El Ni(n)o和La Ni(n)a事件对东亚冬、夏季风循环的影响

通过合成的El NiNo和La NiNa的分析发现,一般一个El Nino或La Nina事件大致可以分成爆发前的冬季、发展期的夏季、盛期时的冬季和衰亡期的夏季四个阶段.在此基础上利用NCEP再分析环流资料和中国降水资料分析了东亚冬、夏季风对E1 Nino和LaNina的响应,结果发现,E1 Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环.E1Nino爆发前的冬季在东亚地区往往有异常强的北风;El Nino发展期的夏季,西太平洋副热带高压偏弱,同时影响我国的西南气流偏弱,从而江淮地区和南方沿海地区多雨,长江中游和华北地区少雨;E1 Nino盛期的冬季东亚地区则出现异常的南风;而E1 Nino衰亡期的夏季,西太平洋副热带高压偏强,同时影响我国的西南气流偏强,从而江淮地区少雨,华北、东北以及洞庭湖、鄱阳湖地区多雨.La Nina对东亚冬、夏季风循环的影响则与El Nino大致相反,但它的影响不如El ino的影响显著.对强、弱东亚冬季风后的夏季中国降水异常的分析则表明,正是由于与El Nino或La Nina事件有关的海温异常对东亚冬、夏季风循环的影响才导致了东亚冬季风与随后的夏季风存在着紧密的联系;当冬季风异常不是由与ElNiNino或La Nina事件有关的海温异常所引起时,两者之间就缺少显著的联系.     

El Ni(n)o、La Ni(n)a事件与太阳活动对河南省东亚飞蝗大发生的影响

用研究灾变规律的关键时方法分析了El Ni(n)o、La Ni(n)a事件和太阳活动对河南省东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis Meyen)的影响.结果发现,El Ni(n)o和La Ni(n)a事件不会促使河南省沿黄地区东亚飞蝗的大发生,并得出El Ni(n)o和La Ni(n)a事件对飞蝗大发生的影响主要通过影响其发生地的天气、气候(主要是降水),从而影响飞蝗的大发生.在太阳黑子相对数高年的后一年,河南省东亚飞蝗大发生的可能性超过90%.     

Ni(n)o海区冷暖事件的小波功率谱分析

根据NOAA/CPC发布的1950.1～2003.12期间Ni(n)o海区的SSTA资料,采用小波变换方法分析了SST变化的多时间尺度结构及其强度变化.结果表明,Nino各海区的SSTA序列表现出多层次相互嵌套的时频结构,经检验存在着2～7 a、8～20 a和30 a以上尺度的变化周期;10 a以上和1 a以下时间尺度的周期信号能量较弱,显著性变化周期的能量主要集中在2～7 a的周期振荡上;同一事件在不同海区的频率结构也不完全相同,冷暖事件的振荡能量和显著性水平从东向西有低频增大而高频减弱的变化趋势,时域中1970年以后尤为明显.     

一种新的El Ni(n)o海气耦合指数

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850 hPa风场、200hPa速度势和对外长波辐射OLR)的多变量经验正交函数展开(multivariate EOF,简称MV-EOF)探讨了热带太平洋的主要海气耦合特征.结果表明,MV-EOF分析的前两个耦合模态分别很好地对应了传统型El Ni(n)o和ElNiloModoki的海气耦合特征:传统型El Ni(n)o期间,伴随着赤道中东太平洋SST的异常增温,HC、SLP、200 hPa速度势等要素总体呈东西反相的“跷跷板”变化,低层850hPa赤道中太平洋出现较强西风距平,西北太平洋上空为反气旋性异常环流;ElNi(n)o Modoki期间,SST持续增温和HC正异常中心均显著西移至中太平洋,低层SLP和高空200 hPa速度势均呈现纬向三极型异常分布,低层异常强西风向西移至暖池东部,西北太平洋上空呈现气旋性异常环流.两类El Ni(n)o的海气耦合特征存在显著差异,较优的El Ni(n)o指数应不仅可以客观描述和区分El Ni(n)o现象本身,更要紧密联系两类事件所产生的大气响应.以往定量表征El Ni(n)o年际变化的指标大多立足于SST或SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的El Ni(n)o指数HCEI和HCEMI.较以往基于SST的El Ni(n)o指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类El Ni(n)o(如1993年的传统型El Ni(n)o和2006年的El Ni(n)o Modoki),而且能更好地反映和区分两类El Ni(n)o与大气间的海气耦合特征,为ElNi(n)o的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具.     

