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。      

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。     

热带对流季内振荡强度异常特征及其与海表温度的关系

利用外逸长波辐射 (outgoing longwave radiation, OLR) 资料分析了热带对流季内振荡 (ISO) 强度的季节变化及年际异常特征, 重点研究其与海表温度的关系。结果表明:最强的OLR季内振荡主要位于高海表温度 (SST) 区, 即热带印度洋和热带西太平洋区域, 终年存在, 冬、春季最强, 振荡中心偏于夏半球。OLR季内振荡强度年际异常显著区域是热带中东太平洋区域、西北太平洋区域和西南太平洋区域, 它与SST年际异常存在局地正相关关系, 伴随环流的辐合辐散, 并与ENSO事件关系密切。另外, El Ni?o事件发生之前, 热带印度洋和热带西太平区域OLR季内振荡增强, 其中心随事件的发展逐渐东移, 事件发生后这两个区域ISO减弱, 这与OLR季内振荡强度年际异常显著的区域具有内在连贯性。海表温度是决定OLR季内振荡强度季节变化、年际异常的一个关键因子。     

利用卫星云图变分同化初始场对热带气旋路径影响的数值试验

通过奇异值分解方法研究了热带太平洋对流活动(OLR)和海温SST的相互关系。结果表明，两场间具有高度的相关性。赤道中、东太平洋和赤道西太平洋上存在类似偶极子型的两个符号相反的显著相关区。ENSO期间，两区对流活动变化趋势相反，由两者之差建立对流涛动指数COI(Convective activities oscillation index)。并以1997／1998年暖事件和1998／2000年冷事件为例分析了COI在ENSO监测中的作用。分析表明，COI能够较好地反映海气相互作用信息，同其他指数相比，具有一定的优越性，是一个较为完善的ENSO监测指标。     

热带海温变化与高原季风发展

利用NOAA长波辐射OLR，NCEP/NCAR再分析格点资料，探讨了热带太平洋、印度洋海温等环境场变化与高原季风发展的联系。揭示了春季孟加拉湾和南海以及西太平洋暖池附近海表增温、赤道东太平洋降温有利于高原夏季风发展。分析了高原季风强弱年同期和前期SST场、风场和OLR场演变特征。结果表明，高原季风强弱年热带环境场存在明显差异。高原夏季风发展时SSTA从春季到夏季, 孟加拉湾经南海到西太平洋SST呈正距平, 赤道中东太平洋SST负距平发展, 表现为La Ni?a特征。反之，高原夏季风减弱时SSTA在孟加拉湾和南海地区SST呈负距平，东南太平洋SST正距平发展。表现为El Ni?o特征。     

厄尼诺现象对热带大气环流影响的研究

应用NMC 17年热带格点风及OLR资料，对比分析了厄尼诺年与反厄尼诺年热带环流的差异，发现厄尼诺现象使多年平均位于西太平洋上的最强盛的对流加热区东移到中太平洋，太平洋热带地区东西向对流加热梯度减弱，造成中东太平洋上的Walker环流及西太平洋与印度洋上的反Walker环流场比常年减弱；同时，厄尼诺现象也使中东太平洋地区经向反Hadley环流及美洲大陆上空的Hadley环流减弱。     

