INDIAN OCEAN DIPOLE AND ITS RELATIONSHIP WITH ENSO MODE

Near 100-year observed data sets are analyzed, and the results show that the variation of seasurface temperature(SST)in the equatorial Indian Ocean has a feature as a dipole oscillation.Thesituation of the dipole oscillation mainly shows the positive phase pattern(higher SST in the westand lower SST in the east than normal)and the negative phase pattern(higher SST in the east andlower SST in the west).The amplitude of the positive phase is larger than that of the negativephase.The dipole is stronger in September—November and weaker in January—April than inother months.It principally shows obviously inter-annual(4—5 year period)and inter-decadalvariation(25—30 year period).Although the Indian Ocean dipole in the individual year seems tobe independent of ENSO in the equatorial Pacific Ocean,in general,the Indian Ocean dipole hasobviously negative correlation with the Pacific Ocean “dipole”(similar to the inverse phase ofENSO).The atmospheric zonal(Walker) circulation is fundamental for relating the two dipoles toeach other.     

热带低层大气30～60天低频动能的年际变化与ENSO循环

利用NCEP再分析资料,通过统计相关及合成分析研究了热带大气季节内振荡(ISO)的年际变化与ENSO循环之间的关系.结果表明,热带大气季节内振荡(也称30～60天低频振荡)的年际变化在热带中西太平洋地区最强.在ElNino成熟之前的春夏季,热带西太平洋的30～60天振荡异常活跃,其动能明显增加且逐渐东移;在E1Nino成熟以后,热带西太平洋大气30～60天低频振荡迅速减弱.与这种加强的30～60天振荡相伴随,在赤道北侧为异常的气旋式环流,赤道地区出现偏西风异常.相反,在LaNina成熟之前的春夏季,热带西太平洋大气30～60天振荡偏弱.进一步的分析还发现,东亚冬季风的年际变化是引起热带大气30～60天振荡的年际变化的主要机制:强东亚冬季风导致热带西太平洋积云对流加强,从而引起热带西太平洋大气30～60天振荡加强;相反,对应于弱的东亚冬季风,热带西太平洋地区积云对流偏弱,大气30～60天振荡偏弱.作者的资料分析还证实,热带大气30～60天低频振荡的年际变化,作为一种外强迫,对ElNino的形成起着十分重要的作用.     

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

西太平洋暖池次表层海温异常 与ENSO循环的相互作用

利用1964～1993年的太平洋次表层海温资料,进一步分析研究了西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环的关系。合成及相关分析的结果进一步表明,西太平洋暖池次表层海温的暖（冷）异常及其东传对ENSO的发生起着十分重要、且更直接的作用。然而,赤道西太平洋异常纬向风是造成次表层海温异常东传的重要原因,而纬向风的异常又是由于东亚冬季风异常活动所引起的,这间接地说明了异常东亚冬季风对西太平洋暖池次表层海温距平东传的重要作用。通过研究还发现,ENSO发生后,北半球副热带地区将有次表层暖（冷）海温距平沿着10～20oN纬带西传,这是导致西太平洋暖池次表层海温发生异常的重要原因之一。也就是说,西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环之间是相互影响、相互作用的。     

与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征

利用NCEP/NCAR再分析大气环流资料、哈得来中心海温资料、中国700多站降水资料以及全球格点降水资料,详细分析了中国南方冬季降水异常的特征,并揭示了其所对应的欧亚大气环流和东亚冬季风异常与ENSO事件的联系,以及ENSO暖/冷位相对其影响的非对称性。研究进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子,并指出拉尼娜对中国南方冬季降水的影响表现出明显的年代际变化特征。1980年之前的拉尼娜年冬季,东亚冬季风显著偏强,东亚大槽偏深,西北太平洋副热带高压偏弱偏东,中国南方受一致偏北风影响,气温偏低,降水偏少,多表现为冷干的气候特征。但1980年之后的拉尼娜年冬季,东亚大槽偏弱,印缅槽偏强,同时在菲律宾以西激发出异常气旋性环流,使得异常偏东风控制中国南方,有利于热带水汽输送增强,因此降水偏多。同时,1980年之后的拉尼娜事件还使得东亚副热带西风急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流使得中国南方上空的上升运动偏强,有利于降水偏多。因此,1980年之后的拉尼娜年冬季,中国南方易表现出冷湿的气候特征,有时也容易发生低温雨雪冰冻灾害。进一步分析表明,1980年以后拉尼娜成熟期海温异常空间分布型的变化,以及北半球大气环流的年代际变化可能是导致拉尼娜对东亚大气环流的影响在1980年之后发生变化的重要原因。     

表层洋流对外强迫响应敏感度的数值研究

利用数值模拟研究了海表流场对外强迫（风应力和海表热通量）的响应特征,探讨了其对该类外强迫异常响应的敏感性以及较敏感区域。在确认本文所用的海洋环流模式能够较好地模拟表层海洋流场的气候状态之后,通过几个敏感性试验与控制（对照）试验结果的比较,发现海洋表层环流对海表风应力异常响应的敏感区域主要在赤道附近及大洋西边界海区;相对于热带外地区,热带海域（20°S～20°N）的风应力异常对于大洋表层环流的变化有着更重要的显著作用,它不仅会导致热带海域表层流场有较大的变化,对中高纬海区的表层流场特别是西边界流也有明显影响;海洋表层环流对海表热通量异常的响应除了在赤道附近海域明显之外,在中高纬海区也十分显著;在外强迫有同等异常幅度（20%）的情况下,大洋西边界海域对热通量的响应明显要强于对风应力的响应。此外,热通量异常还对南太平洋东海岸的洋流和南极大陆的绕极环流有较为明显的影响。     