黄河断流与El Ni(～n)o事件的遥相关

黄河断流事件的发生是人为因素与自然因素——人类生产活动用水量急增与天然径流量骤减共同作用的结果。自然因素作为天然背景具有不可低估的作用,在引起黄河断流的所有气候因子中,降水减少的贡献最显著,其次是蒸发增加的影响。当代黄河断流事件的发生和持续加重似与El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件的频繁发生及其持续强劲有某种关联,本文即通过对黄河径流及其流域内的降水、蒸发、气温等方面气候因素与El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件的遥相关作用进行分析,寻求导致黄河径流减少的可能原因,从而揭示黄河断流与El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件的联系。结果表明,通常情况下,El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件发生时,黄河流域年平均降水量减少10.35%,可造成黄河年径流减少12.95% (含有来自蒸发增加所造成的影响),约相当于减少73.45×108 m3的水量。随El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件强度的加深,降水量与径流量均迅速递减,强El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件黄河流域年平均降水量减少20.43%,黄河径流量减少25.59%（147.17×108m3）;1997年断流最严重时降水减少30.62%,径流骤减40.27%（229.96×108 m3 ）。可见El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件对黄河断流所造成的影响是相当深刻的。     

1997/1998 El Ni(n)o事件的热力学诊断分析

本文基于以925 hPa NCEP/NCAR再分析风应力距平为初始强迫场的Zebiak-Cane海气耦合模式对1997/1998 El Nio事件集合预报平均结果,对1997/1998 El Nio事件进行热力学诊断分析.结果表明:(1)在整个El Nio事件过程中,在赤道太平洋从西到东的各个Nio区中,平流作用主要起促进作用,而热力阻尼项则基本为衰减或抑止作用.(2)从Nio 4区到Nio 1 2区,纬向平流对SSTA上升的促进强度变化不大,而经向平流和垂直上升流对SSTA增加的促进作用在逐渐增强.同时,热力阻尼项对SSTA变化的抑制作用也呈依次增强.(3)平流项中,经向平流的贡献相对显著.     

赤道太平洋西风异常与El Ni(n～)o的关系

分析了1980年以来赤道太平洋西风异常观测资料,并利用 POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应.分析和数值模拟试验结果都表明,赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高,但是El Ni(n～)o事件是否能发生,则与西风异常的位置、强度和东移有关.只有当赤道中太平洋(160°E～160°W)出现一定强度的西风异常并较快东移,才有利于El Ni(n～)o发生.     

El Ni(n)o事件成熟位相锁定在年底的物理过程研究

用一个中等复杂程度的热带海气耦合模式研究了气候基本态的季节变化在El Ni(n)o事件成熟位相锁定中的作用.结果表明,模式模拟出了El Ni(n)o事件成熟位相锁定在年底左右的基本特征.由海洋气候基本态的季节变化所引起的平流的季节变化是El Ni(n)o事件成熟位相锁定在年底的机制.在El Ni(n)o事件期间,1～5月份,赤道中东太平洋地区的海洋气候基本态所引起的暖平流较弱,较弱暖平流造成海表温度异常降低,使海气耦合不稳定度较弱,从而使El Ni(n)o事件衰减.6～12月份,赤道中东太平洋地区的海洋气候基本态所引起的暖平流较强,较强暖平流造成海表温度异常升高,使海气耦合不稳定度加强,从而使El Ni(n)o事件发展.这样,在年底左右,赤道中东太平洋地区形成海表温度异常的一个极值点,形成El Ni(n)o事件成熟位相.海洋垂直(经向)平均流的季节变化产生的平流的季节变化最(次)强,因此,海洋垂直(经向)平均流是El Ni(n)o事件成熟位相锁定在年底的主(次)要因子.     

