中国近海海表温度对气候变暖及暂缓的显著响应

基于多套全球海温再分析数据和2种线性趋势分析方法,评估了1958-2014年中国近海海表温度（SST）的变化及其对全球气候变化的响应特征,并与全球平均地表温度特别是与若干重要海区的SST做了比较。研究表明：在全球变暖的显著加速期（1980年代和1990年代）,中国近海区域年平均SST表现出更快速的升温特征,其速率达0.60℃/10a,是同期全球平均升温速率的5倍以上;在变暖暂缓期（1998-2014年）,中国近海SST出现显著的下降趋势。研究还表明,中国近海区域SST的年代际变化与太平洋年代际涛动（PDO）的位相转换一致,前者SST的快速上升（下降）期与PDO正（负）位相最大值的时期相对应,PDO可能是通过东亚季风和黑潮影响中国近海SST的年代际变化。     

华南近海近40年的实测SST变化特征

使用实测月平均海表温度（SST）资料序列研究华南近海区域的变化特征,得出：华南近海的月和年平均SST皆以上升趋势为主,年平均SST最近44年的线性增长率为0.12～0.19℃/10年,冬半年的上升幅度普遍高于夏半年。其变率冬半年远大于夏半年,最大为2、3月份,显著的冷暖事件也多发生于冬半年;冬半年东部变率较小,而夏半年则以东部较大。运用小波多分辨分析方法进行周期特征分析,华南近海各站SST的各尺度的分量序列十分相近,其中低频分量显示华南近海SST始于1970年代中期的上升趋势延续至今,其变化以年内变化为主。华南近海SSTA与Ni？o4指数同期相关很好,与Ni？o3,4区超前4个月时相关最显著。Ni？o各海区SSTA与华南近海SSTA的小波多分辨分析所得平滑成分、2.3～4.6年成分间的相关最为显著,其他年以上尺度的相关也高于SSTA序列间的相关,可见华南近海SST年际以上时间尺度的变化与ENSO变化有密切关系。     

基于MTM-SVD方法的黄河流域夏季降水年际变化及其主要影响因子分析

应用中国气象台站积雪日数资料和NCEP/NCAR再分析资料以及多锥度—奇异值分解方法 (MTM-SVD),分析了近50年来黄河流域夏季降水的时空变化及其影响因子.发现黄河流域夏季降水存在显著的2～3年周期.在准3年周期上黄河流域夏季降水对前冬青藏高原东部积雪日数有很好的响应,当前冬高原积雪日数以正 (负) 异常为主时,接下来的夏季黄河流域降水偏少 (多).这种响应存在年代际变化,在1983年之前最为明显,1983~1993年是个调整时期,1993年以后又开始明显.在准2年周期上黄河流域夏季降水对前冬西太平洋暖池SST有很好的响应,当前冬西太平洋暖池SST偏高 (低) 时,接下来的夏季黄河流域降水表现为东多 (少)西少 (多) 型.这一响应同样存在年代际变化.前冬高原积雪和西太平洋暖池SST是影响黄河流域夏季降水的重要因子.     

年代际气候变化研究

概括的介绍了中国科学家近几年在年代际气候变化方面的研究进展,包括中国气候的年代际变化特征,北大西洋涛动(NAO)和北太平洋涛动(NPO)与中国年代际气候变化的关系,北太平洋海面温度(SST)年代际模及其影响,大气环流系统的年代际变化以及气候突变问题.     

关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.     

近70 a北太平洋夏季SST及其与西太副高变化特征的相关

基于1948—2018年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建海面温度(ERSSTv5)资料集,采用经验正交函数(EOF)分解和交叉小波分析等统计学方法,对北太平洋地区近70 a海表温度(SST)、西太平洋副热带高压(WPSH)的变化特征及其相关性进行分析。第一模态体现了SST显著的年际变化厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象和显著的年代际变化北太平洋年代际振荡(PDO)现象。将WPSH强度距平指数和面积距平指数的均值定义为WPSH综合指数。WPSH综合指数总体呈上升趋势; 1977年之前,WPSH强度逐渐减小且振幅较小; 1977年之后,WPSH强度逐渐增大且振幅强度较大。通过合成分析发现,WPSH异常偏强年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏暖,WPSH异常偏弱年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏冷。将其与NOAA的月气候指标的Ni?o3.4和PDO指数分别进行交叉小波谱分析,得出:北太平洋SST的年际信号、年代际信号均与WPSH的变化有很明显的相关,WPSH强度和太平洋中部SST存在显著的4~5 a的年际正相关,且随着时间的后移,SST的变化超前于WPSH的变化。      

