西太平洋暖池区海温异常对冬季环流影响的数值研究

应用全球气候模式就西太平洋暖池区冬季海温异常对冬季大气环流及东亚冬季风的影响问题进行了数值试验.结果表明;西太平洋暖池区海温异常可以引起太平洋中东部Walker环流加强并使其位置东移.同时,增温区附近两半球的Hadley环流也明显增强,增温区附近的上升运动及副热带地区的下沉运动均更加明显.在反常加热区附近有自热带向中高纬度传播的波列出现,从而把海温变化的影响传播到全球.西太平洋暖池区海温异常对副热带高压、西风急流、西风带槽脊强度及位置分布均有重大影响,并造成全球高度场、温度及风场的变化,它使增温区两侧的副热带高压加强并向极地一侧移动,促使西风急流加强并北移,使东亚大槽北缩,并增大高纬与热带之间的热力差异.暧池区海温的异常升高使东亚冬季风减弱,我国大部分地区增暖.     

北半球海温对中期天气影响的数值研究

本文利用一个能考虑包括地形和海温作用,边界层作用,潜热、云和辐射作用,以及积云对流等在内的较完整物理过程的五层的水平截断42个波的较高分辨率的改进的T_42L5谱模式,以1982年7月1日12时(GMT)的客观分析场为初始场,采用三种不同的海表温度取值方案(A)、(B)和(C),分别进行5天中期数值预报试验,以研究不同的海温取值以及海温增暖对初夏北半球大气环流的影响。方案(A)和(C)分别为模式海温取多年平均的7月海温和多年平均的年平均海温,方案(B)是在大西洋取多年平均的年平均海温而在太平洋取多年平均的7月海温。结果表明:(1)海温对北半球大气环流有重要作用,随着预报时效的增长而增加,方案(A)和方案(C)的r值(模式预报的倾向和对应的实况倾向之间相关系数)之差,在预报的第2天和第5天分别可达到2%和7%以上。方案(A)的r值保持着比方案(C)高,模式用较真实海温,能改进预报结果。(2)初夏北半球海温增暖,会在北半球的里海至乌拉尔地区,青藏高原北部至贝加尔湖一带,北美大陆西北部等在中期内形成明显的等压面高度增高区,其中300hPa高度可增高100m,也明显有利于北半球海洋副高加强,对这一时段内北半球季节性转换有重要影响。(3)北太平洋海温的初夏增暖过程,短期内在北太平洋两岸的北美洲的西北部和亚洲的东北部以及北太平洋先产生影响.5天之内,在青藏高原北部至贝加尔湖地区,北美大陆的西北部造成明显的增高区,在300hPa的增高中心可达80m以上.北大西洋海温的初夏增暖在预报的第2天内,首先在乌拉尔一带及北大西洋一些地区的等压面高度增高,5天之内,里海至乌拉尔一带的300hPa高度场可增高80 m以上,也有利两大洋的副高增强,以及北大西洋东南部及日本海低压加深.(4)北半球海温增暖有利于加强北半球的经向环流,特别是在中低纬地区.     

Impact of anomalous latitudinal position of western pacific subtropical high on climate change in midsummer in China

利用1951-2008年全国160站盛夏(7-8月)气温和降水资料、北半球500hPa高度场和北太平洋海温场资料及相关环流特征指数资料,分析了盛夏(7-8月)西太平洋副高东西位置异常变化对我国气候的影响及其与北半球500hPa大气环流和北太平洋海温的关系.发现:盛夏副高东西位置异常偏西年主要集中出现在上世纪90年代和60年代,异常偏东年则集中出现在80年代、70年代和90年代.盛夏副高东西位置与长江流域及其以南地区气温存在着很好的负相关关系,与长江流域及其以北地区降水表现为负相关,与江南和华南地区降水表现为正相关.盛夏副高东西位置异常变化与北半球大范围环流形势调整相联系;前期春季(4-5月)北半球各副高单体强度变化,对盛夏副高东西位置变化具有很好的预测指示性.前期9-3月NINO4区和NINO3区海温,尤其是前期3月NINO4区海温,前期1月NINO3区海温对盛夏副高东西位置异常变化也具有很好的指示意义.     

