南半球风暴轴对冬夏季中纬度海温异常的响应特征

利用HadISST(Hadley Centre Global Sea Ice and Sea Surface Temperature)和20CRv2(Twentieth-Century Reanalysis dataset version 2)数据集,对1951—2000年南半球中纬度海表面温度(Sea Surface Temperature; SST)进行了经验正交函数分解(EOF),结合回归分析方法,分析了南半球风暴轴对冬夏季中纬度海温异常的响应特征。结果表明:南半球夏季SST第一模态表现为三极子型,南大西洋、南印度洋和南太平洋的SST暖异常能够使对流层低层涡动活动增强,体现在850 hPa涡动热量极向热通量增加,其最大值出现在南太平洋西部。南半球冬季SST第一模态表现为在南大西洋、南印度洋分布暖异常,在南太平洋中西部出现弱偶极子型SST异常,分别能够在局地增强和减弱对流层低层涡动活动,体现在增强和减弱,其大值区出现在南印度洋。进一步对大气斜压性和斜压能量转换的诊断结果表明,上述中纬度海温异常的存在能导致对流层低层出现一致性的斜压增强(减弱),进而加强(削弱)大气涡动活动。     

Stokes漂流对全球海表面温度模拟的影响

Stokes漂流对海洋上混合层中的流场和温度场结构具有不可忽视的作用。本文基于WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的海浪要素计算得到Stokes漂流,将其引入SBPOM模式的动量方程中,从体积输运的角度研究Stokes漂流对全球海表面温度的影响。分析发现Stokes漂流与Stokes输运在全球呈现高纬度强于中低纬度的带状分布特征,且这种流动与输运对全球海表面温度具有降温作用,该降温作用的分布与全球Stokes输运强度相对应,高纬降温作用大于中低纬度,特别是南极绕极流海域平均降温明显大于其余海域,最大降温可达1.5℃,且全球月平均降温超过0.1℃。     

海气界面热通量交换对南海深水海盆SST持续增暖的可能贡献

20世纪后50年南海深水海盆SST持续增暖了0.64℃,为了探究其持续增暖的机制,使用IPCC模式比较试验CGCM3.1(T47)、CGCM3.1(T63)、CSIRO-Mk3.0、GFDL CM2.0这4个模式输出资料中的辐射通量、湍流热通量、比湿、风、云量、气温、海平面气压及海温数据,计算了各海洋、气象要素的变化趋势,估算了热通量各分量,发现20世纪后50年期间SST的持续增暖似乎不能依据海面热通量的变化来解释。主要证据如下:夏季风的减弱使得海面潜热减少了约4.9W/m2,但由于海温升高、蒸发加强又使潜热增多了大约同样的值,使得夏季南海深水海盆总的潜热通量变化较小;夏季大气水汽含量的增多促使海面长波辐射增多了约1.8 W/m2,加上感热通量等变化的效应,海洋净得热增多了约3.0 W/m2;但是,20世纪后50年内冬季风的增强和冬季海温升高致使海洋潜热增多了约7.3 W/m2。由于20世纪后50年潜热释放大于海面长波辐射增多,无法只用海面热通量解释SST持续增暖现象,指出了南海海洋动力过程可能在维持南海深水海盆50年来SST持续增暖中的重要性。     

中国远洋作业渔场海表温度异常年际变动分析

基于美国国家海洋大气局(NOAA)气候预测中心月平均SST资料,利用时间序列的统计学特征分析了中国7个主要远洋作业渔场1982~2011年海表温度异常(SSTA)年际变动,用功率谱方法计算时间序列的显著变动周期,并用相关分析探讨了去除趋势项后的SSTA与南方涛动指数(Southern Oscillation Index,SOI)的相关性。结果表明,1982~2011年中国主要远洋作业渔场SSTA为–0.3~0.3℃,波动周期约为3~4 a,平均SSTA总体呈现上升趋势,与SOI存在显著的相关性(r=–0.509),说明渔场的SSTA与ENSO事件有着密切联系;从渔场SSTA升降趋势来看,除了东太平洋和东南太平洋SSTA出现下降趋势,其余渔场的SSTA均有一定程度的上升,其中西北太平洋SSTA上升最为显著;从渔场SSTA的变化周期来看,东太平洋和西南大西洋的SSTA变化周期为3~4 a,东南太平洋为4 a,西太平洋为5 a,其余的短期周期性较不明显,约为10 a;与SOI时间序列进行相关分析得到,东太平洋、中大西洋以及西南大西洋均与SOI存在显著的相关性,相关系数分别为–0.895、0.471和–0.598,其余渔场与SOI无显著相关。通过各渔场间的对比得到以下特征:赤道附近海域东太平洋SSTA变化往往与西太平洋和中大西洋反相,而与印度洋同相;中纬度海域的3个渔场中,南半球中纬度渔场温度变化要比北半球中纬度渔场小;东、西印度洋SSTA存在显著相关性,印度洋内部SSTA正负变化情况基本一致。     