热带太平洋次表层海温异常年代际变率及其对中国气候异常的影响

利用近50年月平均的SODA海洋同化资料和NCEP大气再分析资料,研究了热带太平洋次表层海温异常(SOTA)年代际变率主要分布型以及与之相关的亚洲-北太平洋-北美地区上空异常大气环流场,并揭示了类ENSO模态与中国气候异常之间的联系.得到主要结果:(1)热带太平洋SOTA年代际变率有两种类ENSO模态.第一模为类ENSO事件成熟期热带太平洋年代际SOTA状态;第二模为类ENSO过渡期热带太平洋年代际SOTA状态.二者组合构成类ENSO事件40年左右及其背景下13年左右的周期振荡.(2)类ENSO事件对亚洲-北太平洋-北美上空中高纬和副热带大气系统年代际变化具有重要影响.类El Ni(n)o成熟期间冬季,中高纬地区大气环流经向型发展,贝加尔湖高压脊加强,西太平洋副高偏强、位置偏西,蒙古高原为较强的异常反气旋环流.类El Ni(n)o衰退期(类La Ni(n)a发展期)夏季,贝加尔湖低压槽加深,乌拉尔山高压脊加强,西太平洋副高偏弱,新疆-河套地区为较强的异常反气旋环流距平.类La Ni(n)a事件时相反.(3)热带太平洋类ENSO事件通过影响中高纬和副热带大气系统,造成中国北部地区上空南风距平的年代际变化,进而导致东亚季风和中国气候异常.类El Ni(n)o事件成熟期,中国北部地区上空多异常偏北风,东亚季风弱,华北少雨,长江中、下游多雨;类El Ni(n)o衰退(类La Ni(n)a发展)期,中国北部地区上空亦为异常偏北气流,东亚季风较弱,华北少雨.中国气候异常型主要取决于类ENSO第一模态,而第二模态主要视位相异同来加强或减弱第一模态.两个类ENSO模态的共同作用导致1978年前后中国气候跃变和华北地区持续20余年的干旱.近期类ENSO模的振荡从1998年左右开始转为类La Ni(n)a模态,大致在2018年左右结束.在此期间,华北降水有望增加,长江中、下游降水可能减少.     

北半球冬季南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA全球海温重建资料及CPC的ENSO指数和CMAP降水资料,从南北半球环流协同变化的角度,利用SVD(Singular Value Decomposition)方法揭示了南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系。结果表明:存在南北半球的同时变化模态(BHCM),其可由海平面气压场(SLP)的SVD分析的第一模态(SVD1)表示。BHCM可解释南北半球SLP总协方差的57.36%,且其存在显著的3～5年变化周期及长期趋势。SVD1揭示的长期趋势显示出海表气压异常在赤道中东太平洋升高而在西太平洋及热带印度洋地区下降,利于1998年后异常东风加强,不利于El Ni?o事件的频繁发生。BHCM的空间分布在热带地区关于赤道大致对称,而在北半球中纬度纬向扰动非常明显,在南半球则与AAO密切相关。在年际时间尺度上,此模态与ENSO存在紧密联系。赤道海温异常可强迫南北半球大气作出响应,反过来,南北半球环流的共同变化亦可能对El Ni?o/La Ni?a事件产生影响。北半球冬季时,与BHCM相关的全球降水和气温存在显著异常,当BHCM处于正位相,中国东部及东亚其他区域降水偏少、气温偏低。这些结果有助于人们进一步加深对南北半球环流相互作用变化规律和机理的认识。      

热带OLR场的遥相关结构及其与EL-Nino事件的联系

利用NOAA最近九年岁的平均OLR场资料,分析了热带OLR场年际变化中的遥相关结构。结果得到三对主要的负遥相关联系:(1)热带东太平洋(包括中太平洋)～热带西太平洋(包括东印度洋),(2)热带东太平洋(包括中太平洋)～热带南美洲,(3)热带西太平洋(包括东印度洋)～北半球副热带西太平洋。它们均与EL-Nino(反EL-Nino)事件密切相关。其中,热带太平洋东、西部的负遥相关联系是用OLR场显示的南方涛动;西太平洋热带、副热带的负遥相关联系表明,EL-Nino事件对东亚环流和天气存在明显影响。     

