Synoptic aspects of the catastrophic flood formation in the northeast of Australia during extreme La Niña 2010–2011

A synoptic mechanism of the formation of atmospheric circulation anomalies over the tropics of the Indian and Pacific oceans observed during the La Niña 2010–2011 culmination is considered using the daily data of the NCEP/NCAR reanalysis. It was established that the most destructive flood during the whole modern history of Australia was caused by the unprecedented activity of the tropical cyclogenesis in the circulation system of the Australian summer monsoon. The tropical cyclones affected in turn the monsoon regions of Australia both from the Indian Ocean through the system of the equatorial zone of westerlies and from the Pacific Ocean through the system of the eastern trade wind. The Pacific trade wind during the Australian flood was maximally developed and the South Pacific high was shifted considerably from the coast of Peru and Chile to the center of the ocean. It is demonstrated that the maximum values of negative SST anomalies were observed not in the east of the Pacific Ocean as in the case of the “canonical” La Niña but they were shifted significantly to the west to the line of the date change. All this enables to refer the extreme La Niña 2010–2011 to La Niña of Modoki type.     

西北太平洋SST季内振荡及其与中国东部夏季降水季内振荡的关系

利用NOAA逐日海表面温度(sea surface temperature,SST)资料、NCEP/NCAR逐日风场和比湿资料以及中国国家气象信息中心提供的逐日降水资料,研究了西北太平洋气候SST的低频周期,进一步分析了夏季西北太平洋SST季节内振荡与中国东部同期降水异常的关系。结果表明:夏季西北太平洋季节内SST异常影响中国东部同期季节内降水最显著的三个区域为:长江中游及华南沿海;江淮流域;华北大部。其影响途径主要是通过西北太平洋季节内海温与850 h Pa环流场之间相互作用,在东亚沿岸自南向北逐渐形成气旋—反气旋—气旋(反气旋—气旋—反气旋)的波列结构,引起东亚沿海局地水汽的辐合辐散,使得中国东部夏季季节内雨带从江淮流域向华北推进(从华北南撤到长江中游及华南沿海地区)。     

华西秋雨趋势变化的年代际转折及其成因分析

华西地区（25°N～35°N,100°E～110°E）是中国秋季降水主要地区之一。本文根据华西地区72站月平均降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心海温及海冰资料,利用相关和回归等分析方法研究了1961～2014年华西地区秋雨的年代际变率及其与大气环流和海温的关系。华西秋季降水年代际变率分解为呈现显著下降趋势的P1时段（1964～1998年）和呈现上升趋势的P2时段（1998～2014年）发现,对应P1时段降水下降趋势的华西区域大气位势高度异常场具有西正东负结构,大尺度环流场显示为从大西洋东传经北极巴伦支—喀拉海区至东亚的准纬向波列,该波列体现了上游负位相NAO（North Atlantic Oscillation）的调制作用。对于P2时段的降水上升趋势,其位势高度场配置与P1时段相反,而大尺度波列结构在欧亚大陆的部分呈西北—东南走向,且整体偏西,体现了上游正位相NAO的调制作用。这种环流结构导致华西区域西北侧形成负异常中心,有利于西南暖湿气流进入研究区域。影响华西秋雨趋势转折的海温关键区位于热带中东太平洋和热带印度洋。在P1时段,华西秋雨降水趋势与同期热带中东太平洋和印度洋海温呈显著正相关关系。而在P2时段,华西秋雨与前冬热带中东太平洋和印度洋海温存在显著负相关,前冬西北太平洋海温正异常也同时影响了华西秋雨的上升趋势。     

陕西夏季旱涝的主要环流特征

利用1961—2008年NCEP／NCAR再分析资料以及陕西地面月降水资料,采用EOF分解、合成分析等方法,分析了陕西夏季旱涝的时空分布特征以及前期气候系统的异常信号特征。结果表明：陕西夏季多雨年乌拉尔山高压脊和鄂霍次克海高压偏强,贝加尔湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,西伸脊点偏西。并且前期冬季中高纬度中亚长波脊偏强偏西,西太平洋副热带高压偏强,印缅槽偏弱,700hPa西北地区东部至华北偏北风异常偏强,赤道东太平洋出现暖水位相,西风漂流区海温偏低,印度洋海温偏高,陕西夏季易多雨;而陕西夏季少雨年西太平洋副热带高压偏弱,西伸脊点偏东,陕西主要受中亚高脊前西北气流控制。前期冬季中高纬度欧洲西北部低槽偏强,中亚长波脊偏弱,西太平洋副热带高压偏弱,印缅槽偏强,700hPa西北地区东部至华北偏南风异常偏强,赤道东太平洋出现冷水位相,西风漂流区海温偏高,印度洋海温偏低,陕西夏季易少雨。     

