全球增暖1.5℃和2℃北太平洋年代际尺度振荡的差异

基于CESM模式对1.5℃和2℃两种增暖情景的模拟结果,对比分析了太平洋年代际振荡（PDO）和北太平洋涡旋振荡（NPGO）在全球稳定增暖1.5℃和2℃时期与工业革命前、历史时期在强度和周期上的差异。结果表明：全球稳定增暖1.5℃和2℃时期,PDO和NPGO的强度均比历史时期弱,且主周期缩短,这可能与全球增暖情景下海洋层结增强导致的Rossby波变快有关。PDO的强度和周期在全球增暖1.5℃和2℃这两种情景下没有明显差异;而NPGO的强度在全球稳定增暖2℃时期比1.5℃时有明显减弱,且周期缩短1 a左右。因此,0.5℃升温差异对PDO的强度和周期影响较小,而对NPGO的强度和周期影响较大。     

太平洋年代际振荡、大西洋年代际振荡和全球变暖对北美地区降水的相对贡献

本文研究了1934～2018年期间太平洋年代际振荡（Interdecadal Pacific Oscillation,IPO）、大西洋年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）以及全球变暖（Global Warming,GW）对北美地区陆地降水年代际变化的相对贡献。首先通过对冬（12至次年2月）、夏季（6～8月）北美地区的陆地降水与中低纬地区的海表面温度进行奇异值分解分析,得到对北美陆地冬季降水相对贡献较大的主要海温模态为IPO（42.33%）和AMO（23.21%）,夏季则为AMO（32.66%）和IPO（21.60%）。其次利用线性回归模型,分析三种信号分别对北美冬、夏季陆地降水的相对贡献及对北美陆地不同区域降水的相对重要性,结果表明AMO对夏季北美陆地降水变化的贡献最大,IPO次之,冬季则相反,GW对冬夏季北美陆地降水都有一定的贡献。夏季期间阿拉斯加地区AMO的贡献最大,约占65.8%,加拿大地区GW的贡献最大,约占44.5%,美国本土及墨西哥地区三者贡献基本一致;冬季期间阿拉斯加和加拿大地区GW的贡献最大,分别为62.3%和44.7%,美国本土和墨西哥地区IPO的贡献最大,分别为47.9%和71.5%。进一步利用信息流方法,验证了IPO、AMO、GW对降水的敏感性区域。最后运用全球大气环流模式ECHAM 4.6进一步确定了太平洋和大西洋海温异常对北美地区陆地降水变化的影响途径,结果表明印度洋海表面温度异常在AMO和IPO对北美陆地降水变化的作用中至关重要。     

太平洋年代际振荡研究进展

近10年来，太平洋年代际振荡(PDo)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDo指的是在太平洋的气候变率中具有类似ENSo空间结构但周期为10-30年的一种振荡，当北太平洋中部海面温度异常增暖(冲却)时，热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言，有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调，一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动，及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转；海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调，因为大气活动没有一个特定的时间尺度，其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱，所以大气对海洋的强迫是随机的；而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅，其对应的周期约为十几年或几十年。作试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状，从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

中国降水的年代际变化及全球变暖、太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡对其的相对贡献

虽然中国降水以年际变化为主,但可利用奇异谱分析辨析出10—20 a、20—50 a 年代际变化的显著性区域以及>50 a 的长期趋势的显著性区域。本研究通过奇异值分解、多元线性回归等方法探究了1934—2018年不同海洋模态对6—8月（夏季）和12月—翌年2月（冬季）中国陆地降水趋势以及年代际振荡的相对贡献。通过对中国降水及中低纬度地区海温进行奇异值分解发现,不论冬夏,影响中国降水的主要模态是全球变暖,其次是太平洋年代际振荡。利用多元线性回归模型定量评估全球变暖、太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡对中国不同区域降水的方差贡献及各因子的相对贡献,结果表明:夏季,三者可以解释西北和华北大约30%的年代际降水,其中全球变暖的相对贡献最大、太平洋年代际振荡次之;冬季,三者可以解释东北42%、西北和华北30%左右的年代际降水,东北和西北以全球变暖的相对贡献为主、大西洋多年代际振荡为辅,华北仍以全球变暖的影响为主、太平洋年代际振荡为辅。      