太平洋沃克环流近几十年来的加强

太平洋沃克环流的强度随全球变暖而减弱,但有研究表明近几十年太平洋沃克环流呈增强趋势,两者是否矛盾?文章用1979年至2014年的再分析数据资料分析了近几十年来太平洋沃克环流强度的变化特征,各要素场均表明太平洋沃克环流的强度在过去几十年呈显著的增强趋势,且太平洋沃克环流的强度在年际变化尺度上与ENSO相关性很强。之前有关太平洋沃克环流的研究多局限于太平洋海盆内部,文章通过印太三极模态理论对太平洋沃克环流的年代际变化进行解释。研究发现,印度洋沃克环流与太平洋沃克环流存在同样的增强趋势。印太暖池海温、印度洋?太平洋沃克环流及海洋性大陆区域上升运动组成了一个简单的反馈系统,暖池海温的升高使海洋性大陆区域大气辐聚上升运动增强,两沃克环流随之增强;底层纬向风的增强使暖池区域的暖水堆积增多,从而使暖池区海温进一步升高,两沃克环流也进一步增强。同时近几十年太平洋年代际振荡(PDO)由暖位相到冷位相的转换导致中东太平洋海温降低,暖池增暖及中东太平洋变冷使太平洋海温梯度增加,最终导致太平洋沃克环流过去几十年的增强。     

北赤道流区海温异常与ENSO循环

应用热带太平洋上层XBT温度资料，分析探讨了西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的变化规律，揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的机制。分析表明，西太平洋暖池区的次表层海温异常冷暖与太平洋北赤道流的海温冷暖异常信号西传有重要关系。北赤道流的海温异常冷(暖)信号是沿温跃层由赤道中东太平洋潜沉向西太平洋暖池区传播，对暖池区域次表层海温场产生重要影响。这一传播过程与西太平洋次表层海温异常暖(冷)信号向赤道中东太平洋传播，构成了热带海洋信号的气旋式“信号通道”。在这一“信号通道”中，北赤道流的海温异常信号西传是导致西太平洋暖池区及西太平洋次表层海温异常的重要机制，是影响El Nifio和La Nifia事件发生的关键。     

从全球海平面气压场的变化分析埃尔尼诺形成的大气环流条件

本文根据南北半球(60°N-50°S)月平均海平面气压图,研究了赤道东太平洋(0°-10°S,180°-90°W)海表温度与前期12个月各月大气环流异常的关系,发现无论是南半球还是北半球,均是冬季大气环流对以后的海温变化影响大.又对比了埃尔尼诺年及反埃尔尼诺年前期大气环流的差异,如以接近埃尔尼诺峰值的11月为例,则在此之前的12个月内,大气环流的影响可分为三个阶段.第一个阶段自上一年11月至当年1月,与海温相关最大的地区在北半球的大陆上;第二个阶段自2月至5月,为过渡阶段,相关区不稳定,但大部分显著相关区在南半球;第三个阶段自6月到10月,为加强影响阶段,相关区稳定在南半球,反映出南方涛动的特征.最后对环流异常影响埃尔尼诺的物理过程进行了讨论.     