夏季北印度洋海温异常对西北太平洋低层反气旋异常的影响

采用1957—2002年850 hPa风场的ERA-40再分析资料,分析得知西北太平洋低层环流存在着明显的年际变化。这种年际变化表征了西北太平洋夏季风的年际变化,并且会影响东亚夏季风的变化。用Hadley海表面气压以及海表温度资料诊断得到,这种夏季西北太平洋反气旋异常（WPAC,northwest Pacific anomalous anticyclone）的年际变化与北印度洋同期海表温度变化存在很好的相关。用偏相关方法消除N ino3.4信号的同期线性影响,这种同期相关更加显著,而西南热带印度洋的同期海温与WPAC的相关并不显著。数值试验结果表明,北印度洋存在正海温异常时,北印度洋降水偏多,同时伴随着西北太平洋反气旋异常。当只有西南热带印度洋有正海温异常时,北印度洋会出现东风异常且降水减少,而西北太平洋有弱的气旋异常。数值模式结果与观测数据的诊断结果相吻合,说明当夏季北印度洋海表温度为正异常时,可能会产生西北太平洋反气旋异常。     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

冬季太平洋海温变化对中国5月降水的影响

本文采用EOF-CCA方法研究了12-2月份北太平洋海温场与中国5月降水指数之间的相关关系。研究结果表明：12月海温与中国5月降水有较好的相关关系。赤道东太平洋和日本以东洋面的海温与中国东部地区的降水正相关，与中国华南、云南和西部地区的降水负相关。相反，东北太平洋、菲律宾以东洋面和墨西哥以西洋面的海温与中国东部地区的降水负相关，与中国华南、云南和西部地区的降水正相关。上述5个海区的太平洋前期海温对中国5月降水有影响的海温关键区。前期海温异常将影响到5月中高纬度的西风带波动和低纬西太平洋副热带高压的强度、位置、从而导致中国5月降水空间分布的异常。     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

OLR与长江中游夏季降水的关联

用SVD方法分析了1、4、7月全球OLR与夏季(6—8月)中国华中区域降水场的关系,结果表明:若1月南非东部沿岸至西印度洋、北美北部OLR(Outgoing Longwave Radiation)偏低(偏高),或北非、美国西南沿岸及近海OLR偏高(偏低),则夏季长江中游降水将偏多(偏少)。若4月澳大利亚至东印度洋、日界线以东热带太平洋OLR偏低(偏高),或西北太平洋偏高(偏低),则夏季长江中游降水将偏多(偏少)。若7月东印度洋—澳大利亚大陆、东亚OLR偏低(偏高),则夏季华中区域长江及其以北降水将偏多(偏少),湖南和江西南部降水将偏少(偏多)。夏季长江中游旱、涝年前期OLR明显的区别在于热带太平洋:涝年1月东、西太平洋为明显负、正异常,4月这种异常进一步加剧;旱年1月正好相反,东、西太平洋为微弱的正、负异常,4月转为东、西太平洋为微弱的负、正异常。太平洋暖池OLR低值区(强对流区)4、7月持续偏南,是夏季长江中游降水偏多的另一重要信号。冬、春季OLR与夏季长江中游降水大尺度关联的可能机制为:若1月热带东、西太平洋OLR为明显负、正异常,4月这种异常进一步加剧,也即冬、春季热带太平洋Walker环流持续减弱,从而使夏季暖池对流活动减弱,热带辐合带偏南,Hadley环流偏弱,使夏季西太平洋副热带高压主体位置偏南,导致中国夏季主雨带不能北推至黄河流域,而长期滞留长江中下游,最后造成长江中游降水异常。     