太平洋年代际振荡的年代际预测方法

太平洋年代际振荡(PDO)是北太平洋海表温度年代际变率的主模态。由于太平洋年代际振荡对区域乃至全球气候的显著影响,其合理的预测结果可以带来多方面收益。然而,针对太平洋年代际振荡及其有关的海表温度的年代际预测,目前气候模式的预测水平还十分有限,因此,提出了一个新的增量方法。一系列的验证结果表明,增量方法可以有效预测太平洋年代际振荡,其中包括成功预测出其振荡的年代际转折。增量方法的预测过程主要包括3个步骤:(1)采用5 a滑动平均得到太平洋年代际振荡的年代际变率;(2)利用3 a增量形式的预测因子构建预测模型,预测3 a增量的太平洋年代际振荡(DI_PDO);(3)将预测得到的DI_PDO加上3 a前的观测PDO,得到最后预测的PDO。增量方法亦可以应用到气候系统年代际内部变率的其他模态(如:北大西洋年代际振荡)和其他气候变量的年代际预测(如:海表温度)。     

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

加利福尼亚附近的海温强迫及其与北太平洋年代际振荡的可能联系

本文利用1958～2018年期间海表面温度（SST）异常和湍流热通量异常变化的关系,探讨了其与北太平洋年代际振荡（PDO）相关的年际和年代际时间尺度上在不同海域的海气相互作用特征。结果表明:在年际尺度上,黑潮—亲潮延伸区（KOE）表现为显著大气强迫海洋,赤道中东太平洋表现为显著海洋强迫大气;在年代际尺度上,PDO北中心表现为大气强迫海洋,加利福尼亚附近则表现为显著海洋强迫大气。进一步分析表明:加利福尼亚附近区域是北太平洋准12年振荡的关键区域之一,与PDO准十年的周期类似,加利福尼亚附近的冷（暖）海温对应其上有反气旋（气旋）型环流,赤道中太平洋海水上翻和北太平洋东部副热带区域经向风应力的变化是北太平洋准12年振荡的另外两个重要环节。     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

太平洋年代际振荡对中国冬季最低气温年代际变化的贡献

基于1961—2013年中国台站的均一化气温数据、NOAA月平均海温资料和CMIP5气候模式数据,利用气候统计手段,定量分析太平洋年代际振荡（PDO）对中国冬季最低气温年代际变化的贡献。结果表明：PDO的年代际序列与年代际滤波后的最低气温场在全国大部分地区呈显著正相关,即PDO负位相时中国冬季最低气温偏低,反之偏高。2006年后中国冬季最低气温变暖减缓,造成这一现象的主要原因是自然变率起到的降温作用,而自然变率又主要由PDO起主导作用,约占自然变率贡献的40%左右。PDO对温度的贡献呈现出明显的年代际变化,在变暖减缓期对升温有明显的负贡献,且负贡献逐渐增大至超过50%。     

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM, 通过1958～2001年风应力 (ERA40) 和热通量驱动下的两组模拟试验, 检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明, 尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响, 但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对El Niño的模拟效果, 包括对El Niño周期非规则性的成功模拟; 北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响, 合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域, 导致SST变率异常的因子不同: 在加利福尼亚沿岸, 冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定; 在北太平洋中部, 温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响; 在黑潮及其延伸体区域, 对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用, 与此同时, 水平平流和扩散的作用亦不容忽视。     

