北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟Ⅱ:热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响.研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则.来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的"-+-"的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应.换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平.北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2-3个月的时间.     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(一)——基本结构

本文利用1951—1980年逐季的平均值资料(共120个季)讨论了北方涛动和与其相联系的北太平洋海温与北半球海平面气压场、500hPa位势高度场遥相关的基本结构,并与南方涛动和赤道东太平洋海温的结果进行了对比分析.发现北太平洋Namias海区和加利福尼亚海流区海温的变化与北方涛动具有很密切的联系;北方涛动和这两个海区的海温同北半球中高纬度大气环流特别是PNA型和NAO型环流异常存在明显的遥相关关系;南方涛动和赤道太平洋海温同WP型或NPO型环流异常关系比较密切,而与PNA型和NAO型的关系不如北方涛动和Namias海区及加利福尼亚海流区海温的显著.     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟II：热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响。研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则。来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的“- -”的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应。换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平。北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2—3个月的时间。     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(二)——季节变化

在以前工作的基础上,本文进一步分析了各个季节北方涛动和与其相联系的北太平洋海温同北半球温带大气环流遥相关的特征,并与南方涛动和赤道太平洋海温的结果进行了比较,发现它们同北半球温带大气环流的遥相关,不仅具有很强的地区性,而且具有明显的季节变化。 冬季,北方涛动和北太平洋海温与PNA型相关非常明显,且比南方涛动和赤道太平洋海温的更密切。除PNA型外,北方涛动还同500hPa高度的亚洲-北美(ANA)流型有联系。 夏季,PNA遥相关型的表现仍然非常清楚,但位置较冬季偏酉和偏北,并在北美西海岸具有特殊的分叉现象。     

冬季北太平洋风暴轴的年际变化及其与500hPa高度以及热带和北太平洋海温的联系

文中研究了冬季北太平洋风暴轴的年际异常及其与500hPa高度以及热带和北太平洋海温的联系。结果发现,各年冬季北太平洋风暴轴的中心强度和位置具有显著的年际差异。对15个冬季北太平洋风暴轴区域500hPa天气尺度滤波位势高度方差与热带和北太平洋海温的SVD分析表明,第一对空间典型分布反映了赤道中、东太平洋区域海温异常对风暴轴年际变化的影响,而第二对空间典型分布反映了黑潮区域海温异常对风暴轴年际变化的影响。进一步的合成分析显示,赤道中、东太平洋区域海温异常主要影响冬季北太平洋风暴轴的东西摆动和中、东端的强度变化,而黑潮区域海温异常则主要影响冬季北太平洋风暴轴中、西端的强度变化和南北位移。并且这种影响分别与500hPa高度场上的PNA遥相关型和WP遥相关型有密切联系。     

山东夏季降水与北太平洋SST和大气环流的关系

计算发现赤道东太平洋和北太平洋流区海温与山东夏季降水相关性好，在此基础上，讨论了山东夏季旱涝年同期，前期ＳＳＴ异常的特征及其与大气环流的相互关系，发现同期ＳＳＴ异常显著，前期赤道东太平洋ＳＳＴ负异常与５００ｈＰａ，大气环流负ＷＰ相关型关系密切，北太平洋流区海温异常很可能受环流异常的调制，利用２－４月高相关区ＳＳＴＡ做当年夏季降水趋势预测的试验和利用赤道东太平洋区３月、北太平洋流区７月海温做长期夏季     

赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温(SST)确实存在着偶极子型振荡的变化特征,它在9～11月最强,而在1～4月最弱;年际变化(4～5年周期)和年代际变化(主要为20～25年周期)也十分清楚.这个偶极子主要有正位相型(海温西高东低)和负位相型(海温东高西低);一般正位相型的振幅强于负位相型.尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子(类似ENSO)有很好负相关.它们的联系主要是赤道大气纬向(Walker)环流.资料分析表明,赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高压和西太平洋副高都有明显关系,表明它对亚洲季风活动有重要影响.     

北极海冰面积变化与大气遥相关型

本文综述了北极海注面积变化与大气遥相关型研究工作中的一些主要结果。诊断分析表明，北极海冰面积变化具有３－４年的振荡周期，大气中的遥相关型不仅与海冰面积变化的区域有关，还与海冰面积的振荡频率有关。海冰面积变化与大气遥相关型是互相维持的，一方的加强有利于另一方的加强，本文最后还对北极海冰和赤道中，东太平洋海温对北半年冬半年中纬度大气环流影响的相似性等问题进行了讨论。     

基于BP-CCA的贵州夏季降水与太平洋海温耦合关系

利用贵州83个台站1979—2011年的夏季月降水资料、海温、气压场、风场等再分析格点资料及副高指数资料,利用点相关找出影响贵州夏季降水的海温关键区及关键时段,利用变形的典型相关分析(BP-CCA)方法对贵州夏季降水与关键区海温的耦合关系进行了分析,并对海温影响贵州夏季降水的可能机制进行了探讨。结果表明:1影响贵州夏季降水的海温关键区域为北太平洋及中东赤道太平洋,其中尤以加利福尼亚冷流区、北太平洋暖流区对贵州夏季降水的影响更为重要,关键时段为上一年7-9月;2BP-CCA第一对典型相关场分析结果表明:加利福尼亚冷流区海温与贵州夏季降水呈同位相变化,而北太平洋暖流区海温与贵州夏季降水呈反相位变化,关键区海温对贵州北部降水的耦合好于南部,而对西南部的耦合最差;3前期7-9月海温与副高强度指数的相关系数分布呈EI Nino型,与副高西伸脊线指数的相关系数分布在中低纬度西太平洋呈正相关,与中东赤道太平洋呈负相关,与副高脊点的相关系数与海温和副高的强度相关分布相反,在赤道中东太平洋为负相关区,西北太平洋为正相关区,海温分布型为LA Nina型。东北太平洋及中东赤道太平洋海温异常与贵州500h Pa气压场及风场显著正相关,而西北太平洋海温与贵州地区500 h Pa气压场及风场成负相关,为典型的EI Nino型。     

