太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的长期变化(二)

本文通过统计学相关分析,讨论了西太平洋低纬地区经圈环流强度、西北太平洋副热带高压的长期变化与赤道太平洋东部海温场、热带太平洋西部—南海海温场之间的耦合关系。 结果表明,赤道太平洋东部海温异常是西太平洋低纬地区经圈环流强度长期变化的主要原因之一。赤道太平洋东部海温的异常,通过西太平洋低纬地区经圈环流强度的异常响应,影响西北太平洋500hPa副高以及南海海温的长期变化。很有可能,东北太平洋中高纬度西风带西风强度与赤道海温的遥相关,是通过西太平洋低纬地区哈特莱环流向北的角动量和热量输送而实现的。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

南印度洋偶极子及其影响研究进展

回顾了对南印度洋副热带海气相互作用的研究,总结了南印度洋偶极子事件背景下的气候变化。印度洋海表温度的方差表明南印度洋是整个印度洋海温变率最强的区域,年际海温变化最显著的特征就是海温呈现西南—东北向的偶极子型分布,被称为南印度洋偶极子(Southern Indian Ocean Dipole, SIOD)。南印度洋海温偶极子的形成主要是受大尺度大气环流调整的影响。南印度洋副热带反气旋环流异常引起了印度洋热带东风异常和副热带西风异常的变化,影响了潜热通量、上升流和Ekman热输送,进而引起了海温变化。SIOD对热带和热带外大气环流也有影响,尤其会影响亚洲夏季风降水异常,例如我国的降水异常和南印度洋偶极子海温异常具有显著相关关系。此外,SIOD模态所引起的经向环流异常与南海、菲律宾地区的反气旋环流异常也有紧密联系。     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。     

热带地区积云对流的长期变化特征

使用１９７９年１月至１９８４年１２月向外长波辐射（ＯＬＲ）资料，对热带地区积云对流的长期变化特征进行了研究。结果表明：热带地区积云对流活动存在显著的季节变化，冬季积云对流区主要是东西向，位于南印度洋和西太平洋的近赤道地区；夏季则北移至北印度洋和菲律宾附近的西太平洋地区。低纬地区积云对流活动存在明显的季节性位移，北印度洋地区的积云对流活动主要集中在５—１０月，７—８月位置最北；北半球热带西太平洋地区的积云对流活动则主要集中在６—１１月，８—９月位置最北。标准差分析表明，冬季北半球热带西太平洋、赤道中太平洋及热带印度洋东部地区积云对流的年际变化最明显。经验正交函数（ＥＯＦ）分析的主要空间型反映了赤道中太平洋、热带西太平洋、阿拉伯海和副热带西太平洋地区的积云对流活动存在一定的关系。结合遥相关计算还表明秋云对流存在４种遥相关型，即２种东西向偶极型涛动型、西太平洋型和北印度洋型。     

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。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

东北太平洋冬季风的异常与埃尔尼诺

东太平洋南美沿岸热带地区海温的经向季节性变化十分显著.冬季中高纬地区的冷水南侵,赤道北侧的暖水带南移造成暖水浸入赤道南,造成南美沿岸的海温升高.本文指出海温的季节变化受东北太平洋冬季风影响十分明显,埃尔尼诺发生年和次一年冬季,持续偏强的东北风对于冬季赤道北暖水的南浸,进而对埃尔尼诺的发生、发展和维持起着重要作用.     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.     

春季青藏高原感热通量对不同海区海温强迫的响应及其对我国东部降水的影响

本文利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量资料,研究了1981-2010年青藏高原春季地表感热通量的年际变率与前期不同海区海温强迫的联系,以及这种联系对我国东部降水可能造成的影响。结果表明,春季青藏高原地表感热通量的年际变化有两个主要的模态,分别与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系。与冬季ENSO事件相应的赤道中东太平洋海温强迫可以激发一个向极向西的波列,通过改变青藏高原南侧的环流和降水异常,形成一个纬向偶极型分布的高原感热第一模态,其对应的时间序列主要表现为准5 a的振荡,与ENSO事件的周期较为吻合;而春季印度洋的三极型海温分布可以强迫出一个跨越南北半球的波列,使青藏高原主体表现为东风异常,减弱背景西风,从而形成一个青藏高原主体与周围反相关的回字形感热第二模态,其主要呈现5~7 a的振荡周期。ENSO事件以及印度洋海温分布分别与青藏高原春季感热两个主模态相联系,并且冬春季海温与高原春季感热主模态对我国东部春季降水有协同影响,对于我国北方降水异常而言,高原的贡献相对海洋更重要。     

山东夏季不同雨型的前期异常大气环流及海温场特征

采用合成分析原理,研究了山东夏季降水不同分布型的前期冬、春季大气环流及前期秋、冬、春季海温场特征。结果表明,不同降水分布型在前期的大气环流及海温场中表现出了较大差异,同多型表现为欧亚中高纬环流由前冬12月的纬向型,隆冬到初春转为经向型,西太平洋副高隆冬到初春偏弱,春季4—5月转为偏强,海温场则表现为赤道中东太平洋地区前期秋冬季的暖水位相到春季减弱或转换为冷水位相;而同少型则基本相反;东多西少型前期冬春季西太平洋副高持续偏弱,欧亚中高纬和北美地区盛行经向环流,海温场上则表现为从上年秋冬季为拉尼娜状态,而春季明显减弱;西多东少型基本相反。     

