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.     

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.     

热带太平洋海表能量收支平衡特征及其与两类ENSO事件的联系

利用月平均的HadISST海表温度、NCEP再分析资料、OAFlux海表面热通量及相关物理量资料、NCAR/NOAA云量场资料,分析了热带太平洋海表热通量的年际特征,并且进一步分析了传统El Ni?o和El Ni?o Modoki事件中湍流热通量的异常演变特征以及影响因子。在热带太平洋上,净热通量的年际变化最大振幅出现在赤道太平洋上,且主要取决于潜热通量和短波辐射通量的变化。本文还利用两类ENSO事件旺盛期海温指数对不同时期海面热通量场的偏回归分析,考察了热带太平洋海表面热通量与两类ENSO事件中海温的联系。两类海温指数对各时期热带太平洋净热通量的回归均表现为赤道太平洋上存在显著的负异常,在Ni?o3指数偏回归下的负异常范围和强度都较El Ni?o Modoki指数回归的要大,且更偏于赤道东太平洋,而旺盛期海温对同期赤道东太平洋上湍流热通量的影响最大。     

Indices of El Nio and El Nio Modoki:An Improved El Nio Modoki Index

In recent years, El Nio Modoki (a type of pseudo-El Nio) has been distinguished as a unique large-scale ocean warming phenomenon happening in the central tropical Pacific that is quite different from the traditional El Nio. In this study, EOF analysis was used to successfully separate El Nio and El Nio Modoki. The abilities of the NINO3 index, NINO3.4 index, NINO1+2 index and NINO4 index in characterizing El Nio were explored in detail. The resulting suggestion was that, comparatively, NINO3 is the op...     

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%.     

ENSO多样性研究进展

El Ni?o是热带中东太平洋异常偏暖的现象,发展过程具有显著的季节锁相特征。近年来,新形态事件更频繁发生引起了科学界广泛关注。学者们根据空间分布形态或爆发时间将ENSO事件分为两类,虽然选取标准不同,分类结果却有诸多相似点:中太平洋(Dateline、Modoki、CP、WP及SU型)El Ni?o事件发展至成熟时,正SSTA中心位于赤道太平洋中部;东太平洋(传统、EP、CT及SP型)El Ni?o发展至成熟时,正SSTA中心位于赤道东太平洋,低层西风异常更强,向东传输的距离也更远。研究结果显示,东太平洋El Ni?o比中太平洋El Ni?o持续时间更长,强度也更强;两类事件对全球气候的影响模态有很大的差异。近几十年,中太平洋El Ni?o出现频率有所增加,但其原因尚未清楚。关于两类事件生成发展和位相转换的动力原因,目前科学界普遍认为东太平洋El Ni?o是一个海盆尺度的海气耦合过程,其生消过程与温跃层的变化有紧密联系,但对中太平洋El Ni?o的动力机制尚未有统一的认识。      

两类El Nio对中国东部春季降水的影响

采用1951—2012年我国160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA提供的海表温度、Nio3.4指数等资料,运用EOF分析方法和合成分析等方法分析了两类El Nio(传统El Nio和El Nio Modoki)对我国东部春季降水的影响。结果表明:传统的El Nio和第二类厄尔尼诺El Nio Modoki对我国华南地区广东一带春季降水影响较大,传统厄尔尼诺年(第二类厄尔尼诺年)广东地区降水偏多(少)。它们的影响机制与菲律宾反气旋、西太平洋副热带高压位置的偏移有关,传统厄尔尼诺年(第二类厄尔尼诺年)副热带高压位置偏南(北),华南地区对流增大(小),降水偏多(少)。     

利用热带测雨卫星的测雨雷达资料对1997/1998年El Ni?o后期热带太平洋降水结构的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMM PR)的探测结果,对1997/1998年 El Ni(n)o后期热带太平洋的降水结构进行了研究,并对比了非El Ni(n)o的1999年和2000年的同期降水情况,取得如下结果:(1)1997/1998 El Ni(n)o后期与非El Ni(n)o期间相比,1997/1998 El Ni(n)o后期,热带东、中太平洋层云降水和对流云降水的比例明显增大、平均降水率也增大,并且层云强降水的比例增多,而层云弱降水比例减少.(2)在非El Ni(n)o期间,热带东、中太平洋对流云降水系统较为浅薄,冻结层高度比西太平洋低约0.5 km;而在1997/1998 El Ni(n)o后期,这种差异明显减小,热带东、中太平洋对流云降水和层云降水都变得深厚;对流云降水和层云降水的降水率随高度的变化也发生了变化.(3)对大气环流的分析表明,对应于降水结构的变化,热带太平洋地区的高空辐合辐散分布也发生了改变,导致Walker环流在1997/1998 El Ni(n)o后期减弱.     