热带太平洋地区海气系统的耦合振荡

本文讨论了东太平洋赤道海温和太平洋月平均云量距平的关系,结果表明:(1)东太平洋赤道海温距平和中太平洋赤道云量距平有很好的正相关,而与东、西太平洋赤道云量距平有很好负相关。所以太平洋赤道上空应该存在二个距平的东西向环流。(2)云和海温存在周期为34—38个月的耦合振荡,我们提出了云-辐射-海温机制来作解释。(3)在东太平洋海温暖水月的前12个月到后6个月期间,东太平洋赤道云量是负距平的(即偏少),这表明此期间可能是大气在影响海洋,亦即Walker环流影响海温变化,而不是海温影响了Walker 环流。海温和Walker环流是相互作用的,这种相互作用组成了大气和海洋之间的一种耦合振荡。(4)东太平洋海温、中太平洋云和北半球中、西太平洋信风亦有很好的相关。     

Interannual Fluctuations of Surface Air Temperature over North America and Its Relationship to the North Pacific SST Anomaly

The characteristics of interannual fluctuations of the surface air temperature over North America are investigated by using the surface air temperature data of 130 stations during 1941 through 1980. It is found that the surface air temperature bears about ten-year time scale oscillation over the southeastern and northwestern North America and along the west coast of the United States, and it has the characteristics of quasibiennial oscillation over the eastern North America. The ten-year scale oscillation of the surface air temperature is related to that of the sea surface temperature (SST) of North Pacific through the PNA pattern atmospheric circulation anomaly over North Pacific through North America. It is shown that the North Pacific SST has a closer association with the surface air temperature over North America than the central and eastern equatorial Pacific SST. The characteristics of the seasonal variations of the relationship between the North Pacific SST and the surface air temperature over No     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

Atmospheric anomalies related to interdecadal variability of SST in the North Pacific

Anomalous patterns of the atmospheric circulation and climate are studied corresponding to the two basic interdecadal variation modes of sea surface temperature (SST) in the North Pacific, namely, the 25-35-year mode and the 7-10-year mode. Results clearly indicate that corresponding to the positive and negative phases of the interdecadal modes of SST anomaly (SSTA) in the North Pacific, the anomalous patterns of the atmospheric circulation and climate are approximately out of phase, fully illustrating the important role of the interdecadal modes of SST. Since the two interdecadal modes of SSTA in the North Pacific have similar horizontal structures, their impacts on the atmospheric circulation and climate are also analogous. The impact of the interdecadal modes of the North Pacific SST on the atmospheric circulation is barotropic at middle latitudes and baroclinic in tropical regions.     

北太平洋阻塞的年际年代际变化及其与SST、遥相关及风暴路径的关系

利用NCEP／NCAR再分析资料，对1948／1949－1999／2000共52个冬季的北太平洋上空中纬度阻塞异常的气修特征进行了统计分析，小波分析和功率谱分析结果表明该区域阻塞发生的频数具有很明显的3－7年的年际振荡和年代际变化特征。同时2－7年带通平均的小波方差谱分析结果表明阻塞的这种年际变化的振幅存在着缓慢下降的趋势，且气候突变在20世纪70年代，这进一步证明了北太平洋上空的阻塞活动具有年代际变化特征。对强阻塞异常的冬季和弱阻塞异常的冬季分别进行合成分析，结果表明，对于阻塞异常强的冬季，北太平洋西向东北方向加强并分裂成两个中心，而SST异常在中纬度太平洋则对应着典型的PDO型，在赤道地区则为类La Nina型的海温分布。而对于阻塞异常弱的冬季则对应截然不同甚至相反的分布特征，即500hPa高度异常场表现为符号相反的PNA型，风暴路径中心在日界线附近呈纬向型分布。同时SST异常在赤道地区则为典型的El Nino型的海温分布。以上结果揭示出北太平洋阻塞活动的年际变化可能主要与热带海温的遥响应相联系，而年代际变化则主要与中纬度局地的PDO型海温及其通过斜压瞬变波的海－气相互作用有关。     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

梅雨期中国东部降水的时空变化及其与大气环流、海温的关系

利用1961～2000年中国台站降水资料、 NCEP/NCAR再分析资料以及扩展重建海平面温度 (Extended Reconstructed Sea Surface Temperatures, ERSST) 资料, 采用EOF、小波变换、合成及相关方法探讨中国东部梅雨期降水的时空变化及其环流、水汽输送和海温异常特征.分析指出中国东部梅雨期 (6月11日～7月10日) 降水存在三种主要空间型: 江南北部多雨型、长江流域多雨型和江淮平原多雨型.三种降水型都存在多时间尺度特征, 由于年际和年代际振荡的周期和强度随时间的变化有不同表现, 三种雨型旱涝年出现的年份有所不同.三种雨型对应的东亚夏季风环流各子系统的强度、位置、水汽输送等也存在明显差异.梅雨期三种雨型与冬季海温的研究表明:赤道东太平洋海温偏高有利于出现江南北部降水型; 赤道印度洋、南海和西太平洋黑潮海温偏高有利于出现长江流域降水型; 北太平洋中纬度海温偏高则有利于出现江淮平原降水型.     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。