海洋环流对全球增暖趋势的调制：基于FGOALS-s2的数值模拟研究

在工业革命以来全球长期增暖趋势背景下,全球平均表面气温还同时表现出年代际变化特征,二者叠加在一起使得全球平均气温在某些年份增暖相对停滞(如1999～2008年)或者增暖相对较快(如1980～1998年).利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的耦合气候模式FGOALS-s2历史气候和典型路径浓度(RCPs)模拟试验结果研究了可能造成全球增暖的年代际停滞及加速现象的原因,特别是海洋环流对全球变暖趋势的调制作用.该模式模拟的全球平均气温与观测类似,即在长期增暖趋势之上,还叠加了显著的年代际变化.对全球平均能量收支分析表明,模拟的气温年代际变化与大气顶净辐射通量无关,意味着年代际表面气温变化可能与能量在气候系统内部的重新分配有关.通过对全球增暖加速和停滞时期大气和海洋环流变化的合成分析及回归分析,发现全球表面气温与大部分海区海表温度(SST)均表现出几乎一致的变化特征.在增暖停滞时期,SST降低,更多热量进入海洋次表层和深层,使其温度增加;而在增暖加速时期,更多热量停留在表层,使得大部分海区SST显著增加,次表层海水和深海相对冷却.进一步分析表明,热带太平洋表层和次表层海温年代际变化主要是由于副热带—热带经圈环流(STC)的年代际变化所致,然后热带太平洋海温异常可以通过风应力和热通量强迫作用引起印度洋、大西洋海温的年代际变化.在此过程中,海洋环流变化起到了重要作用,例如印度尼西亚贯穿流(ITF)年代际异常对南印度洋次表层海温变化起到关键作用,而大西洋经圈翻转环流(AMOC)则能直接影响到北大西洋深层海温变化.     

北太平洋海温年代际变化与大气环流和气候的异常

对应北太平洋海表温度(SST)年代际变化的两个基本模态,即25～35年模和7～10年模,分析研究了北半球大气环流和气候异常的形势.其结果极为清楚地表明,对应北太平洋SST的年代际模的正、负位相,大气环流和气候异常的形势都近乎相反,充分说明SST年代际模的重要作用;由于北太平洋SST的两个年代际模有十分相近的水平结构特征,它们对大气环流和气候的影响也有十分相似的特征;北太平洋海温年代际模对大气环流的影响在中高纬度地区呈正压结构特征,而在热带地区的响应主要有斜压结构特征.     

Relationship over southern China between the summer rainfall induced by tropical cyclones and that by monsoon

本文分析华南夏季风降水(P_(SM))与热带气旋降水(P_(TC))在年际和年代际尺度上的物理联系,结果表明:在年际变化上,华南P_(SM)与P_(TC)呈显著负相关。南海-西北太平洋的气旋性涡度和相对湿度增加以及垂直风切变减弱,有利于更多的热带气旋生成,从而使得华南P_(TC)增加。同时异常增暖的赤道中太平洋SST和异常偏冷的北印度洋SST会激发南海-西太平洋异常气旋,加之中国东部-日本异常反气旋的作用,使得华南P_(SM)减少。在年代际尺度上,华南P_(SM)与P_(TC)呈显著正相关,在1990s初华南P_(SM)与P_(TC)明显增加。其中,南海生成的热带气旋对华南P_(TC)年代际增多有重要贡献。前期冬春季西太平洋持续异常偏暖的SST会通过垂直环流的作用引起热带印度洋SST增暖并持续到夏季,之后偏暖的热带印度洋SST又反馈作用于西北太平洋异常反气旋,使得华南P_(SM)增加。1990s初南海夏季风爆发年代际偏早,促使华南上空的大气显热源从5月持续增加至夏季,从而有助于东亚副热带夏季风的增强和华南P_(SM)增加。     

大洋间SST遥联与亚太夏季风异常的关系

用奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)方法,给出了四季年代际和年际时间尺度上北大西洋和北太平洋海表温度(Sea Surface Temperature,SST)的显著遥相关.用SVD主模态时间系数构造了海温异常指数Ⅰ,分析了它们与同期亚太夏季风和我国东部夏季降水异常的关系.结果表明:两大洋间的SST遥联在年际、年代际时间尺度上都与亚太夏季风相关,其中,年际尺度的两大洋SST遥联与长江流域的降水存在显著相关.     