冬季北太平洋海表热通量异常和海气相互作用——基于一个全球海气耦合模式长期积分的诊断分析

利用一个全球海气耦合模式长期积分所给出的资料,分析了冬季北太平洋海表湍流热通量（潜热和感热）异常及其对海表温度（SST）异常的影响,并比较了海表热通量诸分量和海洋内部的动力学过程对SST变化的相对重要性。结果表明,冬季热带外海洋上的湍流热通量是影响SST的主要因子,但在北太平洋中部海水的平流作用也不可忽视。冬季热带外海洋向大气释放的潜热和感热通量与SST倾向（而不是SST本身）之间存在着显著的相关,这同Cayan和Reynolds等利用COADS资料和NCEP资料同化模式分析的结果是一致的。模式诊断的结果支持这样一种看法：和热带海洋不同,冬季热带外海洋上的海气相互作用主要地表现为大气对海洋的强迫作用,而不是相反。模式给出的SST倾向的第一个EOF分量及其与海平面气压场的相关特征同Wallace等从观测资料分析所得到的结果是一致的;进一步的分析表明：在冬季北太平洋的大部分区域（特别是西太平洋）,大尺度大气环流异常在很大程度上决定着SST的异常,而这种决定作用正是通过它对湍流热通量的强烈影响来实现的。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979—2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明：西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986—1999年为少雨期,2000—2012年为多雨期。进一步分析表明：西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚—北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

Characteristics and Numerical Simulation of the Tropical Intraseasonal Oscillations under Global Warming

Using the ECMWF reanalysis daily 200-hPa wind data during the two 20-yr periods from 1958 to 1977 and from 1980 to 1999,the characteristics and changes of Intraseasonal Oscillations (ISO) in the two periods associated with global warming are analyzed and compared in this study.It is found that during the last 20 years,the ISO has weakened in the central equatorial Pacific Ocean,but becomes more active in the central Indian Ocean and the Bay of Bengal;under the background of the global warming,increase in the amplitude of ISO intensity suggests that the ISO has become more active than before,with an obvious seasonal cycle,i.e.,strong during winter and spring,but weak during summer and autumn;the energy of the upper tropospheric zonal winds has more concentrated in wave numbers 1-3,and the frequency of ISO tended to increase. Comparison between the results of control experiment and CO_2 increase (1% per year) experiment of FGOALS-1.0g (developed at LASG) with the first and second 20-yr observations,is also performed. respectively.The comparative results show that the spatial structure of the ISO was well reproduced,but the strength of ISO was underestimated.On the basis of space-time spectral analysis,it is found that the simulated ISO contains too much high frequency waves,leading to the underestimation of ISO intensity due to the dispersion of ISO energy.However,FGOALS-1.0g captured the salient features of ISO under the global warming background by two contrast experiments,such as the vitality and frequency-increasing of ISO in the central Indian Ocean and the Bay of Bengal.     

全球变暖背景下西太平洋副热带高压变化的探讨

为去除全球变暖等压面抬升的影响、客观地反映西太平洋副热带高压的真实变化,本研究使用了1951~2017年NCEP/NCAR的月平均500hPa高度场再分析资料以及国家气候中心提供6~8月的大气环流指数,基于去除全球变暖影响的西太平洋副热带高压表征线,研究探讨了全球变暖背景下西太平洋副热带高压的变化。研究表明,去除全球变暖影响前(后)西太平洋副热带高压有面积指数增大(减小)、强度指数增强(减弱)和西伸脊点指数西伸(东退)的演变特征。可见,全球变暖可能是西太平洋副热带高压面积、强度和东西位置发生变化的原因之一。     

