一个混合型热带海洋-大气耦合模式I.模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋大气系统相互作用和ＥｌＮｉｎ～ｏ／ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓ－ｃｉｌａｔｉｏｎ动力过程的混合型（ｈｙｂｒｉｄ）耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式（区域为热带太平洋：１２０°Ｅ～８０°Ｗ，３０°Ｎ～３０°Ｓ；水平分辨率为２°×２°），海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式（经纬圈方向水平分辨率分别为１°和２°，垂直方向分为不等距的１４层）。两模式间的耦合是这样进行的：简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量（蒸发与降水之差）由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式（ＯＧＣＭ）的强迫场；而ＯＧＣＭ计算出海表温度（ＳＳＴ），在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正（ｆｌｕｘｅｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ），耦合模式未出现气候漂移（ｃｌｉｍａｔｅｄｒｉｆｔ）现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行     

1995年热带太平洋海-气特征诊断分析

利用国家气候中心气候诊断资料和美国ＣＡＣ和澳大利亚ＮＣＣ资料，对１９９５年热带太平洋海域的海平面高度，南方涛动指数、高、低层纬向风，射出长波辐射，海温等物理量的分布及其演特征进行分析，为短期气候预测提供了大尺度的海－气环境背景。     

热带西太平洋海-气热量通量研究 II. 热带气旋状况下海-气热量交换的特征

本文根据TOGA研究计划第1，2，3，8个航次考察结果，计算了热带西太平洋海-气热量交换值。研究结果表明:在热带气旋环流内海-气界面热量交换非常强烈，在双子台风环流内Qk出现负值，在台风环流内Qe也出现减弱现象。1986/1987年El Ni?o事件发生后，热带中太平洋水温异常增暖，热带西太平洋西部洋域表层水也在增暖，但是，热带西太平洋洋域海-气界面间热量交换反而减弱。西风爆发首先出现在中太平洋热带洋域，然后逐渐往西扩展。     

西北太平洋热带气旋在ENSO发展和衰减年的路径变化

本文运用有限混合模型算法对1979~2015年夏、秋季（6~11月）中国气象局（CMA）上海台风研究所（STI）的最佳路径数据集热带气旋（TC）路径进行聚类,将其路径分为七类,分别为第一类（西太西移型）、第二类（南海西移型）、第三类（沿海转折型）、第四类（低纬转折型）、第五类（洋面转折型）、第六类（近海转折型）、第七类（日本海转折型）;并利用S-EOF（季节EOF,Seasonal Empirical Orthogonal Function）方法确定ENSO四个位相（El Ni?o发展年、El Ni?o衰减年、La Ni?a发展年、La Ni?a衰减年）,分析在不同ENSO位相下TC路径的年际变化以及相应的流场,得到一些有意义的结论:El Ni?o发展年,TC在西北太平洋东南海域活动频繁,以第六类（近海转折型）路径为主;El Ni?o衰减年以第二类（南海西移型）路径居多,第七类（日本海转折型）路径也较为活跃;La Ni?a发展年,TC集中在西北象限海域,以第七类（日本海转折型）路径为主;La Ni?a衰减年,TC源地多位于我国沿海地区与台湾岛附近洋面上,以第三类（沿海转折型）路径为主。     

热带太平洋与印度洋相互作用的年代际变化

利用全球海表海温资料（GISST）和NCEP／NCAR再分析资料,研究了热带太平洋与印度洋之间的相互作用及其在不同年代二者作用关系的变化。结果表明：热带印度洋偶板子指数超前热带太平洋Nin03指数2月时相关最大,印度洋单板子指数滞后Nin03指数3～4月时相关最大。印度洋偶板子在一定程度上影响E1 Nino事件的发生,而E1 Nino事件的发生、发展会影响印度洋单板子事件的发生。热带印度洋偶板子事件与热带太平洋ENSO事件的相互作用在1961年发生了明显跃变,其原因可能是1961年之前热带印度洋偶板子对热带太平洋上空的纬向风影响很小,而1961年以后其影响明显加强。热带印度洋单板子事件与热带太平洋ENSO事件的相关一直显著,没有明显跃变。     