我国近海和邻近海的海洋环境对最近全球气候变化的响应

鉴于全球气候变暖对海洋环境和海洋生态及对经济和社会可持续发展影响的严重性,作者首先利用ERA-40再分析的风场资料以及HadISST 和SODA等海洋高分辨率再分析资料,分析了近50年来全球气候变化对中国近海(包括渤海、黄海、东海和南海)和邻近海(主要是热带和副热带西太平洋)海面附近的风力、海表纬向和经向风应力和海表温度的影响.分析结果表明: 由于受全球气候变暖的影响,1976年之后中国近海和邻近海上空的冬、夏季风变弱,从而引起中国近海冬、夏季海表风应力减弱(尤其是经向风应力),而海表水温明显上升; 并且,冬、夏季海表风应力的减弱和海水温度的上升在中国东海反映尤其明显,这些为中国近海赤潮的频繁发生提供了有利的海洋环境.此外,从中国近海上空环流散度分布的变化可见,中国近海上空从1976年之后大气环流辐散增强,这不利于中国近海上升流的形成,从而会对沿岸水域营养盐的输送产生影响.     

江苏冬夏季人体舒适度指数异常的背景场研究

利用江苏地区37个气象观测站1980—2009年逐日资料,及同时段美国NCEP/NCAR再分析资料以及北太平洋海温资料,通过合成和遥相关法,研究了当江苏冬、夏季人体舒适度指数（CIHB）出现异常偏高和偏低时,大气环流与北太平洋海温场的基本特征。结果表明：（1）CIHB偏高年较偏低年,冬季,东亚大槽偏浅,冬季风明显偏弱,尤其是北风分量偏弱最为明显,江苏上空下沉气流偏弱,均不利于冷空气东移南压以及向下入侵;夏季,副热带高压偏西、偏强,南亚高压偏东、偏北、偏强,夏季风明显偏强,尤其是南风分量偏强显著,导致往北的暖湿气流强盛,垂直运动总体偏弱,不利于夏季对流活动的发生。（2）冬季,CIHB偏高年中西太平洋的海温高于偏低年,尤其是在我国东部近海的黑潮区,偏暖幅度最为明显,无论是超前相关还是同期相关,西太平洋海温与冬季CIHB都是以正相关为主,其中暖池区的正相关最为显著。     

西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国160站月平均降水和气温资料, 分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明:最近50年, 西太平洋海温指数 (WPI) 与南方涛动指数 (SOI) 之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI-SOI相关关系不显著时, 在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低) 海温-反气旋 (气旋) 异常环流系统, 不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系; 与此相对应, 冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI-SOI相关显著 (不显著) 时段, 冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强)。     

ENSO与南海SST关系的年代际变化

基于NOAA重建的海面温度（sea surface temperature, SST）资料和NCEP再分析大气资料,研究了ENSO（El Niño-Southern Oscillation）与南海SST关系的年代际变化。结果表明：ENSO影响南海SST的冬、夏季“双峰”现象发生了显著的年代际变化,即冬季的“峰值”自20世纪80年代显著减弱,而夏季的“峰值”稳定持续且在20世纪70年代之后增强;冬季“峰值”的减弱可能与冬季西北太平洋反气旋的年代际变化有关,夏季“峰值”的维持和增强可能与20世纪70年代之后印度洋SST“电容器”效应的增强有关。     

Influence of South China Sea SST and the ENSO on Winter Rainfall over South China

The present study investigates the influence of South China Sea (SCS) SST and ENSO on winter (January--February--March; JFM) rainfall over South China and its dynamic processes by using station observations for the period 1951--2003, Met Office Hadley Center SST data for the period 1900--2008, and ERA-40 reanalysis data for the period 1958--2002. It is found that JFM rainfall over South China has a significant correlation with Nino-3 and SCS SST. Analyses show that in El Nino or positive SCS SST anomaly years, southwesterly anomalies at 700 hPa dominate over the South China Sea, which in turn transports more moisture into South China and favors increased rainfall. A partial regression analysis indicates that the independent ENSO influence on winter rainfall occurs mainly over South China, whereas SCS SST has a larger independent influence on winter rainfall in northern part of South China. The temperature over South China shows an obvious decrease at 300 hPa and an increase near the surface, with the former induced by Nino-3 and the latter SCS SST anomalies. This enhances the convective instability and weakens the potential vorticity (PV), which explains the strengthening of ascending motion and the increase of JFM rainfall over South China.     

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。     

印度洋海温异常与中国气温异常的可能联系

利用NCEP/NCAR 50 a冬季再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站气温资料,采用EOF、合成、奇异值分解等方法讨论了印度洋海温异常对东亚冬季大气环流及气温的影响.结果表明,印度洋海温异常,引起了大气环流的异常,影响了东亚冬季风的强度.当印度洋海温一致变化时,中国温度变化也呈一致;当印度洋海温距平偶极振荡时,中国东、西部的冬季气温也出现偶极变化的现象;印度洋海温偶极振荡正位相年时,东亚冬季风偏弱,中国东北部气温偏高.     