夏季赤道中东太平洋海温和北极海冰异常对大气环流影响的数值模拟

利用菱形截断15波的9层全球大气环流谱模式设计了若干数值试验,分别研究了赤道中东太平洋海温偏暖、北极不同区域海冰偏多以及海温偏暖同时海冰偏多对夏季北半球大气环流的影响,结果表明北极海冰偏多和赤道中东太平洋海温偏暖,对夏季北半球大气环流具有同等效应,海冰和赤道海温任何一方的变异均可显着影响大气环流,其中亚洲-北美型和欧亚型遥相关是极冰和赤道海温影响北半球夏季大气环流异常的主要动力学途径。本文结果再一次证实了赤道和极地之间的热力差是决定大气环流的最基本因子。     

赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响

本文利用1967-1985年间,西太平洋137°E剖面(34°N-1°S)的深层海温调查资料及500hPa月平均图,首先分析了该剖面上深层海温变化的分布结构和年际变率特征,发现西太平洋赤道暖池温跃层(取纬度4°-8°N,厚度75-200米)海温年际间的变化与赤道逆流流量呈反位相的关系,在埃尔尼诺年期间,赤道逆流(自西向东)加强,赤道暖池温跃层海温下降.当埃尔尼诺结束时,赤道逆流流量迅速减小、温跃层海温上升在此基础上进一步研究了赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响,发现赤道暖池温跃层海温与低纬大气的关系比赤道东太平洋海表温度要明显,尤其是对夏季低纬大气和副热带高压强弱的关系更为密切,这一统计事实说明,赤道暖池温跃层海温的变化可能是影响低纬大气环流异常变化的重要热源.     

印度洋-太平洋暖池季节变化及其相应的大气环流形式

首先通过对英国大气科学数据中心海表面温度资料和Levitus随深度变化的海温资料的分析,给出了印度洋-太平洋暖池季节变化的详细描述.另外,利用NCEP/NCAR再分析大气资料中的风场数据,采取将水平风场分量分解为无辐散分量和无旋分量的方法,分析了相应于暖池季节变化的大气环流形式.得到了这样的结论：第一,印度洋-太平洋暖池的位置随季节变化南北移动;暖池面积在北半球的5月和9月达到两个极大值;无论就海表面温度还是深度而言,该暖池分别存在一或两个强度中心.第二,尽管印度洋-太平洋暖池中间被南亚大陆所间隔,但是暖池上空对流层大气运动对于暖池的季节变化却是作为一个整体响应的.     

初夏南海海温对华南降水影响的数值模拟

本文采用P-σ五层原始方程模式以气候统计分析结果为依据就6月份南海海温对华南地区降水的影响进行了数值模拟.试验结果表明,由于南海的海表温度增暖,华南地区低层有水汽辐合,并有较强的上升运动配置,使该地区降水增加.同时东亚季风环流也随之加强,整个东亚高、低层都呈现有利于华南地区降水增加的环流形势.在低层,由于南海海温增暖,使越过中南半岛的西南季风和110°E附近的越赤道气流都得到加强,从而增加了向南海及华南地区的水汽输送.在高层,南亚高压呈“东部型”,在我国大陆上空得到加强.     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

热带海洋SST与北半球大气环流的低频振荡特征

采用复经验正交函数展开（ＣＥＯＦ）等方法研究了热带海洋海表温度异常（ＳＳＴＡ）和北半球５００ｈＰａ高度场异常（Ｈ５００）的甚低频（ＬＦ）和准两年（ＱＢ）两种低频振荡空间振幅和位相变化,发现ＳＳＴＡ变化信号在热带西太平洋最先出现,其后是热带中东太平洋,最后是热带中东太平洋,最后是热带印度洋和南海。副热带中西太平洋Ｈ５００滞后于中东太平洋ＳＳＴＡ １￣２月,Ｈ５００的ＬＦ分量从副热带中西太平洋经西北太     