Structure of South Asia High in the stratosphere and influence of ENSO

The structure of the South Asia High(SAH)in the stratosphere and the influence of ENSO on the SAH are systematically investigated with the long-term ECMWF reanalysis data.The results show that the SAH only exists in low levels of the stratosphere.The maximum intensity of the High is located at around 150 hPa and there is no obvious anti-cyclonic structure above 50 hPa.The axis of the SAH center tends to be northwest slanting from lower levels to higher levels.Further analyses show that the geopotential height and temperature fields of the SAH have dramatic anomalies during El Ni?o years and La Ni?a years. Corresponding to the ENSO,the SAH is weaker(stronger)at the warm(cold)phase.     

2009/2010年冬季北极涛动异常及其影响分析

2009/2010年冬季出现了持续的北极涛动（AO）负异常,同时北半球的天气气候也发生了大范围的异常,两者的关系是大家极为关注的重要问题.本文的分析表明2009/2010年冬季北半球经历了两次显著的AO负异常过程,2009年12月和2010年2月AO指数分别达到了同期历史的最低值.2009年12月的AO负异常过程又可以又分为两个阶段,第一个阶段是由于前期行星波上传的增强导致平流层极涡减弱,随后平流层环流异常向下发展造成了对流层的AO负异常;第二个阶段是因为对流层低层高纬地区的温度正异常维持了第一个阶段在对流层高纬地区的位势高度正异常,使得AO负异常得以较长时间维持,这两个阶段的接连发生和共同作用使得对流层低层经历了一个较强的AO负异常过程.而2010年2月的AO负异常过程则是由平流层爆发性增温所造成的平流层异常环流下传造成的.通过对历史上11个AO负异常事件的统计分析,可以认为AO负异常事件可能由平流层爆发性增温以及平流层极区弱的环流异常下传造成,也可能来源于对流层内部的动力过程.进一步研究表明,2009/2010年冬季持续的极端AO负异常与该冬季北半球大范围的温度和降水异常有密切联系,关注AO异常及其影响是天气预报、气候预测的重要问题.     

随机强迫对集合预报效果的影响研究

以Lorenz96模式为动力框架,建立了考虑模式随机强迫不确定性的集合预报系统,并选择模式气候态和集合平均预报效果为研究对象,研究随机强迫对集合预报效果的影响.结果表明,在数值模式积分过程中引入恰当的随机强迫构成的新计算范式,较非随机强迫更接近真值的气候平均与气候标准差,对刻画数值模式的气候态也有正效果;且随机强迫的正效果主要体现在长时效阶段.集合平均预报方面,绝大部分白噪声随机强迫对应的集合预报效果优于非随机强迫集合预报,集合预报效果也随白噪声强迫增大非单调变化,并且非线性系统不同,相同比率的白噪声随机强迫产生的效果也不同.同时,绝大部分红噪声随机强迫对应的集合预报效果也优于非随机强迫集合预报,但仅部分φ(表示所引入外强迫的随机性部分和确定性部分相互耦合的一个度量)值对应的红噪声强迫集合预报优于白噪声随机强迫集合预报;而且红噪声随机强迫集合预报改善效果随系数的正负分布非对称且非单调变化.此外,相关系数φ的选择也依赖于模型.     

冬季大气斜压性对黑潮延伸体年代际异常响应的维持机制研究

黑潮延伸体(Kuroshio Extension,KE)海域附近具有强烈的大气斜压性可显著影响北太平洋上空风暴轴异常,因而有必要研究KE海区附近斜压性的特征和维持机制.本文设计数值试验并结合高分辨率ERA-Interim资料研究了大气斜压性对KE年代际海温变率模态(KEDV-induced SSTA,Kuroshio Extension Decadal variability SSTA)中的中尺度海洋锋(KEDV-induced Meso-scale SST Front,KMSTF)的响应特征和维持机制.研究发现,表层斜压性对KMSTF的响应分布相对KMSTF经向梯度的分布偏南,平流过程的响应起主要作用.表层感热通量的响应相对KMSTF分布偏北,表层温度的响应分布与KMSTF分布的位相差异是导致其偏北分布的主要原因.积云对流过程、垂直热量输送和月内尺度扰动向极热量输送均可削弱表层斜压性,而感热通量加热可加强表层斜压性.研究对流层斜压性的特征发现,斜压大值随高度向北移动,极值在边界层顶附近,积云动量再分配影响的月内尺度扰动通量经向辐合有一定的贡献.同时,相对KMSTF暖海温异常偏南分布的低SLP(Surface Level Pressure)可引发经圈平面内次级环流,并将月内尺度扰动热量、水汽和动量向高纬度输送,从而引起斜压性随高度向北分布并增强斜压性.此外还发现,积云对流过程引发的非绝热加热通过扰动热力作用使高层急流向北偏移.