青岛汛期降水量与太平洋年代际振荡的关系

基于太平洋海面温度(SST)、大气环流及青岛降水量资料,分析并发现了青岛汛期(6—9月)降水量与太平洋年代际振荡(PDO)指数存在重要联系。当PDO处于冷位相时,西北太平洋区SST偏高,北美沿岸以及热带中东太平洋区SST偏低,西太平洋副热带高压偏弱偏东,脊线偏北,东亚夏季风偏强,青岛汛期降水量偏多,反之偏少。定义了一个新的太平洋SST距平指数SSTI,该指数包含了西北太平洋与热带中东太平洋SST距平反相变化的协同影响,也包含了PDO与ENSO的协同影响。与PDO指数、西北太平洋及热带中东太平洋SST相比,该指数与青岛汛期降水量相关性更好,通常SSTI正指数对应着汛期西太平洋副热带高压脊线偏北,面积偏小、强度偏弱,东亚夏季风偏强,有利于青岛汛期降水量偏多,反之偏少。SSTI指数可作为青岛汛期降水量预测的指示因子。     

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.     

El Nio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 Nio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 Nio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 Nio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 Nio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 Nio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 Nio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.     

热带太平洋潜热通量变化及其与我国夏季降水的关系

采用1948-2010年NCEP/NCAR再分析潜热通量资料,利用经验正交分解(EOF)方法,分析了夏季热带太平洋潜热通量变化的时空特征,并探讨了中国东部夏季降水异常与潜热通量变化时空格局的关系.结果显示,热带东太平洋潜热通量变化存在明显的线性减小趋势;潜热通量还具有在年际时间尺度上的变化特征.热带太平洋潜热通量第一模态时间系数与中国夏季降水相关系数表现为“南正北负”型分布,表明热带太平洋地区的潜热通量减少可能是造成我国夏季降水在20世纪70年代以后长江中下游及华南地区夏季降水明显偏多,东北、华北地区夏季降水明显偏少的影响因素之一.进一步分析表明,热带东太平洋潜热通量异常偏少时,造成东亚地区500hPa位势高度场异常偏高,形成向南的水汽输送异常,并可能通过东亚副热带西风急流年际变化影响中国夏季降水分布.     

南印度洋副热带偶极子型海温异常与全球环流和我国降水变化的关系

用1951~2001年观测资料,研究了南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常对全球500hPa环流和我国降水的影响.结果表明,冬季IOSD激发出极显著的南北半球环绕太平洋的波列结构(CP),其年际变化周期是2.0和6.5 a,与赤道中东太平洋海温也有密切联系.北半球冬季异常峰值后的第二年春季欧亚中高纬度地区500 hPa环流出现显著的EUP型低频流型持续异常,同时中太平洋和北美地区出现CPNP流型和澳大利亚南部的南半球中高纬地区呈现极显著的西南太平洋遥相关型(SWP).当冬季赤道南印度洋副热带呈极显著的西负东正海温距平分布时,后期春季欧亚中高纬地区负EUP型遥相关波列持续偏强,导致东亚大槽明显偏弱,长江以北地区(特别是黄河中上游地区)多雨.反之,春季东亚大槽加强且稳定,我国东部地区大范围少雨.它反映了南印度洋地区海气系统相互作用与东亚热带内外环流低频变化的联系.因此,上一年冬季南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常强度是预测春季华北地区旱涝变化的重要因子之一.     

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。     

1997年影响南海的热带气旋异常活动特征及成因分析

统计分析了近30年(1976-2005)来影响南海的热带气旋特征,对1997年影响南海的热带气旋异常活动的成因作了进一步的分析.结果表明,El Nino发生后,西北太平洋生成的热带气旋以偏少为主,强度偏强,且热带气旋生成位置偏东,热带低压加强成为热带风暴的平均位置也较多年平均位置偏东;副热带高压强度和Nino 3.4区SST变化趋势基本一致,但副热带高压强度变化落后SST变化6个月左右.由于El Nino事件多发生于上半年,赤道中东太平洋Nino 3.4区SST偏高,当年冬季或次年春夏季往往副热带高压异常偏强;El Nino发生年的次年,暖水向西回涌,西太平洋海温逐渐恢复正常,副高强度偏强.     