ENSO事件次表层海温的两个模态及其对大气环流的影响

利用SODA海洋同化资料和NCEP再分析大气资料,分析了热带太平洋次表层海温异常(subsurfaceoceantemperatureanomaly,SOTA)与厄尔尼诺与南方涛动(ElNi?o-SouthernOscillation,ENSO)循环的联系,及SOTA对大气环流的影响。回顾传统ENSO研究,指出存在的问题,提出了ENSO影响大气研究的新思路,得到以下结果:(1)以SOTA为基本资料的研究发现, ENSO事件有两个模态,主要出现在冬季的第一模态对冬季及夏季亚洲-北太平洋-北美地区上空中高纬大气环流有重要影响,主要出现在夏季的第二模态对该地区上空夏季热带和副热带大气系统有重要作用。(2)ENSO事件通过与ENSO相联系的热带太平洋海面温度异常(ENSO-relatedseasurface temperatureanomaly,RSSTA)对大气的异常热通量输送,强迫Walker环流和Hadley环流变化,导致热带和北太平洋及周边地区上空大气环流异常,进而影响相关地区冬季和夏季的气候。(3)海表面温度异常(seasurfacetemperatureanomaly,SSTA)包含RSSTA和大气异常导致的海温变化(sea temperature anomaly caused by atmospheric anomaly, STA)两部分, RSSTA是ENSO事件过程中海洋内部热动力结构调整导致的海面温度变化,在海洋对大气的热输送过程中,它随ENSO事件演变不断更新;STA是大气受RSSTA海洋异常加热后导致的大气环流异常对海面温度的影响,在海洋浅表层STA对RSSTA有重大影响。本文最后讨论了ENSO事件期间热带海洋对大气热输送过程,指出ENSO事件通过海洋内部热动力结构调整产生RSSTA,它直接对大气异常加热,导致大气环流和气候异常,局地海气之间负反馈过程产生STA,反过来抑制RSSTA。结果还指出,人们常用的SSTA变率实际上主要由秋冬季节RSSTA主导,丢失了春夏季ENSO信息,用SSTA研究ENSO事件存在局限性,这也可能是ENSO事件春季预报障碍的原因之一。     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

ENSO期热带太平洋和印度洋海温异常对亚洲夏季风变异影响的数值研究

本文采用ＡＧＣＭ研究了ＥＮＳＯ期间热带太在和印度洋ＳＳＴＡ对亚洲夏季风变异影响的特点和相对重要性。     

太平洋-印度洋暖池次表层水温与南海夏季风爆发

为探索太平洋—印度洋热带海域次表层水温对南海季风的影响，用Argo剖面浮标等实测资料，分析了太平洋—印度洋暖池次表层水温异常对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬季，太—印暖池次表层水温偏暖（冷）时，翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。太—印暖池次表层水温偏暖，可能引起Walker环流加强，西太平洋副热带高压偏弱，中心位置偏北偏东，南海和西太平洋上空对流层下层有气旋性距平环流出现，有利于低空西到西南气流的加强，导致南海夏季风爆发偏早；太—印暖池次表层水温偏冷，可能引起Walker环流东移并减弱，西太平洋副热带高压偏强，中心位置偏南偏西，南海和西太平洋上空对流层下层有反旋性距平环流出现，不利于低空西到西南气流的加强，导致南海夏季风爆发偏晚。结论：冬季，太—印暖池次表层水温偏暖（冷），翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。     

北半球热带中太平洋与印度洋海表温度梯度对夏季西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响

基于1951—2018年哈德里中心海温资料、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析资料和第四代欧洲中心汉堡模式, 针对1994年、2018年等西北太平洋热带气旋(TC)生成异常多的年份, 研究了引起TC增加的海表温度异常(SSTA)模态及其影响机制。结果表明, 北半球热带中太平洋增暖与印度洋变冷是夏季西北太平洋TC生成频数增加的主要原因, 北大西洋负三极型式SSTA促使TC生成的进一步增加。热带中太平洋增暖与印度洋冷却在菲律宾以东激发出西风异常和气旋性环流异常。北大西洋负三极型式SSTA在我国南海、菲律宾至东南沿岸激发出气旋性环流异常。前者在西北太平洋中部, 后者在南海产生有利于TC生成的局地环境。1994年和2018年夏季热带中太平洋出现暖SSTA、印度洋为冷SSTA、北大西洋呈现负三极型式SSTA, 西北太平洋TC生成频数极端增多。近30年来, 当出现热带中太平洋增暖和印度洋冷却时, 北大西洋表现出比1989年以前更强的负三极型式SSTA, 使西北太平洋TC生成频数和北半球热带印度洋-太平洋SSTA梯度的线性相关更显著。     

