洋海盆一致模（Indian Ocean Basin,IOB）对华南春季降水（SCSR）与ENSO关系的影响,并分析了IOB通过调控ENSO环流异常进而影响SCSR的可能机制。结果表明:当前冬El Ni?o（La Ni?a）与IOB暖（冷）位相同时发生时,SCSR显著增多（减少）;而当El Ni?o或La Ni?a单独发生而IOB处于中性时,SCSR并无明显多寡倾向。其原因在于,当El Ni?o与IOB暖相位并存时,前冬热带印度洋和赤道中东太平洋均为正海温异常（Sea-Surface Temperature Anomaly,SSTA）,且印度洋SSTA强度可一直维持至春季。在对流层低层,春季赤道中东太平洋的正SSTA激发出异常西北太平洋反气旋（Western North Pacific Anticyclone,WNPAC）。而热带印度洋的正SSTA在副热带印度洋激发出赤道南北反对称环流,赤道以北的东风异常有利于异常WNPAC西伸;赤道以南的西风异常与来自赤道西太平洋的东风异常在东印度洋辐合上升,气流至西北太平洋下沉,形成经向垂直环流,有利于春季WNPAC维持。在对流层高层,印度洋的正SSTA在热带印度洋上空激发出位势高度正异常,随之形成的气压经向梯度加强了东亚高空副热带西风急流,进而在华南上空形成异常辐散环流。WNPAC的西伸和加强可为华南提供充足的水汽,同时高空辐散在华南引发水汽上升运动,共同导致SCSR正异常。而若El Ni?o发生时IOB处于中性状态,El Ni?o相关的SSTA衰减较快,春季WNPAC不显著,SCSR无明显多寡趋势。      

东亚经向型气压异常偶极模与冬季北太平洋关键区域海温的关系及其数值模拟试验

进一步从资料分析和大气环流模式的敏感性试验, 对西北太平洋海温异常与亚太中高纬度地区冬季海平面气压异常经向偶极模的关系及影响进行了研究。资料分析表明, 对应冬季亚太地区海平面气压的经向(ME)型偶极模, 西北太平洋中高纬度海温异常的影响存在两个重要关键区。尤其是(40°N～55°N, 150°E～160°W)海区的海温异常与冬季东亚经向型气压偶极模指数I_ME有明显正相关, (20°N～35°N, 125°E～170°W)海区的海温异常与指数I_ME有明显负相关。而上述两个关键海区的SSTA对经向型振荡模的影响, 主要是通过热通量异常的作用。敏感性模拟试验清楚表明, 西北太平洋关键区的海温异常对亚洲—太平洋地区冬季海平面气压场的经向偶极模有一定影响。区域1(42°N～62°N, 145°E～165°W)的负异常相对于其自身的正异常来说, 对亚太地区海平面气压场的负经向偶极模贡献更大, 而区域2 [(22°N～42°N, 135°E～175°E)和(26°N～42°N, 175°E～170°W)]的正异常相对区域1的负异常来说对负经向偶极模的贡献更大一些。但是, 单独区域1的负异常海温和单独区域2的正异常海温影响下的海平面气压场响应的负经向偶极模都会有不同程度的位置偏移。当存在区域1的负异常海温和区域2的正异常海温相互匹配的情况下, 亚洲—太平洋地区冬季海平面气压场的负经向偶极模特征更为显著。     

A Note on the Role of Meridional Wind Stress Anomalies and Heat Flux in ENSO Simulations

Four comparative experiments and some supplementary experiments were conducted to examine the role of meridional wind stress anomalies and heat flux variability in ENSO simulations by using a high-resolution Ocean General Circulation Model （OGCM）. The results indicate that changes in the direction and magnitude of meridional wind stress anomalies have little influence on ENSO simulations until meridional wind stress anomalies are unrealistically enlarged by a factor of 5.0. However, evidence of an impact on ENSO simulations due to heat flux variability was found. The simulated Nino-3 index without the effect of heat flux anomalies tended to be around 1.0° lower than the observed, as well as the control run, during the peak months of ENSO events.     

东亚夏季大气环流和气候对冬季海温异常的邻响应和遥响应

本文通过ＩＡＰ－ＧＣＭ的数值模拟,研究了全球大气环流对黑潮海域和赤道东太平洋冬季ＳＳＴ异常的响应,并着重比较东亚大气环流和气候对黑潮区ＳＳＴＡ的响应（邻响应）和对赤道东太平洋ＳＳＴＡ的响应（遥响应）。首先,无论是黑潮区ＳＳＴＡ引起的邻响应还是赤道东太平洋ＳＳＴＡ所引起的遥响应对东亚大气环流和气候变化的影响都是明显而重要的。由于在大气中低频振荡被激发出来,其响应将持续较长时间。进一步分析表明,东亚大气环流对黑潮区或赤道东太平洋冬季正ＳＳＴＡ的响应都将造成华北地区夏季的多雨,其数值模拟结果与观测相一致。另外,赤道西太平洋地区大气的异常（尤其是对流活动）对于东亚地区大气环流和气候变化有重要作用