西太平洋暖池热含量与南海夏季风强度的关系

为了进一步明确西太平洋暖池热含量对南海夏季风强度的影响,利用1948~2012年日本气象厅(japan meteorological agency,JMA)逐月的海温资料、Hadley中心的海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析比较了南海夏季风强度与热带太平洋上层海洋热含量和SST的关系;探讨了海洋热含量影响南海夏季风强度的机制。结果表明:(1)相比于西太暖池SST,西太暖池上层海洋热含量是南海夏季风强度更好的预测因子;(2)前期冬春季的西太平洋暖池热含量与南海夏季风强度呈现显著的正相关,尤其在3月,二者相关系数最大;当暖池热含量偏高(低)时,西太平洋副热带高压偏弱(强),赤道印度洋出现异常反气旋(气旋),印度洋上空的Walker环流分支偏强(弱),南海越赤道气流增强(减弱),最终使得南海夏季风强度偏强(弱)。     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

西太平洋暖池SST变异对山东夏季降水的影响

西太平洋暖池展布于热带太平洋中、西部海域，其水温终年高于28℃(Wyrtki，1989；张启龙等，1997)。其最主要特征是水温高，热含量丰富。西太平洋暖池是全球大洋表面水温(SST)最高的海域，也是全球大气运动最主要的热源地和对流活动的最活跃区。暖池以热量和水汽形式将大部分能量释放给大气，从而影响大气环流系统。海-气耦合模式研究表明(Philander，1990)，暖池海域SST的变化，尤其是它处于高值时的微小变化会对大气环流演变产生十分显著的影响。近年来的一些研究结果也表明(黄荣辉等，1994；董敏等，1994)，暖池SST的异常会导致大气环流，尤其是西太平洋副热带高压的异常变化，进而影响东亚夏季降水。由此可见，暖池SST的变异对东亚乃至全球气候的异常及灾害的形成有着十分重要的作用。 山东位于我国东部，是旱涝灾害多发的省份之一。山东全年的降水量主要集中在夏季(6~8月)，其夏季降水量占全年降水量的60%以上。可见，夏季降水量的多寡对山东全年的天气变化和农业生产有重要影响。因此，开展山东夏季降水及其长期预测研究不仅具有重要的学术意义而且还有深远的现实意义。 近年来，许多学者已就西太平洋暖池热状态变异对我国东部地区汛期降水的影响进行了研究，并取得了一些颇有意义的成果(黄荣辉等，1994；翁学传等，1996)。然而，在以住的研究中，涉及西太平洋暖池对山东夏季降水影响的研究却很少，迄今尚未见专文报道。本文作者利用中国国家气候中心提供的1950~1998年间太平洋2°×2°经纬度格点月平均SST资料、1951~1998年间西太平洋副热带高压指数和1961~1999年间山东省气象台站的降水资料，研究了西太平洋暖池SST变异对山东夏季降水的影响，为山东夏季旱涝预测研究提供科学依据。     

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。     

山东夏季降水与西太平洋暖池区海洋热状态及夏季风异常

山东省东接太平洋，西连欧亚大陆，受海洋和大陆的影响，季风气候特点相当显著，常导致严重旱、涝灾害。山东全年降水主要集中在夏季，6~8月降水占全年降水的60%以上。其原因主要是受西太平洋副热带高压和夏季风活动的影响。副热带高压的增强和北伸与梅雨锋的位置和强度变化对山东夏季降水有直接作用，其夏季降水的年际变率较大，是旱、涝频发的省份。 我国旱涝变化与太平洋海洋热状况有着极为密切关系(翁学传等，1994)。El Nino现象对气候的影响更加引起了海洋气象学家对海洋变化的高度重视。他们分析了El Nino现象和太平洋海表温度(SST)与山东夏季降水的关系(如:奚秀芬，1988；卢金墀，1982；张苏平等1999)，但对比降水分布发现无论是 El Nino发生的当年还是次年，降水距平百分率的零线均从山东中部通过。我国夏季降水主要受三种类型雨带控制。由于山东处于一类雨带(华北多雨)和二类雨带(江淮多雨)的转换地带，近40年的降水资料分析表明，三种类型雨带在山东夏季降水正、负距平年出现率几乎均等。因此，山东夏季降水的变化有其特殊性，需要从多方面进行研究。 西太平洋暖池是全球海温最高的海域，也是全球海气能量交换总量最大的区域。它的存在和变化对北半球夏季气候异常有着重要作用。西太平洋副热带高压的变化与西太平洋暖池面积大小有密切关系(李万彪等，1998)，20世纪70年代末以来的西太平洋副高增强也与这一时期暖池的跃变有关(赵永平等，2002)，暖池及其上空的对流活动的异常影响着西太平洋副高的变化和我国雨带的位置(黄荣辉等，1992，1994)，由此所激发的大气遥相关波列可波及西欧和北美。最近的研究也表明，冬、春季暖池区热含量的变化对南海夏季风爆发早、晚有重要影响(Chen et al.，2001)。当西太平洋暖池区海洋热含量高时，南海夏季风爆发早，反之则爆发晚。这对我国夏季季风雨的变化研究有重要意义，而且也必将对山东夏季旱涝产生重要影响。 本文作者通过对山东夏季降水资料的分析，对山东夏季降水时空变化及其与西太平洋暖池区域海洋热状态及副热带环流和夏季风变化的关系和影响的可能过程进行了探讨。     