印尼海道的两度关闭与西太平洋暖池的形成和兴衰

世界海洋表层水温最高的西太平洋暖池,是全球驱动大气环流的最大热源之一,也是全球热盐环流传输带的热源。新生代晚期印尼海道的关闭是暖池得以形成的基本条件。在印尼海道区划出了对印度尼西亚穿越流起阻挡作用的5道屏障,分析了5道屏障的形成过程和年代,据此提出了印尼海道两度关闭的模式。板块运动导致印尼海道关闭,有利于暖池发展,同时也存在不利的负面影响,本区构造运动对暖池的演变具有特有的双向复合控制作用;由此出发勾勒了近1000多万年来西太平洋暖池的形成和兴衰史：11～9MaBP为原始暖池形成期,9～6MaBP为暖池演化的第一衰退期,6MaBP以来为现代暖池的孕育和发展期,其间在1～0.2MaBP穿插着暖池演化的第二衰退期。上述暖池兴衰史的演化模式,得到了暖池区ODP1143站浮游有孔虫组合所反映的古海水温跃层深度的验证。     

东亚冬季风与海温在年际尺度上的耦合关系分析

利用NCEP NCAR 1950-1999年逐月再分析资料和奇异值分解(SVD)、相关分析等统计方法．分析了东亚冬季风和印度洋太平洋海温在年际尺度上的耦合关系。结果表明，在年际变化尺度上．SVD分解出来的第1模态反映了东亚冬季风与同期太平洋海温之间的主要相互耦合关系，即强(弱)的东亚冬季风对应类似La Nina(El Nino)型的海温距平分布；超前东亚冬季风两个月左右的赤道尔太平洋正(负)海温异常对后期弱(强)东亚冬季风的遥相关影响作用最显著．而弱(强)的东亚冬季风异常则对同期及落后1个月左右的南海正(负)海温异常的强迫影响作用最直接，最显著：东亚冬季风指数与落后1个月左右的热带西太平洋海温有最好的负相关关系，而与同期的热带西印度洋海温有最显著的正相关关系。     

热带西太平洋暖池的某些海洋学特征分析

热带西太平洋暧池幅员广阔,是全球大洋表层温度(SST)最高的海域(Philander,1990),也是全球大气运动最主要的热源地,它的维持和变化对全球天气和气候的变化起着关键性的作用。 近年来,热带西太平洋暖池已成为科学家关注的热点研究课题。随着多项国际性实验研究在暖池域的开展,许多学者对热带西太平洋暖池的形成机制、与ENSO的关系,以及暖池的变化对东亚气候的影响等方面进行了研究,取得了一些有意义的成果。然而迄今有关热带西太平洋暖池本身主要特征的研究却较少,除Wyrtki(1989)和Luksa等(1987)对暖池的某些特征作过初步研究外,尚未见有专文报道。本文利用1950-1990年间的1，7月SST资料,冬、夏季137°E(1967-1992)断面和夏季155°E(1972-1979,1987-1991)断面的观测结果以及其它有关资料,对热带西太平洋暖池的主要海洋学特征进行分析,以期对暖池的特征进行更深入的探讨。 目前在现有的实测资料分析中对暖池并没有一个统一的定义。本文关于暖池的定义采用Wyrtki(1989)提出的标准,即热带西太平洋暖池是指热带太平洋西部水温高于28℃的暖水域,它的边界除西部以菲律宾至新几内亚的岛群连线为界外,均以28℃等温线确定。