一个混合型热带海洋-大气耦合模式 I. 模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋-大气系统相互作用和El Ni?o/Southern Oscillation动力过程的混合型(hybrid)耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式(区域为热带太平洋:120°E～80°W，30°N～30°S；水平分辨率为2°×2°)，海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°，垂直方向分为不等距的14层)。两模式间的耦合是这样进行的:简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量(蒸发与降水之差)由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式(OGCM)的强迫场；而OGCM计算出海表温度(SST)，在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正(fluxes correction)，耦合模式未出现气候漂移(climate drift)现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行了对耦合模式的比较研究，以验证其良好性能和对实际热带太平洋气候系统的模拟能力。     

Assessing the Influence of the ENSO on Tropical Cyclone Prevailing Tracks in the Western North Pacific

Using a statistical model for simulating tropical cyclone (TC) formation and a trajectory model for simulating TC tracks, the influence of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO) on the peak-season (July-September) TC prevailing tracks in the western North Pacific basin is assessed based on 14 selected El Nino and 14 selected La Nina years during the period 1950-2007. It is found that the combination of statistical formation model and a trajectory model can simulate well the primary features of TC prevai...     

印度洋偶极子与热带太平洋海洋表面温度异常多时间尺度相互作用初析

本文利用交叉谱方法, 将印度洋偶极子 (简称IOD) 与ENSO的相关关系分解到不同的时间尺度上来分析, 进而通过对海气耦合过程的初步分析, 讨论了不同时间尺度上IOD与ENSO的相互作用。结果表明, IOD与ENSO在准1～2年、 准3年、 准4年等三个时间尺度上存在显著相关, 同时, IOD还存在一个独立于ENSO的模态, 主要表现在准8个月时间尺度上。从海气相互作用的角度看, 在与ENSO相关的三个特征时间尺度上, IOD年际变率主要通过引发热带印度洋纬向风异常并且东传到太平洋, 从而引起热带中东太平洋海温的年际变率。与ENSO相对独立的IOD模态则没有类似的纬向风异常东传过程。此外, 在上述四个不同时间尺度上, 产生IOD变率的印度洋海气耦合过程不尽相同, 各具特点。     

西北太平洋热带气旋活动对夏秋型ENSO事件的响应

利用西北太平洋热带气旋(tropical cyclone,TC)历史路径资料、ERA-Interim再分析资料以及海洋Nino指数ONI等,采用合成分析等统计学方法探讨了TC活动对夏季(SU型)与秋季(AU型)ENSO事件的不同响应。结果表明:在SU型El Nino期间,西北太平洋TC强度与持续时间增大,强台风活动较多;在AU型El Nino发生时,TC持续时间及强度均大于SU型的频数也较之偏少,但超强台风活动较多,约占TC总数的1/3,生成位置也较SU型偏东,但登陆我国的TC频数较少。在SU型La Nina期间,TC强度、持续时间较小,以低等级TC活动为主,活动位置整体偏西。当AU型La Nina发生时,TC强度、持续时间以及强等级TC频数均大于SU型,且TC活动位置相对SU型偏东。中太平洋地区相对涡度异常、大气垂直风切变、SSTA等条件差异是SU型与AU型ENSO期间TC活动产生差异的重要方面,副热带高压强度及位置变化对TC活动也有较大影响。     

Possible Linkage Between Tropical Indian Ocean SST Anomalies and the Date ofFirst and Last Tropical Cyclones Landfalling in the Chinese Mainland

Bases on the NCEP/NCAR reanalysis products, Had ISST dataset, and data of tropical cyclone(TC)landfalling in the Chinese mainland during 1960-2019, the possible impacts of Indian Ocean Dipole(IOD) mode and Indian Ocean basin(IOB) mode on the last-TC-landfall date(LLD) and first-TC-landfall date(FLD), respectively, are investigated in this study. The LLD is in significantly negative correlation with autumn IOD on the interannual timescale and their association is independent of El Nino-Southern O...     