印度季风的年际变化与高原夏季旱涝

根据NCEP／NCAR再分析资料和海表面温度距平资料,分析了西藏高原夏季降水5个多、少雨年春、夏季印度洋850hPa、200hPa合成风场和合成海温场,发现多、少雨年前期与同期印度洋高、低空风场和海温场均存在明显差异,主要表现为高原夏季降水偏多(少)年印度夏季风偏强(弱),在850hPa合成风场上印度半岛维持西(东)风距平,西印度洋—东非沿岸为南(北)风距平,夏季阿拉伯海区和孟加拉湾出现反气旋(气旋)距平环流;200hPa合成风场上印度半岛维持东(西)风距平,南亚高压偏强(弱),索马里沿岸为南(北)风距平。印度夏季风异常与夏季印度洋海温距平的纬向分布型有密切联系。当夏季海温场出现西冷(暖)东暖(冷)的分布型时,季风偏强(弱),高原降水普遍偏多(少)。相关分析指出,索马里赤道海区的风场异常与高原夏季降水的关系最为密切,在此基础上我们定义了一个索马里急流越赤道气流指数,用它识别高原夏季旱涝的能力较之目前普遍使用的印度季风指数有了明显的提高。     

THE WARMING MECHANISM IN THE SOUTHERN ARABIAN SEA DURING THE DEVELOPMENT OF INDIAN OCEAN DIPOLE EVENTS

This study aims to explore the relative role of oceanic dynamics and surface heat fluxes in the warming of southern Arabian Sea and southwest Indian Ocean during the development of Indian Ocean Dipole (IOD) events by using National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) daily reanalysis data and Global Ocean Data Assimilation System (GODAS) monthly mean ocean reanalysis data from 1982 to 2013, based on regression analysis, Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis and combined with a 2? layer dynamic upper-ocean model. The results show that during the initial stage of IOD events, warm downwelling Rossby waves excited by an anomalous anticyclone over the west Indian Peninsula, southwest Indian Ocean and southeast Indian Ocean lead to the warming of the mixed layer by reducing entrainment cooling. An anomalous anticyclone over the west Indian Peninsula weakens the wind over the Arabian Sea and Somali coast, which helps decrease the sea surface heat loss and shallow the surface mixed layer, and also contributes to the sea surface temperature (SST) warming in the southern Arabian Sea by inhibiting entrainment. The weakened winds increase the SST along the Somali coast by inhibiting upwelling and zonal advection. The wind and net sea surface heat flux anomalies are not significant over the southwest Indian Ocean. During the antecedent stage of IOD events, the warming of the southern Arabian Sea is closely connected with the reduction of entrainment cooling caused by the Rossby waves and the weakened wind. With the appearance of an equatorial easterly wind anomaly, the warming of the southwest Indian Ocean is not only driven by weaker entrainment cooling caused by the Rossby waves, but also by the meridional heat transport carried by Ekman flow. The anomalous sea surface heat flux plays a key role to damp the warming of the west pole of the IOD.     

海温与中国黔东南季降水的相关分析

采用相关分析法分析了1960—2006年黔东南各季降水与海表温度SST的关系。结果表明:不同区域SST与不同季节降水的相关时间、相关程度有较大差异。印度洋B区和NINO W区SST对中国黔东南地区降水影响显著的月份较多,中、东太平洋SST与秋、冬季降水影响显著。春、冬季降水与印度洋B区和NINO W区SST相关最为显著;夏季降水与黑潮A区SST相关最为显著;秋季降水与中、东太平洋的NINO 3.4区和NINO综合区SST相关最显著。ENSO暖事件与发生年冬季和结束年秋、冬季以及结束年的翌年春、夏季降水关系较为密切,ENSO冷事件与发生年的冬季和结束年的秋季降水关系较为密切。     

影响东亚夏季风降水异常的前期海温信号

采用NCEP/NCAR大气再分析资料、HadISST海温数据以及中国东亚季风区的实测降水资料,探讨前期冬季海温与东亚夏季风之间的关系。研究表明,影响东亚夏季风异常的海温变化存在2个关键区,分别位于南印度洋中部和北太平洋东部,关键区的海温与东亚季风区的降水在长江中游有显著正相关,与东亚夏季风指数有显著负相关。基于此,定义了印-太海温指数。强海温指数年的南亚高压、索马里越赤道气流、西太平洋副高偏强,有利于东亚夏季风北进,中国大部降水偏多;弱海温指数年则相反。      