1.5 Ma以来南海南北上部水体温度变化对比

浮游有孔虫表层海水古温度转换函数、表层暖水种属种含量比值,以及次表层暖水种含量的变化,表明南海北部1．5Ma以来表层、次表层海水温度逐渐降低,其主要变化阶段为0．86～0．94Ma和0．64～0．68Ma。与南海南部西太平洋暖池区的17957站研究结果对比．发现南海南部1．5Ma以来表层、次表层海水温度逐渐增加．发生的主要时间为1．23～1．3Ma和0．64～0．68Ma。南海北部的上部海水结构变化主要受东亚冬季风影响,而南海南部则主要受西太平洋暖池影响,因此,南海南、北上部海水温度的变化说明0．9Ma后尤其是0．68Ma以来东亚冬季风强化,西太平洋暖池加强。     

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。     

春季Wyrtki急流异常及其与亚洲热带夏季风的关系

采用热带印度洋上层洋流的复EOF分解,对春季Wyrtki急流异常及其年际、年代际变化做了研究,并探讨了其与南海、南亚夏季风的关系。结果表明:该分解第一模态可称之为Wyrtki急流模态,其反映了每年5月份Wyrtki急流的总体强度;该强度有非常明显的8 a年际变化,这与亚洲夏季风年际变化之一相近;还有17 a和23 a的年代际变化,其中后者与热带外北太平洋主要气候模态PDO的周期相近。Wyrtki急流强度偏弱(强)年,南海、南亚夏季风建立大多偏早(迟),南海夏季风大多偏强(弱)。第二模态反映了Wyrtki急流在整个赤道印度洋东、西方向的不均匀性;其有非常明显的11 a和18~19 a的年代际变化,其中前者与热带外北太平洋次要气候模态NPGO的周期相近;此外该模态还有5 a的年际变化。     

晚新生代西太平洋古海洋环境演化过程与机制

晚新生代西太平洋通过水文循环和碳循环两类关键过程,对区域乃至全球气候变化产生深刻的影响。本文从上新世以来西太暖池及其主流系演化、晚第四纪北太平洋中层水演化和白令海峡开合、第四纪中国东部陆架环境演化以及新生代亚太沉积物源-汇过程与碳埋藏等方面,综述了西太平洋古海洋环境演化过程与机制。上新世以来西太暖池与印尼贯穿流的演化过程伴随构造运动而阶段性地发生,但其在轨道时间尺度上演化的细节过程并不清晰,尚未形成系统性认识。北太平洋中层水以及白令海峡开合等关键高纬过程在冰期旋回中发生了显著变化,并与低纬过程之间存在遥相关。第四纪中国东部陆架环境演化主要受控于海平面变化以及与低纬过程相关联的热量与物质传输,在此背景下,中国东部陆架形成了富有机碳的泥质沉积体系。构造隆升和亚洲季风驱动下的亚洲大陆与邻洋的沉积物源-汇过程具有显著的碳汇效应,可能在大气CO₂浓度（${p_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_2}}} $）冰期旋回和新生代气候变冷中发挥重要作用。就西太平洋古海洋环境演化过程与机制中若干关键科学问题开展深入和系统研究,不仅可为建立气候变化的低纬驱动理论提供支撑,也可为更好认识我国陆架环境变化规律以及碳汇潜力提供科学依据。     

热带西太平洋海温异常对大气影响的数值模拟

用IAP-GCM二层楼式,模拟1月份西太平洋暖池区海温增暖对1-8月份大气环流的影响,初步探讨暖池区海温异常对我国夏季降水的影响过程。指出北半球500hPa环流场对暖地区1月份海温增暖的响应存在着PNA和EAP波列,在冬季较为明显。其能量传播特征表示为南北半球的中纬度地区基本上是向东传播,在热带低纬度地区存在着准2个月的低频振荡。     

亚印太交汇区海表温度的分布和变化特征及其对中国降水的影响

利用1967-2009年的逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料和降水资料,以及经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)和相关分析方法,探讨了亚印太交汇区(Joining Area of Asia and Indian-Pacific Oce...