中国东部夏季风雨带季内变化各模态的环流及海温特征

本文根据中国气象局国家气候中心提供的中国160站月平均降水量,NCEP/NCAR再分析的850 hPa风场,及NOAA扩展重建的海温场资料,用合成分析和相关分析,研究了1951～2005年间中国夏季风雨带季内变化各模态的西太平洋副高夏季各月活动特点的差异,及其与前期冬季东亚季风和太平洋海温异常的联系,并分析了我国夏季风雨带季内变化各模态与夏季雨型的关系。结果表明,不仅不同模态对应的西太平洋副高自春至夏的两次北跳有明显不同的过程,而且两次北跳还具有相对独立性。第一次北跳主要对6月的雨带特征有重要影响,第二次北跳对7、8两月的雨带分布有决定性意义。太平洋海温异常对我国夏季风雨带季内变化的影响是多态的,在不同季风—ENSO循环的位相有不同的表现。第一模态主要出现在El Ni?o减弱位相,第二模态在La Ni?a发展位相,第三模态在El Ni?o发展位相,第四模态在La Ni?a减弱位相,第五模态ENSO的信号较弱,第六模态在La Ni?a持续位相。此外,不同海洋关键区的海温异常对我国雨带季内变化也有不同的调控作用。黑潮区的海温与6月的雨带活动关系密切,而赤道东太平洋的ENSO循环对7、8两月的雨带有重要影响。对我国夏季风雨带季内变化模态与夏季雨型关系的分析则表明,它们之间存在某些联系,但这并不意味着可以相互取代。     

Potential Predictability of Sea Surface Temperature in a Coupled Ocean--Atmosphere GCM

Using the Flexible Global Ocean--Atmosphere--Land System model (FGOALS) version g1.11, a group of seasonal hindcasting experiments were carried out. In order to investigate the potential predictability of sea surface temperature (SST), singular value decomposition (SVD) analyses were applied to extract dominant coupled modes between observed and predicated SST from the hindcasting experiments in this study. The fields discussed are sea surface temperature anomalies over the tropical Pacific basin (20^oS--20^oN, 120^oE--80^oW), respectively starting in four seasons from 1982 to 2005. On the basis of SVD analysis, the simulated pattern was replaced with the corresponding observed pattern to reconstruct SST anomaly fields to improve the ability of the simulation. The predictive skill, anomaly correlation coefficients (ACC), after systematic error correction using the first five modes was regarded as potential predictability. Results showed that: 1) the statistical postprocessing approach was effective for systematic error correction; 2) model error sources mainly arose from mode 2 extracted from the SVD analysis---that is, during the transition phase of ENSO, the model encountered the spring predictability barrier; and 3) potential predictability (upper limits of predictability) could be high over most of the tropical Pacific basin, including the tropical western Pacific and an extra 10-degrees region of the mid and eastern Pacific.     

Comparison of Wintertime North American Climate Impacts Associated with Multiple ENSO Indices

This analysis compares the climate impacts over North America during winter associated with various El Niño–Southern Oscillation (ENSO) indices, including the Niño 3.4 index, the leading tropical Pacific outgoing longwave radiation and sea surface temperature (OLR-SST) covariability, and the eastern Pacific (EP) and central Pacific (CP) types of ENSO identified from both partial-regression–empirical orthogonal function (EOF) and regression–EOF approaches. The traditional Niño 3.4 SST index is found to be optimal for monitoring the tropical Pacific OLR-SST covariability and for the tropical SST impact on North America. The circulation anomalies associated with the Niño 3.4 index project on both the Pacific/North American (PNA) and Tropical/Northern Hemisphere (TNH) patterns. The ENSO associated with the PNA tends to come from both the EP and CP ENSOs, whereas that associated with the TNH comes more from the EP ENSO. The variability of ENSO significantly affects North American temperature and precipitation, as well as temperature and precipitation extremes. For either the EP or CP types of ENSO, qualitatively similar patterns of climate and climate extreme anomalies are apparent associated with the indices identified by the two EOF approaches, with differences mainly in the anomalous amplitude. The anomalous patterns are generally field significant over North America for the EP ENSO but not field significant for the CP ENSO.

The circulation anomalies associated with ENSO are reinforced and maintained by synoptic vorticity fluxes in the upper troposphere. The anomalous surface temperature is mainly determined by the anomalies in surface radiative heating in the face of upward surface longwave radiative damping. The precipitation anomalies are supported by the vertically integrated moisture transport. The differences in atmospheric circulation, surface temperature, and precipitation among the various ENSO indices, including the intensity and spatial structure of the fields, can be attributed to the corresponding differences in synoptic eddy vorticity forcing, surface radiative heating, and vertically integrated moisture transport.     