近20年来热带印度洋与热带太平洋海气系统相互作用特征的诊断研究

利用1979年1月～1998年12月的月平均海表温度(SST)、向外长波辐射(OLR)和l000hPa纬向风速等NCEP/NCAR再分析资料，对近20年来热带印度洋与太平洋海温异常(SSTA)及相关的环流特征量进行综合分析和研究，发现热带印度洋的内部耦合动力特征模态—偶极子模的强度，存在着年代间的差异，80年代偏弱，90年代偏强。热带印度洋与热带太平洋海气耦合系统之间存在着相互作用，80年代热带印度洋的SSTA主要是对太平洋ENSO的响应，90年代太平洋ENSO的异常发展在一定程度上是受印度洋偶极子模态异常活跃影响的结果。从观测资料诊断分析的角度，找出了90年代后ZC耦合模式对ENSO事件预报失败的可能原因。     

Modulation of El Nino-Southern Oscillation by Freshwater Flux and Salinity Variability in the Tropical Pacific

The El Nin o-Southern Oscillation (ENSO) is modulated by many factors; most previous studies have emphasized the roles of wind stress and heat flux in the tropical Pacific. Freshwater flux (FWF) is another environmental forcing to the ocean; its effect and the related ocean salinity variability in the ENSO region have been of increased interest recently. Currently, accurate quantifications of the FWF roles in the climate remain challenging; the related observations and coupled ocean-atmosphere modeling involve large elements of uncertainty. In this study, we utilized satellite-based data to represent FWF-induced feedback in the tropical Pacific climate system; we then incorporated these data into a hybrid coupled ocean-atmosphere model (HCM) to quantify its effects on ENSO. A new mechanism was revealed by which interannual FWF forcing modulates ENSO in a significant way. As a direct forcing, FWF exerts a significant influence on the ocean through sea surface salinity (SSS) and buoyancy flux (Q B ) in the western-central tropical Pacific. The SSS perturbations directly induced by ENSO-related interannual FWF variability affect the stability and mixing in the upper ocean. At the same time, the ENSO-induced FWF has a compensating effect on heat flux, acting to reduce interannual Q B variability during ENSO cycles. These FWF-induced processes in the ocean tend to modulate the vertical mixing and entrainment in the upper ocean, enhancing cooling during La Nin a and enhancing warming during El Nin o, respectively. The interannual FWF forcing-induced positive feedback acts to enhance ENSO amplitude and lengthen its time scales in the tropical Pacific coupled climate system.     

热带太平洋ENSO振荡的空间对称和非对称成分

用SSA（奇异谱分析）识别出ENSO振荡的前两个周期成分，在此基础上对NCEP／NCAR资料以及风应力资料采用合成场的空间对称和非对称方法，分析和比较物理量场对Nino3、4指数的两个主要周期成分的线性和非线性响应。结果表明：空间场的线性响应A^（1）决定了两个主周期成分与ENSO的位相关系；非线性响应A^（2）决定空间不对称性。A^（1）和A^（2）的相互作用对于空间场的影响分成4种情况：情况1（A^（1）〉0，A^（2）〉0）、2（A^（1）〉0，A^（2）〈0）使得空间场振荡与ENSO同位相，情况3（A^（1）〈0，A^（2）〈0）、4（A^（1）〈0，A^（2）〉0）则反之；情况1、3使得在ENSO暖位相时合成场的振荡强，而情况2、4反之。空间不对称性最大的地方与线性响应最大的地方总是比较接近：SLP位于南太平洋，作用的情况分别是1和4；SSTA位于赤道东太平洋；τx位于赤道中西太平洋，属于情况1；τy位于中太平洋赤道北侧和南侧，由北向南分别是情况3和1。这种特征使得在ENSO暖位相时，合成场中主要距平区的振荡强度偏强，更有利于形成ENSO暖事件。这与最近38a来ENSO暖事件普遍偏强的现象吻合。     