中国沿海风能分布特征及其影响因子的数值模拟

利用欧洲中期天气预报中心0.75°×0.75°再分析资料,对中国海岸线两侧相邻区域内的风能、风速进行研究,讨论不同季节、不同区域风能、风速的分布特征;利用WRF(Weather Research Forecast)模式模拟海表面温度上升和城市化发展对中国东部沿海风能的影响。结果表明:1)中国沿海风能的时空分布不均一,季节变化明显。春季渤海湾区域风能明显大于其他三区(华东沿海、东南沿海和南海北部沿海区域)。夏季渤海湾区域风能显著小于其他三区,而华东沿海区域风能稍大。秋季东南沿海和南海北部沿海区域风能较大。冬季沿海四区风能大小接近。一般而言,秋冬季风能较大、春夏季风能较小,夏季风能显著小于冬季。2)不同区域、不同季节风速的年际变化存在明显差异。除冬季东南沿海区域风速有增大趋势外,其他区域各季节风速都呈缓慢减小趋势,但减小幅度很小。3)海表温度升高在不同季节对风速的影响不同。春季渤海湾和山东半岛、北部湾沿海及杭州湾风速随海温升高而增强。夏季海温升高幅度不同,则风速显著变化区域不同,但大部分沿海区域风速随海温升高而增强。秋冬季风速随海表温度升高而增强,影响区域较稳定:秋季东南沿海和华东沿海区域风速增强,冬季渤海湾和南海北部沿海区域风速增强。4)城市化发展增大了地表摩擦力,使得夏秋季登陆我国的热带气旋迅速减弱,沿海风速随之减小。     

华南冬季准静止锋年际变异特征及其对东亚气候的影响

基于JRA55再分析资料、观测的降水量和海表温度等数据,利用统计诊断方法分析了华南冬季气候准静止锋的主要变异特征,并探讨了其与环流、海温及东亚气候的联系。华南冬季气候准静止锋的主要变异模态表现为强度变异模态和经向位置变异模态,它们以年际变化为主。类东部型ENSO海温异常及热带中西印度洋海温异常对华南准静止锋强度的年际变异有显著影响;而类中部型ENSO海温异常型显著影响着华南气候准静止锋的南北位置。华南冬季准静止锋的强度变异对东亚副热带地区的降水、以及我国东部内陆地区的近地面气温有显著影响;华南冬季准静止锋南北位置变异则显著影响我国江淮流域降水、以及我国华南至东南沿海一带的近地面气温。华南冬季准静止锋的强度变异模态对东亚的降水和近地面气温的影响范围较位置变异模态都要大。     

The characteristics of longitudinal movement of the subtropical high in the western Pacific in the pre-rainy season in South China

Using the NCEP/NCAR reanalysis data, the China rainfall data of the China Meteorological Administration, and the sea surface temperature (SST) data of NOAA from 1951-2000, the features of the anomalous longitudinal position of the subtropical high in the western Pacific (SHWP) in the pre-rainy season in South China and associated circulation and precipitation are studied. Furthermore, the relationship between SHWP and SST and the eastern Asian winter monsoon is also investigated. Associated with the anomalous longitudinal position of SHWP in the pre-rainy season in South China, the flow patterns in both the middle and lower latitudes are different. The circulation anomalies greatly influence the precipitation in the pre-rainy season in South China. When the SHWP is in a west position (WP), the South China quasi-stationary front is stronger with more abundant precipitation there. However, when the SHWP is in an east position (EP), a weaker front appears with a shortage of precipitation there. There exists a good relationship between the longitudinal position of SHWP and SST in the tropical region. A negative correlation can be found both in the central and eastern tropical Pacific and the Indian Ocean.This means that the higher (lower) SST there corresponds to a west (east) position of SHWP. This close relationship can be found even in the preceding autumn and winter. A positive correlation appears in the western and northern Pacific and large correlation coefficient values also occur in the preceding autumn and winter. A stronger eastern Asian winter monsoon will give rise to cooler SSTs in the Kuroshio and the South China Sea regions and it corresponds to negative SST anomaly (SSTA) in the central and eastern Pacific and positive SSTA in the western Pacific in winter and the following spring. The whole tropical SSTA pattern, that is, positive (negative) SSTA in the central and eastern Pacific and negative (positive) SSTA in the western Pacific, is favorable to the WP (EP) of SHWP.