ENSO期间赤道太平洋对流活动异常对我国冬季风的影响

利用月平均风场和ＯＬＲ资料,通过ＳＶＤ方法研究了前期６个月,３个月和同期赤道太平洋对流活动异常与我国冬季风场的相互关系,得出：我国冬季环流异常与前期夏季,秋季和同期赤道中太平洋对流活动异常有关,还与同期,前期秋季赤道西太平洋对流活动异常有关,同期的显著区域较大,超前３个月和６个月时显著相关区主要位于长江以南和西北地区,ＥｌＮｉｎｏ年,赤道中太平洋对流活动加强,西太平洋对要位于长江以南和西北地区,Ｅ     

STUDY OF ANOMALOUS SST FIELD IN TROPICAL PACIFIC IN PRECEDING YEARS OF TWO PATTERNS OF ENSO EVENTS

Analyzing the anomalous field of SST over the tropical Pacific for two kinds of ENSO events after 1956. we find that in the preceding year before the eastern pattern of El Nino event there is the La Nina event and large negative anomalies of SST in the tropical central and eastern Pacific; the preceding year before the eastern pattern of La Nina event witnesses the prevalence of the El Nino event and large positive anomalies of SST in the same waters: the preceding year before the central patterns of the El Nino (La Nina) events are generally marked by significant positive (negative) SST anomalies in central/western (eastern) tropical Pacific. The fields are just the opposite for two patterns of ENSO events. For waters in the warm pool in the western tropical Pacific, the central (eastern) pattern of El Nino event is with a warm (cool) preceding year of the pool. The warmer conditions in the western Pacific warm pool are a necessity for the occurrence of the central pattern of El Nino event.     

Exploring the impacts of the tropical Pacific SST on the precipitation patterns over South America during ENSO periods

Summary Previous studies on precipitation over South America that strongly support the existence of links between precipitation and SST anomalies in the Pacific Ocean have identified specific regions where the ENSO signal is particularly stronger. Northeast of Brazil and some parts of southern South America are examples of these regions. However, the same attention was not taken to identify which regions in the Central and East Pacific ocean are better correlated with the South America precipitation during extreme ENSO events, and also which are the transition regions of the precipitation signal over South America during these events. Coincident periods of ENSO events for both SST over the tropical Pacific ocean and monthly precipitation sums from many observational stations over South America were selected and analyzed. Two statistical methods were used for the data analysis: Singular Value Decomposition (SVD) and Simple Linear Correlation (SLC). The SVD results for warmer events in the Pacific corroborate previous ones and also clearly identified a transition region between the drier conditions in the Northeast of Brazil and the wetter conditions in the Southeast/South of Brazil. Transition regions were also determined over Peru and central Amazon. The SLC results indicated that the SST anomalies in the tropical east Pacific ocean has the strongest influence in the South American precipitation during El Ni?o events. During La Ni?a events the central area of the Pacific, around 180°, has shown a more significant influence. Received August 10, 2000 Revised August 22, 2001     

西太平洋暖池对流三类显著月际变化及其成因

基于1979～2018年观测的向外长波辐射（outgoing longwave radiation, OLR）资料和其他多种再分析资料,发现西太平洋暖池对流存在3类显著的月际变化。第一类为OLR在6月和8月为负异常而7月为正异常;第二类与第一类完全相反;第三类为OLR在6～7月为正异常,8月为负异常。3类月际变化与ENSO循环的背景有关,前两类发生在较弱的La Ni?a年和El Ni?o发展年,与春季暖池海温异常有关。当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,因此暖池地区局地海气相互作用在这两类月际变化中起到关键作用。与前两类不同的是,第三类月际变化发生在El Ni?o衰减年,与春季热带印度洋海温偏高有关。热带印度洋海温偏高造成印度附近对流在6～7月间增强,通过东传Kelvin波抑制了暖池对流发展。同时,印度附近对流偏强造成8月印度洋海温降低和对流减弱,对暖池对流的影响因而减弱。另一方面,6～7月暖池对流偏弱造成8月暖池海温升高,结果造成暖池对流增强。因此,第三类月际变化受到热带印度洋强迫以及暖池地区局地海气相互作用的共同影响。