热带和热带外太平洋海气相互作用特征的比较

比较分析了热带和热带外太平洋海气系统年际和年代际变化特征。在海气系统异常的方差构成中，北太平洋区域以年代际异常为主，热带太平洋区域年际和年代际异常相当；表（浅）层海洋与大气的年代际变化特征对同一季节、区域是一致的，且20世纪70年代后期到80年代初均发生由低模态向高模态的转变；北太平洋区域的7月与此不同，这与该季节近表层海温层结稳定有关；年际尺度的海、气异常与ENSO有关，且以热带太平洋区域1月最典型，7月次之，北太平洋区域1月再次之，7月无明显关系。     

北太平洋浅层海温时空特征及区域海气相互作用的诊断分析

采用EOF(Empirical Orthogonal Function)、SVD(Singular Value Decompo—sition)、相似、相关以及合成分析等方法,探讨了北太平洋浅层海温(ST)层际间时空结构的差异,据此对浅层海温场进行分层,并研究其与海平面气压场的相互作用。结果表明：北太平洋浅层海温距平场第1模态及其时间系数基本上反映了该海区浅层海温场的时空特征。1月浅层海温场可划分为两层,7月可划分为4层,说明7月的浅层海温分布较1月复杂。海气相互作用的主要时域特征为明显的年代际变化,正负值转变主要发生在中后期。海气相互作用分析表明,当北太平洋中部ST持续偏高时,相应的1(7)月阿留中低压(北太平洋副高)偏弱,位置偏西,其西侧冬(夏)季风偏弱;反之亦然。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

冬季北太平洋风暴轴的年代际变化特征及其可能影响机制

利用1958-2002年的ERA-40再分析资料,用谐波变换和EOF方法分析了冬季北太平洋风暴轴在年代际时间尺度上的变化特征,并通过回归分析的方法初步探讨了风暴轴年代际变化的可能影响机制.结果表明,在年代际时间尺度上,北太平洋风暴轴有两种主要模态,第1模态是风暴轴在其气候平均位置增强或减弱的主体一致变化型,其年代际变化受到上游涡旋强迫的影响,北大西洋强(弱)的涡旋活动,使得冬季北太平洋西风急流减弱(增强)、变宽(窄)、北抬(南压),同期北太平洋风暴轴活动偏强(弱),黑潮延续体区海表温度有偏暖(冷)的响应;第2模态是风暴轴中东部在气候平均位置南北两侧振荡的经向异常型,与太平洋年代际振荡(PDO)循环的暖(冷)位相相联系,下垫面海温非绝热加热的作用,激发加强(减弱)大气中类太平洋/北美遥相关型(PNA)的响应,引起大气斜压性异常偏南(北),使得风暴轴整体南压(北抬),且中东部向东南(北)方向移动.因此,冬季北太平洋风暴轴的年代际变化不仅是局地波-流相互作用的结果,还应考虑上游涡旋活动和海温热力强迫的作用.     

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料，分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相，发生了显著的年代际变化。SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明，PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响。这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用。当PDO模态进入暖位相的时候，北半球SLP场主要表现出强阿留申低压，弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征，SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强，使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显。     

冬季热带印度洋上层流场异常模态分析

利用复经验正交函数(CEOF)分解对冬季热带印度洋海洋上层流场异常做了模态分析和结果讨论,得到以下主要结果:该流场异常前两个模态均呈现赤道俘获波形式,其异常在赤道上最大,向南北两侧迅速衰减,呈现纬向流的形态;第一、二模态的性质分别是大洋赤道波动的半波和1波形态,这表明此时赤道波动异常在大洋流场异常中占有重要地位。冬季第一模态大洋垂直运动所导致的近表层海温异常与春、秋季不同,此时在赤道印度洋呈现正—负—正的经向分布态势,这与印度洋耦极子(Indian Ocean Dipole,IOD)的不同,并是IOD在冬季衰亡的直接原因。第二模态相应的海温异常则在赤道东印度洋呈现北负南正的分布态势。第一模态与南亚冬季风异常密切有关,为印度洋冬季风环流模态。第一、二模态都有明显的年际变化和年代际变化,年际变化均为3~5年,主要的年代际变化则分别为约18、22年,此外两者还均有约13年的年代际变化。本文第一、二模态年代际变化的主周期也是冬季北太平洋和冬季热带太平洋流场异常第二、一模态的主周期。     

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.     

冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料,研究冬季北半球西伯利亚风暴轴(Siberian Storm Track,SIST)、北太平洋风暴轴(Pacific Storm Track,PST)和北大西洋风暴轴(Atlantic Storm Track,AST)的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:(1)三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性,风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上,SIST与AST的经度变化呈显著负相关,而PST和AST的协同性较差;年代际尺度上,SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关,SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关,PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。(2)由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征:在年际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏弱(强),PST主体偏弱(强)、东南偏强(弱),AST略偏北(南)偏强(弱)但不显著的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为太平洋北美(Pacific North America,PNA)型和欧亚(Eurasian,EU)型的正位相,东亚急流偏强且偏南;第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏东(西),PST中东部偏南(北)、西部强度偏强(弱),AST偏强(弱)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部(East Atlantic,EA)型的正位相,北美急流减弱;在年代际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏西(东)且偏弱(强),PST偏东(西)且偏弱(强),AST偏西(东)且偏弱(强)的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为西大西洋(West Atlantic,WA)型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏北(南),PST偏南(北)且偏弱(强),AST北抬(南压)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相,东亚急流强度加强且偏南,北美急流强度减弱。     

海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的数值模拟

应用NCAR CAM3全球大气环流模式以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋及热带太平洋)的海表温度异常对夏季南压高压年代际变化的影响。结果表明,全球、热带、热带印度洋—太平洋和热带太平洋这些海域的海表温度异常都对南亚高压强度、面积、南界、西伸脊点和东伸脊点的1970s中后期年代际变化有重要影响:热带太平洋是关键海区,其海表温度第三模态(“三明治”式异常分布型)的变化与南亚高压的这些特征指数的年代际变化关系密切;热带印度洋的海表温度异常,主要是其第一模态(热带印度洋全区一致变化型)的变化与南亚高压强度、面积、南界和西伸脊点的年代际变化关系较密切,热带印度洋也是影响南亚高压年代际变化的关键海区;这两个关键海区的海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的主要差异在于:热带太平洋海表温度异常能对南亚高压的东伸脊点的年代际变化有重要影响,而热带印度洋的海表温度异常对其影响小;热带太平洋和热带印度洋这两个海区的海表温度异常均可通过影响热带对流层大气温度的变化进而使南亚高压发生变化;热带外的海表温度异常对南亚高压的年代际变化影响小。     

华南春季降水及其季节内振荡强度的年代际变化特征

利用NCEP和中国台站资料,探讨了华南春季降水和降水季节内振荡(Intraseasonal oscillation,ISO)强度的年代际变化特征。经验正交函数EOF分析结果显示,第一模态显示全国春季降水量以及降水ISO强度较大区域均分布在华南地区。两者间的相关关系比较显著,分别经历了3段年代际变化,即1958—1973年偏少(偏弱)、1974—1990年偏多(偏强)以及1991—2007年偏少(偏弱)。并且,强降水和强降水ISO事件天数和强度也经历了偏少(偏弱)、偏多(偏强)和偏少(偏弱)的变化。但强降水ISO事件天数和强度占总强降水的比率呈现减少的趋势。在不同的年代,大气环流和海温异常对降水和降水ISO强度的变化起了主要作用,但其中的作用又各有不同。在1958—1973年,周边海温、北太平洋年代际振荡(PDO)与大气环流起了共同作用;在1974—1990年,周边海温影响不大,PDO和大气环流起了主要作用;在1991—2007年,PDO和大气环流的相互配置抑制了周边海温的影响。     

南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析

利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm-3、0.116 g/cm3和5.6 μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32 535 μmol/L和53 466 μmol/L,K+浓度远高于Mg2+和Ca2+,而东海岛岸边海雾相反。      

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES OVER THE PACIFIC ON PRECIPITATION IN 1991

A zonal domain,primitive equation model is used in this paper to study the influences of the main sea surface tem-perature anomaly(SSTA)areas over the Pacific on precipitation in 1991.Some numerical experiments are made and themechanisms of the influences are discussed.The results show that the influences of the SSTA are mainly confined withinthe tropical and the subtropical regions.The direct effect of the SSTA is to change the exchanges of the sensible heat andthe water vapour between the air and the sea,through the consequent changes of temperature and the flow fields and thefeedback process of condensation,the SSTA finally affects precipitation.     

TROPICAL SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALY AND INDIAN SUMMER MONSOON*

The time series of the sea surface temperature(SST) anomaly,covering the eastern (western) equatorial Pacific,central Indian Ocean,Arabian Sea.Bay of Bengal and South China Sea(SCS),have been analyzed by using wavelet transform.Results show that there exists same interdeeadal variability of SST in the tropical Pacific and tropical Indian Ocean,and also show that the last decadal abrupt change occurred in the 1970s.On the interannual time scale,there is a similar interannual variability among the equatorial central Indian Ocean and the adjacent three sea basins(Arabian Sea.Bay of Bengal and South China Sea).but the SST interannual changes of the Indian Ocean lagged 4-5 months behind that of the equatorial central-east Pacific.Meanwhile,the interannual variability and long-range change between SST anomaly and Indian summer monsoon rainfall in recent decades have been explained and analyzed.It indicates that there existed a wet(dry) period in India when the tropical SST was lower(higher)than normal,but there was a lag of phase between them.     

太平洋-印度洋海温异常模态及其指数定义的初步研究

通过对太平洋地区海温场的经验正交函数分解,分析其第一特征向量场发现,春夏秋冬四季在印度洋中西部大范围地区、赤道中东太平洋的大范围地区的海面温度西太平洋地区的相反,这一特征向量在四个季节的方差贡献率均大于33%,说明这一海温场的空间分布结构是稳定的,我们称之为太平洋-印度洋海温异常模态.并对这种模态经过认真分析比较和研究后定义了该模态的指数.     

SENSITIVITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE RETRIEVAL TO SEA SURFACE EMISSIVITY

To estimate sea surface temperature(SST)with high accuracy from radiometrie measure-ments,it is no longer acceptable to assume that sea surface emissivity is unity or any other con-stant.This note presents an investigation of the desirable emissivity accuracy in relation to re-trieval.It was found that 1% error in surface emissivity can cause up to 0.7 K error in the re-trieved SST,although this sensitivity is often reduced to about 0.5 K on average because of thedownward atmospheric radiation at surface partially compensates for the emissivity error.Since thedownward atmospheric radiation ratio is controlled to a large extent by the integrated water vaporin the atmosphere and,secondarily,by view angle,the sensitivity of SST retrieval to surface emis-sivity has been computed as a function of these two parameters.     

MECHANISM FOR THE SUSTAINING ATMOSPHERIC RESPONSE TO WARM WINTERTIME SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALY IN THE KUROSHIO EXTENSION

Sensitivity experiments with atmospheric general circulation model CAM3 have been performed to investigate the atmospheric response to warm wintertime sea surface temperature anomalies in the Kuroshio Extension (KE). Mechanism for the sustaining abnormal atmospheric response to sea surface temperature anomaly (SSTA) is revealed. It is found that the warm wintertime SSTA in KE leads to soil moisture changes across the Asia continent. The abnormal soil moisture may possibly be one of the reasons for the sustaining of abnormal atmospheric response intrigued by SSTA. Oscillations of perturbations intrigued by warm wintertime SSTA in KE, which have similar frequencies with that of intrinsic atmospheric oscillations, are superposed on the atmospheric oscillations and propagate with primary periodic oscillation of the atmosphere. These SSTA-intrigued oscillations are coupled with natural atmospheric oscillation and finally become parts of it. This is probably another reason for the sustaining of abnormal atmospheric response to SSTA in KE.     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES OVER THE PACIFIC ON PRECIPITATION IN 1991*

A zonal domain,primitive equation model is used in this paper to study the influences of the main sea surface temperature anomaly(SSTA) areas over the Pacific on precipitation in 1991.Some numerical experiments are made and the mechanisms of the influences are discussed.The results show that the influences of the SSTA are mainly confined within the tropical and the subtropical regions.The direct effect of the SSTA is to change the exchanges of the sensible heat and the water vapour between the air and the sea,through the consequent changes of temperature and the flow fields and the feedback process of condensation,the SSTA finally affects precipitation.     

海平面上升对长江三角洲海堤、航运和水资源的影响

分析了２０５０ 年长江三角洲地区相对海平面上升５０～７０ ｃｍ 时,将对该地区沿海海堤、航运及海岸带水资源的影响,并就相应的适应对策提出了建议。     

北极海冰变化的时间和空间型

利用 4 4a(195 1～ 1994年 )北极海冰密度逐月资料 ,分析提出了一种与北极冰自然季节变化相吻合的分季法 ,并根据这种分季法 ,使用EOF分解 ,揭示了北极各季海冰面积异常的特征空间型及其对应的时间变化尺度。结果表明 :(1)北极冰面积异常变化的关键区 ,冬季 (2～ 4月 )主要位于北大西洋一侧的格陵兰海、巴伦支海和戴维斯海峡以及北太平洋一侧的鄂霍次克海和白令海 ,夏季 (8～ 10月 )则主要限于从喀拉海、东西伯利亚海、楚科奇海到波佛特海的纬向带状区域内 ,格陵兰海和巴伦支海是北极海冰面积异常变化的最重要区域 ;(2 )春 (5～ 7月 )、秋 (11月～次年 1月 )季各主要海区海冰面积异常基本呈同相变化 ,夏季东西伯利亚海、楚科奇海、波佛特海一带海冰面积异常和喀拉海呈反相变化 ,而冬季巴伦支海、格陵兰海海冰面积异常和戴维斯海峡、拉布拉多海、白令海、鄂霍次克海的海冰变化呈反相变化 ;(3)北极冰总面积过去 4 4a来确实经历了一种趋势性的减少 ,并且叠加在这种趋势变化之上的是年代尺度变化 ,其中春季 (5～ 7月 )海冰面积异常变化对年平均北极冰总面积异常变化作出了主要贡献 ;(4)位于北太平洋一侧极冰面积异常型基本具有半年的持续性 ,而位于北大西洋一侧极冰面积异常型具有半年至一年的持续性     

冬季北极海冰运动主模态的构成及其与海平面气压变化的关系

利用国际北极浮冰运动观测资料（IABP）（1979-1998）以及NCEP／NCAR月平均海平面气压再分析资料（1960-2002）,通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵,研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系。冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成,与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区。尽管北极涛动（北大西洋涛动）通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动,但是,北极涛动（北大西洋涛动）并不是决定海冰运动主模态的关键性因素。