El Ni(n)o事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971～2000年逐月SODA (Simple Ocean Data Assimilation) 同化资料 (Carton等, 2004)、 1980～2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料 (Kalnay等, 1996) 探讨中部型 (暖海水首先出现在120°W以西) 和东部型 (暖海水首先出现在120°W以东) El Ni(n)o事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征.研究指出: (1) 中部型和东部型El Ni(n)o事件发生时, 太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象, 但中部型El Ni(n)o事件西风应力距平强度强, 造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区, 这类El Ni(n)o事件强度偏强.(2) 中部型El Ni(n)o事件, 赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播, 辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻, 西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关.(3) 东部型El Ni(n)o事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区, 东太平洋暖水形成与局地 (120°W以东) 辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关; 东部型El Ni(n)o事件暖池次表层的暖水, 不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区, 而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区, 再由西风漂流平流到东太平洋.     

La Ni(n)a年冬季亚洲中高纬环流与我国南方降雪异常关系

2007/2008年冬季,赤道中东太平洋形成了一次中等强度的La Ni(n)a事件.本文根据NCAR/NCEP再分析资料,探讨La Ni(n)a气候背景下亚洲中高纬大气环流及南亚上空南支槽强度与我国南方(25～35°N,110～125°E)多雪、少雪以及2008年1月我国南方大范围低温雨雪冰冻灾害的关系.分析指出,La Ni(n)a气候背景下,500 hPa高度场亚洲高纬位势高度偏高易出现阻塞型,当乌拉尔山阻塞高压强度、位置比鄂霍次克阻塞高压偏强、偏北时,入侵我国南方的偏北气流主要来自乌拉尔山地区,南方偏冷(距平达-4.0 ℃)多雪;当鄂霍次克阻塞高压强度、位置比乌拉尔山阻塞高压偏强、偏北,入侵我国南方的偏北气流主要来自鄂霍次克海地区,南方偏暖(距平达1.0 ℃)少雪.2008年1月500 hPa高度上亚洲高纬乌拉尔山阻高偏北、强度偏强(正距平中心值达120 gpm),入侵我国南方的2支偏北气流都来自乌拉尔山地区,南方出现了低温(温度距平达-4.0 ℃)雨雪冰冻天气;分析指出,200 hPa高度场南亚地区南支槽的强弱对我国南方降雪多寡有重要影响.     

用非线性最优化方法研究El Ni(n)o可预报性的进展与前瞻

综述用非线性优化方法研究厄尔尼诺(El Ni(n)o)-南方涛动(ENSO)事件可预报性的进展.针对ENSO可预报性研究中的热点问题--"前期征兆"、"春季可预报性障碍",以及如何量化研究ENSO可预报性和ENSO的不对称性问题,作者在近年来的工作中先后用理论模式和中等复杂程度ENSO模式研究了ENSO可预报性的动力学,揭示了ENSO的若干重要非线性特征.主要结果如下:(1)条件非线性最优扰动(CNOP)(局部CNOP)比线性奇异向量更易发展成ENSO事件,扮演了ENSO的最优前期征兆.这些ENSO事件关于气候平均态是不对称的.理论分析表明,非线性温度平流过程是造成这种不对称性的重要原因.1980～2002年的海洋再分析资料验证了上述理论结果.(2)ENSO事件CNOP型初始误差的发展有明显的季节依赖性,该误差导致了ENSO事件最显著的春季可预报性障碍(SPB)现象.ENSO事件SPB的发生不仅依赖于气候平均态,而且依赖于ENSO事件本身及其初始误差模态,是三者综合作用的结果.(3)建立了关于ENSO可预报性的最大可预报时间下界、最大预报误差上界和最大允许初始误差下界的三类可预报性问题,分别从三个方面揭示了ENSO事件的春季可预报性障碍现象,比较有效地量化了其可预报性.(4)通过CNOP方法,揭示了非线性温度平流在年代际尺度ENSO不对称性研究中的重要作用,解释了ENSO不对称性的年代际变化,基于所用ENSO模式给出了ENSO不对称性年代际变化的机制.最后,展望了非线性优化方法在ENSO可预报性中应用的前景,并期望该方法能拓展到ENSO第二类可预报性问题的研究中.     