How does the Indian Ocean subtropical dipole trigger the tropical Indian Ocean dipole via the Mascarene high？

The variation in the Indian Ocean is investigated using Hadley center sea surface temperature(SST)data during the period 1958–2010.All the first empirical orthogonal function(EOF)modes of the SST anomalies(SSTA)in different domains represent the basin-wide warming and are closely related to the Pacific El Ni o–Southern Oscillation(ENSO)phenomenon.Further examination suggests that the impact of ENSO on the tropical Indian Ocean is stronger than that on the southern Indian Ocean.The second EOF modes in different domains show different features.It shows a clear east-west SSTA dipole pattern in the tropical Indian Ocean(Indian Ocean dipole,IOD),and a southwest-northeast SSTA dipole in the southern Indian Ocean(Indian Ocean subtropical dipole,IOSD).It is further revealed that the IOSD is also the main structure of the second EOF mode on the whole basin-scale,in which the IOD pattern does not appear.A correlation analysis indicates that an IOSD event observed during the austral summer is highly correlated to the IOD event peaking about 9 months later.One of the possible physical mechanisms underlying this highly significant statistical relationship is proposed.The IOSD and the IOD can occur in sequence with the help of the Mascarene high.The SSTA in the southwestern Indian Ocean persists for several seasons after the mature phase of the IOSD event,likely due to the positive wind–evaporation–SST feedback mechanism.The Mascarene high will be weakened or intensified by this SSTA,which can affect the atmosphere in the tropical region by teleconnection.The pressure gradient between the Mascarene high and the monsoon trough in the tropical Indian Ocean increases(decreases).Hence,an anticyclone(cyclone)circulation appears over the Arabian Sea-India continent.The easterly or westerly anomalies appear in the equatorial Indian Ocean,inducing the onset stage of the IOD.This study shows that the SSTA associated with the IOSD can lead to the onset of IOD with the aid of atmosphere circulation and also explains why some IOD events in the tropical tend to be followed by IOSD in the southern Indian Ocean.     

北太平洋海温与福建后汛期降水量的关系

本文应用奇异值分解方法给出同期和前期北太平洋海温与福建后汛期降水量相互匹配的空间典型分布型．分析结果表明，无论同期还是前期北太平洋海温与福建后汛期降水量之间均存在着清晰的遥相关．同期的赤道中东太平洋海温异常增高、日本以东洋面海温偏低，福建后汛期降水量偏少；另外，闽南地区后汛期降水量与同期NINO西海区和黑潮海区的海温成正相关关系．冬、春季出现厄尔尼诺现象时，次年福建尤其是闽南沿海后汛期降水量将偏少．     

El Niño对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Niño事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Niño不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Niño发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Niño成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Niño衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Niño影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

西太平洋副热带高压与海表温度的关系

利用超前滞后相关分析研究了西太平洋副热带高压与海表面温度异常的关系。选取各关键海区分析海温与西太副高在不同时段上的超前滞后相关, 结果表明，冬季东太平洋海温与滞后其2—3个月的副高异常达最大正相关，热带印度洋海温异常与冬季同期副高异常的正相关最显著；西太平洋海温在冬春季与同期的副高负相关最显著；北太平洋海温在冬春季滞后副高1—2个月时存在负相关，大西洋暖池区6月与西太副高的同期正相关最大；对南太平洋来说，冬季的西太副高与从前秋到春季的SST都存在最大负相关。海表温度的异常主要解释冬春季的西太副高异常，而对于夏秋季副热带高压，SST的作用比较有限     

南印度洋SST与南亚季风环流年代际变化的研究

利用美国NCEP全球大气再分析资料和JONES全球海表面温度异常(SSTA)资料，分析了南印度洋SSTA和南亚季风环流年代际变化的特征。研究发现，无论是南印度洋副热带海水辐合区的SST还是赤道以北非洲西海岸附近上升运动海区的SST的长期变化趋势，除了准3-5年的变化以外，还存在着明显的年代际的变化。对于全球最显著南亚季风环流的分析表明，南亚季风环流也存在明显的年代际时间尺度的变化。与南太平洋SST的年代际变化相比，南印度洋SST的变化周期要相对短一些。通过分析南半球冷空气年代际活动的特征发现，冷空气与南印度洋SST年代际时间尺度的变化具有密切的联系。     

热带海表面温度长期变化与中国降水异常的联系

用奇异谱分析（ＳＳＡ）揭示了１９５１～１９８９年期间全球热带海陆面温度旋转空间分布型主要的长期振荡过程及其对北半球５００ｈＰａ环流和中国降水的影响,结果表明全球热带海陆面温度存在四种显著的旋转空间分布型：ＥＮＳＯ、ＮＡＵ、ＴＡＬ、ＳＡ型,其活动区域分别在赤道中东太平洋和印度洋,澳大利亚北部洋面、热带大西洋、中国南海附近,重要长期变化分别表现为线笥增加、减少,３５年左右和６～８年周期振荡,中国降水场的主要响应区域在华北、长江中下游、西北和东北地区、江淮下地区,它是由热带这四种不同区域热源异常与不同时间尺度的大气环汉变化之间的相互作用结果,同时,由旋转奇异异值分解（ＲＳＶＤ）研究了前期冬季太平洋海温和夏季中国降水量主要耦合相关型及其长期变化特征,发现前期冬季赤道中东太平洋大民尺度海温异常对后期夏季中国降水影响不显著