河北夏季降水异常的变化及其与环流和海温异常的可能联系

利用河北省及周边73个台站1961-2010年夏季降水资料、NCEP／NCAR再分析资料、NOAA太平洋海温资料,应用SVD等多种统计方法探讨了河北夏季降水异常变化及其与环流和同期及前期太平洋海表温度异常（SSTA）的可能联系.研究结果表明：河北省夏季降水异常存在全省一致和东北-西南相反两种模态;夏季欧亚地区500 hPa高度场表现为从西到东的负、正、负、正的遥相关型时,河北降水偏多,最明显的区域主要位于河北省的东部;夏季东北部多雨、其他地区（保定、邢台和衡水）干旱与北太平洋SSTA的PDO正位相、赤道中东太平洋SSTA的El Niño位相具有较好的耦合关系;最大协方差分析（MCA）的诊断显示,前期冬季北太平洋SSTA类似PDO正位相且赤道中东太平洋SSTA出现El Niño型态,对河北省夏季多雨（尤其是东北部地区）的预测具有较好的指示意义.夏季850 hPa上在我国东部地区表现出明显的偏北（南）风距平,不（有）利于南方暖湿水汽向北的输送,是造成河北夏季降水异常少（多）的主要因素.     

EFFECTS OF SPRING SOIL MOISTURE IN THE INDOCHINA PENINSULA ON SUMMER PRECIPITATION OVER THE SOUTH CHINA SEA AND ITS SURROUNDING AREAS: A SIMULATION STUDY FOR 1999

Using the regional climate model RegCM4.4.5, coupled with the land model CLM4.5, we investigated the effects of springtime soil moisture in the Indochina Peninsula on summer precipitation over the South China Sea and its surrounding areas in 1999. Results have indicated that there exists positive correlation between soil moisture and summer precipitation over the western Pacific Ocean and negative correlation between soil moisture and summer precipitation over the eastern Indian Ocean. Summer precipitation in the South China Sea and its surrounding areas responds to springtime soil moisture in the Indochina Peninsula (the northwest region is critical) because general atmospheric circulation is sensitive to the near-surface thermodynamic state. Increased (decreased) soil moisture would result in decreased (increased) local surface temperatures. Latitudinal, small-scale land–sea thermal differences would then result in northeasterly wind (southwesterly wind) anomalies in the upper layer and southwesterly wind (northeasterly wind) anomalies in the lower layer, which strengthen (weaken) monsoon development. As a result, precipitation would enter the Western Pacific region earlier (later), and water vapor over the eastern Indian Ocean would enter the South China Sea earlier (later), causing a precipitation reduction (increase) in the eastern Indian Ocean and increase (reduction) in the Western Pacific.     

ENSO事件与中国东南沿海3月降水关系分析

利用1951—2006年永安、赣州、厦门、梅州、汕头、曲江和河源7个代表站3月降水量资料,以及南方涛动指数（SOI）和北太平洋海温资料,分析了中国东南沿海3月降水的年际和年代际变化特征,及其与ENSO事件的关系。结果发现,东南沿海3月降水具有年际变化大和年代际变化明显的特征,与SOI、赤道东太平洋海温和西风漂流区海温存在显著相关。在前一年出现厄尔尼诺现象,北太平洋海温距平分布呈厄尔尼诺分布型,SOI偏低的情况下,东南沿海3月降水偏多;反之,前一年出现拉尼娜现象,北太平洋海温距平分布呈现拉尼娜分布型,SOI偏高时,东南沿海3月降水偏少。前期1月赤道东太平洋关键区海温和前期2月西风漂流区关键区海温的异常变化,对东南沿海3月降水具有很好的指示意义。当前期1月赤道东太平洋关键区海温偏高,前期2月西风漂流区关键区海温偏低时,东南沿海3月降水偏多;反之,东南沿海3月降水则偏少。     