影响春季热带太平洋地区海温变化的动力热力作用分析

厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）春季预报障碍是ENSO预测的一个难点问题,弄清影响春季热带太平洋地区海表温度（SST）变化的动力和热力作用对于理解ENSO关键区SST的异常变化及ENSO春季预报障碍成因非常重要。本文利用BCC-CSM2-MR数值模式,模拟产生一套1986～2017年间相互协调的逐月海表风应力、感热、潜热、长波和短波净辐射能量、海洋流场等观测代用数据。利用这些数据对影响海温变化的动力和热力作用及其相对重要性进行了诊断分析,结果表明:（1）与其他季节相比,春季Ni?o3.4区海洋表层温度（后文中用T_S表示）呈现出独特的先增暖后趋冷的不对称季节性转换特征,这一变化主要是由于影响T_S的大气风应力、海流以及能量净通量在春季均表现出明显的季节性转换过程。进一步的分析表明,热力作用对局地海温的季节性变化影响最为重要,水平平流输送以反向作用为主,其中经向平流输送起到了反向作用,不利于该区域T_S的季节性转变,纬向平流输送仅在春季转为弱的正贡献,浅层垂直平流输送对春季T_S变化的影响很小。（2）动力热力作用与T_S异常的变化倾向相关关系也表明,春季Ni?o3.4区热力作用与T_S异常变化呈现显著的正相关,纬向海流异常的输送项也表现为正相关,而经向海流输送项展现出由负相关向正相关转化的特征。（3）对Ni?o3.4区T_S变化的方差贡献分析结果表明,春季热力作用对T_S的异常变化的贡献达50%以上,相关系数超0.7,其次是纬向、经向平流项贡献,各占10%～20%左右,但两者作用相反,其他项贡献较小。     

北太平洋海温Victoria模态与ENSO年际关系的非对称特征

利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征.研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关.然而,正负VM事件与ENSO冷暖位相在年际尺度上的联系存在着一定的...     

西北太平洋与南海热带气旋活动季节变化的差异及可能原因

利用1945~2011年美国联合台风预警中心(JTWC)西北太平洋热带气旋资料,研究了南海(5°N~25°N,110°E~120°E)与西北太平洋(5°N~25°N,120°E~180°)热带气旋生成位置、生成频数、强度和持续时间的季节变化差异及其成因。从热带气旋路径穿越经度带频数的角度,探讨了ENSO对气旋活动年际变化的影响。结果表明,南海热带气旋活动显著地受季风调控。在南海冬季风作用下,1~4月热带气旋生成于10°N以南且频数较少、强度较弱,这主要是低层气旋式相对涡度和弱东风切变区偏南造成的。相反,受夏季风影响,6~9月是热带气旋生成最多、最频繁的季节,大都生成于南海北部17°N附近。在5月(10月)的季节转换期,生成位置大幅度北进(南撤)且生成频数显著增加(减少),取决于风速垂直切变及中层的相对湿度的急剧转变。11、12月两海域热带气旋生成于10°N以南主要归因于其上空中层大气相对湿度较北部偏大。在西北太平洋,热带气旋生成的季节变化没有南海显著,只在7月有一次明显的变化,7~10月是热带气旋活动的"盛期"。在强度上,西北太平洋大部分区域全年均为弱东风切变,因此热带气旋以台风为主且持续时间长;但南海多为热带风暴。ENSO事件使得不同季节热带气旋生成区域和气旋路径地理位置发生显著变化。在El Nio事件期间,穿越南海所在经度带路径频数为负距平,而西北太平洋经度带为正距平;在La Nia事件期间,情况相反。     