南太平洋大气和海洋年代际变化与冷空气关系的研究

本文分析了美国国家环境预报中心和气象研究中心(NCEP／NCAR)1958—1997年的月平均资料和海表面温度异常资料(JONES，1994)，发现南太平洋大气和海洋及赤道东太平洋中存在明显的年代际时间尺度的变化，1972年以前，副热带海区大气旋度场与海表面温度(SST)的变化同步，大气中的变化超前于海洋的变化；1972年以后到90年代初，该海区大气旋度场与海表面温度(SST)的变化趋势相反。研究发现南半球中低纬度之间热量的交换程度与副热带海区年代际时间尺度的变化具有明显的关系，说明南半球大气热通量的经向输送有可能是影响海洋年代际变化的原因之一。相关分析表明，对赤道东太平洋年代际变化的影响海区在南太平洋副热带海区，主要位于南纬20度和25度附近。     

赤道太平洋西风爆发事件的时空特征

赤道太平洋西风爆发事件(简称“西风事件”)对厄尔尼诺有重要的触发作用。基于ERA-Interim和NCEP2(NCEP-DOE Reanalysis 2)风场资料以及OI(NOAA OI SST V2 High Resolution Dataset)海表面温度资料, 本文对西风事件的时空特征进行了研究诊断, 并初步分析了ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)对西风事件的影响。结果显示, 西风事件发展初期主要集中在中西部太平洋, 季节性变化表现为冬春季较强, 夏秋季较弱。西风事件频次和强度都有一定的年际变化特征, 其中中太平洋西风事件的强度与ENSO信号的关系更紧密。当Ni?o3.4指数大于1 ℃时, 西风事件的频次和强度与ENSO信号相关性好; 当Ni?o3.4指数小于1 ℃时, 西风事件频次的随机性增加, 但其强度仍受到赤道中东太平洋海温异常信号的制约。     

南半球风暴路径的加强与南北扩张

基于NCEP/NCAR再分析资料,分析了近60年来南半球300hPa风暴路径的变化趋势。研究发现,1956—2015年期间,南半球风暴路径出现了较为明显的增强趋势,尤其是在中高纬地区最为显著。通过构造的风暴路径边界指数,发现南半球风暴路径的北界和南界分别存在向赤道和向极的扩张趋势,其中以南界向极偏移趋势最为明显,整个南半球风暴活动带变得更加宽阔和靠近极地。作为风暴路径获取能量的主要来源,背景场西风急流以及下垫面海表面温度的变化对其强弱和位置变化有显著影响,南半球西风急流南强北弱和海表面温度南冷北暖的变化趋势,是南半球风暴路径增强和扩张的重要原因。     

冬季北太平洋NPGO模态和NPO模态的耦合特征分析

利用EOF分解和SVD分解方法,揭示了冬季北太平洋的海平面气压和海表面温度的主要模态,并利用统计方法对第二耦合模态的耦合特征进行了解释。结果表明,SLPA和SSTA的第二模态为NPO模态和NPGO模态,第二耦合模态的空间结构反映了中纬度北太平洋中西部是两者相互作用的关键区域;时间变化趋势表明北太平洋大气和海洋的第二耦合模态正在由高频变化转换为低频变化,且SLPA上表现出的气候迁移要早于SSTA;NPGO模态与海表西风EOF分解的第二模态密切相关,这反映了NPO模态通过海表面西风异常影响着NPGO模态的结构。     

热带西太平洋海－气热量交换研究

本文根据TOGA研究计划第1、2、3、8共4个航次考察结果,对热带西太平洋海-气热量交换进行了分析.结果表明,1986-1987年埃尔尼诺事件发生前,热带西太平洋海-气热量交换非常强烈,埃尔尼诺事件发生后,海-气热量交换反而减弱;在台风环流内,海-气热量交换也非常强烈.热带西太平洋对大气加热场的变化与海表面温度的变化并不一致;1986-1987年埃尔尼诺事件发生时,不但中太平洋水温异常增暖,同时西太平洋西部洋域表层水也在增暖;热带太平洋信风的加强对热带西太平洋暖池的建立和热带太平洋西风的爆发导致1986-1987年埃尔尼诺事件的发生似乎是至关重要的,西风爆发首先出现在中太平洋热带海域,然后逐渐往西扩展;西太平洋热带海域主要以潜热的方式把热量输送给大气.潜热加热效应在低纬度热带海洋上的极大值均与热带天气系统的活动有紧密联系.大气主要是从热带西太平洋洋域获得热量.     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。