El Ni(n)o盛期印度夏季风水汽输送在我国华北地区夏季降水异常中的作用

通过对１９５１￣１９９４年我国夏季１６０个站降水资料的分析,指出ＥｌＮｉｎｏ盛期在我国华北地区具有显著的降水负异常,为了解释这种降水负异常产生的原因,利用ＥＣＥＰ／ＮＣＡＲ１９４９￣１９９６年再分析资料,分析了夏季印度季风区的水汽输送在东亚季风区水汽输送中的作用。结果表明,印度季风区的水汽输送与我国华北地区的水汽输送有显著的正相关。ＥｌＮｉｎｏ期间往往对应着弱印度季风,即ＥｌＮｉｎｏ民弱印度夏季     

CMIP5多模式模拟两类El Ni(n)o海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验(piControl)模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni(n)o(即东部EP和中部CP型El Ni(n)o)的海表盐度(SSS)空间结构差异及其与海表温度(SST)和降水的关系.结果表明:(1)大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni(n)o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;(2) CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;(3)依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低(高)的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西(偏东),引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni(n)o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西.同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡.SSS变化会影响ENSO的发生发展.因此,探讨两类El Ni(n)o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴.     

El Ni(~n)o和La Ni(~n)a冬季增强型和减弱型及其对中国夏季旱涝的影响

根据El Ni(~n)o和 La Ni(~n)a发生以后冬季赤道东太平洋海温距平的月际差定义了El Ni(~n)o和La Ni(~n)a冬季增强型和冬季减弱型,讨论了El Nio和La Nia冬季增强型和减弱型冬、春、夏季大气环流、东亚季风及我国夏季降水和旱涝分布的特征.我国夏季降水和旱涝有明显差异的四种不同分布型可能与冬季所处ENSO循环的不同阶段以及大气环流和东亚季风对它的不同响应有关.提出了从El Ni(~n)o和La Ni(~n)a冬季不同型→大气环流和东亚季风→我国夏季降水和旱涝分布型的物理统计概念模型.     

E1 Ni(n)o事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法, 分析了1971～2003年间7个El Ni(n)o事件发生时南、 北半球大气环流异常的对称与反对称特性.分析结果表明, El Ni(n)o事件发生期间, 在热带地区15°S～15°N大气环流异常以对称性为主, 但也有一定的反对称分量: 高度场异常和纬向风异常的对称性较强, 而经向风异常的反对称较强; 同时在El Nino事件演变的各阶段, 高度场异常和纬向风异常的变化较明显, 而经向风的变化较小, 高度场和风场异常在低层 (700 hPa) 和高层 (200 hPa) 呈明显的反位相分布.并且, 为探讨El Ni(n)o事件对南、 北半球大气环流异常的非对称性影响的机理, 本研究进一步利用ERA-40逐日资料, 应用Hough函数分析了El Nino事件发生期间这些赤道波动的演变特征.结果表明, El Ni(n)o事件发生期间, 热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强, 而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用; 并且, 研究结果还表明, 在El Ni(n)o事件发生期间, 热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常.此外, 分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性.