Model Evaluation and Projection on the Linkage between Hadley Circulation and Atmospheric Background Related to the Tropical Cyclone Frequency over the Western North Pacific

The performance of climate models in simulating the linkage of the spring Hadley circulation (HC) to the vertical zonal wind shear and atmospheric divergence in the lower and upper troposphere, which are related to the tropical cyclone frequency over the western North Pacific (WNPTCF) during June-September (JJAS), is evaluated on the basis of the 20th century climate simulations (20C3M). It is found that four models can simulta-neously reproduce the pattern revealed in the observation, with the spring HC in the Northern Hemisphere being positively correlated to the vertical zonal wind shear in the major tropical cyclone (TC) genesis region and negatively (positively) correlated to the atmospheric diver- gence in the upper (lower) troposphere over the western North Pacific (WNP) in the following JJAS. These four models are further used to project their relationship in the late 21st century under the A1B scenario. The results show that the association of spring HC with the vertical zonal wind shear and the upper-and lower-tropospheric divergence over the WNP will weaken in the late 21st century, thereby resulting in a weak relationship between the spring HC and the JJAS WNPTCF.     

一个热带太平洋上层海洋环流模式及其检验研究

为进行ＥＮＳＯ的模拟与预测,在中国科学院大气物理研究所原有的较低分辨率全球海洋环流模式的基础上,引入依赖于Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数的垂直扩散方案和太阳短波辐射穿透的物理过程,发展了一个较高分辨率的热带太平洋上层海洋环流模式。利用该模式和１９８０～１９９５年大气强迫场的观测,进行了热带太平洋海温及环流的结构和演变的数值模拟研究,并利用美国国家环境预报中心（ＮＣＥＰ）的同时段的海洋同化分析,就海洋及其时间变化的三维特征,检验了模拟结果。首先,检验了该模式对ＥＮＳＯ事件的三维结构特征及其演变的模拟能力,结果表明：这１６年间所有冷暖事件的发生、发展和消亡均得到基本正确的模拟;海温异常的强度和结构特征与实况有偏差,尤其是次表层,距平量在赤道西太平洋和沿斜温层显著弱于实况;表层海温（ＳＳＴ）距平与实况较为接近,只是在日期变更线附近偏大。然后,强调海气耦合模式要成功预测ＥＮＳＯ,真正严峻的考验是海洋模式对次表层海洋的模拟能力,而不能仅仅满足于对ＳＳＴ的正确模拟。因此,为全面评估该海洋模式,探讨模式误差的原因,根据同化资料,找出年际变化和季节变化最显著的区域之后,检验了多年平均状态及其季节变化、年际变率及其季节变化等统计量。     

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。     

ENSO与西北太平洋强TC相关关系年代际变化研究

利用美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC),中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)上海台风所,日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)的台风最佳路径资料以及美国NCAR/NCEP再分析资料等,深入研究厄尔尼诺—南方涛动(El Ni1o-Southern Oscillation,ENSO)与西北太平洋强热带气旋(Tropical Cyclone,TC),即1 min最大风速大于等于114 kn相关关系的变化。结果表明,ENSO与热带西北太平洋(Western North Pacific,WNP)强TC频数之间的相关关系存在明显年代际变化。在1960—1971年期间(前一阶段),强TC年频数与Ni1o3. 4(11月—次年1月平均)相关性较弱;而在1983—2014年期间(后一阶段)两者的相关性则为强的正相关。并且强TC的年频数、生命史以及生成位置在后一阶段El Ni1o和La Ni1a年之间的差异相比前一阶段都有明显的增大。进一步分析发现:热带太平洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)的西移是造成后一阶段Ni1o3. 4指数与强TC年频数相关性提高的关键因素。在后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年,SSTA的西移使得WNP东南象限的相对湿度明显增加(减少),从而有利于(不利于) TC在此象限生成。又因为位于东南象限的TC比较容易发展成强TC,因此导致后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年有更多(更少)的强TC在西北太平洋的东南象限生成。