全球变暖背景下西北太平洋冬季热带气旋的活动

Using tropical cyclone （TC） observations over a 58-yr period （1949-2006） from the China Meteorological Administration, the 40-year ECMWF Reanalysis （ERA-40）, NCEP-NCAR reanalysis, and the Hadley Centre sea ice and sea surface temperature （HadISST） datasets, the authors have examined the behaviors of tropical cyclones （TCs） in the western north Pacific （WNP） in boreal winter （November-December-January-February）. The results demonstrate that the occurrences of wintertime TCs, including super typhoons, have decreased over the 58 years. More TCs are found to move westward than northeastward, and the annual total number of parabolic-track-type TCs is found to be decreasing. It is shown that negative sea surface temperature anomalies （SSTAs） related to La Nifia events in the equatorial central Pacific facilitate more TC genesis in the WNP region. Large-scale anomalous cyclonic circulations in the tropical WNP in the lower troposphere are observed to be favorable for cyclogenesis in this area. On the contrary, the positive SSTAs and anomalous anticyclonic circulations that related to E1 Nifio events responsible for fewer TC genesis. Under the background of global warming, the western Pacific subtropical high tends to intensify and to expand more westward in the WNP, and the SSTAs display an increasing trend in the equatorial eastern-central Pacific. These climate trends of both atmospheric circulation and SSTAs affect wintertime TCs, inducing fewer TC occurrences and causing more TCs to move westward.     

太平洋年代际振荡研究进展(英)

近10年来,太平洋年代际振荡(PDO)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDO指的足在太平洋的气候变率中具有类似ENSO空间结构但周期为10-30年的一种振荡,当北太平洋中部海面温度异常增暖(冷却)时,热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言,有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调,一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动,及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转;海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调,因为大气活动没有一个特定的时间尺度,其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱,所以大气对海洋的强迫是随机的;而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅,其对应的周期约为十几年或几十年。作者试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状,从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

Interdecadal Modulation of AMO on the Winter North Pacific Oscillation-Following Winter ENSO Relationship

It is known that the wintertime North Pacific Oscillation (NPO) is an important extratropical forcing for the occurrence of an El Ni?o?Southern Oscillation (ENSO) event in the subsequent winter via the “seasonal footprinting mechanism” (SFM). This study reveals that the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) can notably modulate the relationship between the winter NPO and the following winter ENSO. During the negative AMO phase, the winter NPO has significant impacts on the following winter ENSO via the SFM. In contrast, the influence of the winter NPO on ENSO is not robust at all during the positive AMO phase. Winter NPO-generated westerly wind anomalies over the equatorial western Pacific during the following spring are much stronger during negative than positive AMO phases. It is suggested that the AMO impacts the winter NPO-induced equatorial westerly winds over the western Pacific via modulating the precipitation climatology over the tropical central Pacific and via modulating the connection of the winter NPO with spring sea surface temperature in the tropical North Atlantic.     

全球变暖背景下热带太平洋海温长期趋势研究

热带太平洋对全球的气候有重要作用。然而,关于全球变暖背景下热带太平洋海温长期趋势的研究,迄今为止仍有争议。本文利用多套海表温度资料和次表层海温资料,基于无参的趋势估计方法（Theil-Sen趋势）,分析了热带太平洋海表温度长期趋势及赤道太平洋次表层海温长期趋势。多套资料的结果均表明在全球变暖背景下,热带太平洋冷舌区为长期冷趋势,而冷舌区之外的热带太平洋区域为长期暖趋势,即似La Ni?a（La Ni?a-like）海温长期趋势。此海温长期趋势是由热带太平洋冷舌模态所引起。当冷舌模态为正位相时,对应热带太平洋冷舌区为冷海温异常,而冷舌区之外的热带太平洋为暖海温异常。冷舌模态时间序列主要为长期趋势,而造成冷舌模态长期趋势的机制是全球变暖强迫下的海洋动力反馈过程。赤道太平洋的表层和次表层海温似La Ni?a型的长期趋势,是冷舌模态在表层海温和次表层海温上的不同体现。     

北太平洋海温变化的年代际模及其演变特征

用近百年的海温(SST)资料,分析研究了北太平洋海温的年代际变化特征及其基本形势(模态).结果表明,它主要存在准7～10年周期和准25～35年周期两类年代际变化;这两类年代际变化又都有类似的形势(模态),但却与所谓"类ENSO模"明显不同.同时,两个年代际模都有呈西北一东南向振荡和沿海盆作顺时针旋转的共存活动(演变)特征.