加利福尼亚附近的海温强迫及其与北太平洋年代际振荡的可能联系

本文利用1958～2018年期间海表面温度（SST）异常和湍流热通量异常变化的关系,探讨了其与北太平洋年代际振荡（PDO）相关的年际和年代际时间尺度上在不同海域的海气相互作用特征。结果表明:在年际尺度上,黑潮—亲潮延伸区（KOE）表现为显著大气强迫海洋,赤道中东太平洋表现为显著海洋强迫大气;在年代际尺度上,PDO北中心表现为大气强迫海洋,加利福尼亚附近则表现为显著海洋强迫大气。进一步分析表明:加利福尼亚附近区域是北太平洋准12年振荡的关键区域之一,与PDO准十年的周期类似,加利福尼亚附近的冷（暖）海温对应其上有反气旋（气旋）型环流,赤道中太平洋海水上翻和北太平洋东部副热带区域经向风应力的变化是北太平洋准12年振荡的另外两个重要环节。     

北太平洋海温异常对中国东北地区旱涝的影响

文中利用 196 1～ 2 0 0 0年中国东北地区 80个测站 4 0a的月降水和同一时期的北太平洋海温资料以及奇异值分解 (SVD)技术 ,分析了北太平洋海温异常对中国东北地区夏季旱涝的影响。结果表明 :东北地区夏季降水与北太平洋海温异常之间存在着较为密切的联系 ,当前期冬季和春季甚至是前一年夏季赤道中东太平洋海温如果处于异常偏暖 (或偏冷 )状态 ,并且西风漂流区具有较明显的SST负 (或正 )距平分布时 ,则东北大部分地区夏季降水具有整体偏多 (或偏少 )的倾向。当然 ,东北地区降水与北太平洋海温异常之间的这种联系也并非是简单的一一对应的关系     

中低纬海气相互作用的耦合模态变化研究

利用1948—2003年的NCEP再分析资料和英国气象局Hadley气候预测和研究中心的海表面温度资料,从整体分析地球中低纬三大洋海气耦合系统的角度出发,使用SVD方法研究中低纬海气相互作用的耦合变化。结果表明,中低纬海气相互作用是一个有机的耦合整体,其变化不管从年际还是年代际上都存在耦合相关性,这一点给我们提出了一个新的研究全球范围海气耦合变化的思路。提取的海气耦合基本模态的正、负异常年份的海温和风场异常合成分析结果显示,当赤道东太平洋的海水偏暖时,热带印度洋和热带大西洋的海水也偏暖,热带西太平洋直至中纬度太平洋的海温总体偏冷。就印度洋而言非洲大陆以南30~50 °S的大片海区存在明显的海温负异常。北美洲大陆的东岸30 °N以北和南美洲大陆的东岸30 °S以南的海区都为明显的海温负异常。当赤道东太平洋的海水偏冷时各大海区的海温分布情况反之。      

初夏孟加拉湾东部降水异常对印度洋海温偶极子的触发作用

基于1982—2013年逐月NCEP资料及GODAS资料,采用回归分析、合成分析以及2.5层简化海洋模式数值模拟等方法,研究了热带东印度洋的大气和海洋过程对印度洋海温偶极子(IOD,Indian Ocean Dipole)东极(IODE,IOD East pole)海温异常的影响。结果表明,IODE海温异常的演变超前IOD西极(IODW,IOD West pole)海温异常的演变,并对IOD事件的生成和发展起到关键作用。初夏,来自阿拉伯海、中南半岛地区以及孟加拉湾西南部的水汽输送,导致孟加拉湾东部出现强降水。降水释放的潜热在热带东印度形成了一个跨越赤道的经向环流,有利于加强赤道东印度洋的过赤道气流,并在苏门答腊沿岸形成偏南风异常。该异常偏南风通过影响混合层垂向夹卷混合过程和纬向平流过程,导致IODE海温迅速下降。随后赤道东南印度洋异常东南风迅速增强以及赤道中印度洋东风异常的出现,增强了自东南印度洋向西印度洋的水汽输送,削弱了向孟加拉湾的水汽输送,使西南印度洋的降水增强,孟加拉湾东部的降水减弱。因此,IOD达到盛期前孟加拉湾东部的降水通过局地经向环流在苏门答腊沿岸形成偏南风异常,导致苏门答腊沿岸迅速的降温,并最终导致IOD事件的发生。