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.     

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.     

一种新的El Niño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、200 hPa 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?o 和El Ni?o Modoki 的海气耦合特征:传统型El Ni?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850 hPa 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;El Ni?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?o 的海气耦合特征存在显著差异,较优的El Ni?o 指数应不仅可以客观描述和区分El Ni?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?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?o 指数HCEI 和HCEMI。较以往基于SST 的El Ni?o 指数,HCEI 和HCEMI 不仅能更清楚地表征和区分两类El Ni?o(如1993 年的传统型El Ni?o 和2006 年的El Ni?o Modoki),而且能更好地反映和区分两类El Ni?o 与大气间的海气耦合特征,为El Ni?o的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具。     

热带太平洋地区风场异常和与El Ni?o有关的年际变化

利用1964～1993年NCEP/NCAR再分析风应力资料和中国科学院大气物理研究所发展的14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋与El Ni?o有关的年际变化进行了研究.首先,分析了西太平洋暖池次表层海温异常(SOTA)与Ni?o3区海表温度异常(SSTA)的年际变化关系,发现在El Ni?o事件之前,暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了El Ni?o的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传.然后,选取了20世纪70年代和80年代两次最强的El Ni?o事件讨论了引起这种机制的可能原因--西风异常的作用.最后,对1964～1993所有的El Ni?o年的风场、次表层海温和海表温度的异常进行了综合分析.     

东亚冬季风异常激发El Ni?o现象的数值试验研究

用全球海气耦合气候模式和海洋模式进行各种敏感性试验,研究东亚冬季风异常对El Ni(n)o事件形成的作用.结果表明东亚冬季风异常对于海洋热状态起了很大的作用.强冬季风年冬季所对应的海温距平为La Ni(n)a型,但在与冬季风异常相对应的风应力作用下,通过海气相互作用,由于赤道西太平洋西风异常和海温正距平的东传,可以使海温向着El Ni(n)o型分布发展;弱冬季风年冬季所对应的海温距平为El Ni(n)o型,后期则会转成La Ni(n)a型.冬季风异常的偏北风分量及赤道西风分量对海温所产生的影响各有差异,前者更多地影响太平洋西岸及暖池区,后者则对整个赤道太平洋热状态特别是El Ni(n)o形成起了重要的作用.在El Ni(n)o发展过程中起决定作用的主要不是风应力的强度,更关键的是异常风应力的持续时间.由于风应力的持续作用,El Ni(n)o发展特征更加显著.与冬季风异常相对应的纬向风分量特别是西风异常在El Ni(n)o发展中起主导作用;在单纯的海洋模式中经向风异常只能改变局地的西太平洋海温,并不能使东太平洋海温产生响应,即没有出现赤道暖水的东传过程.试验表明,海气耦合模式较单纯的海洋模式能更好地反映海气相互作用及El Ni(n)o的形成.     

Sensitivity Difference in the Extratropical Atmosphere to Two Types of El Nio Events

A comparison of sensitivity in extratropical circulation in the Northern Hemisphere(NH)and Southern Hemisphere(SH)is conducted through observational analyses and diagnostic linear model experiments for two types of El Nio events,the traditional El Nio with the strongest warmth in the eastern tropical Pacific(EP El Nio)and the El Nio Modoki with the strongest warmth in the central tropical Pacific(CP El Nio).It is shown that CP El Nio favors the occurrence of a negative-phase Northern Annular Mode(NAM),while EP El Nio favors that of the Pacific-North American(PNA)pattern.In SH,both EP and CP El Nio induce a negative phase Southern Annular Mode(SAM).However,the former has a greater amplitude,which is consistent with the stronger sea surface temperature(SST)warmth.The difference in the two types of El Nio events in NH may originate from the dependence of heating-induced extratropical response on the location of initial heating,which may be associated with activity of the stationary wave.In SH,the lack of sensitivity to the location of heating can be associated with weaker activity of the stationary wave therein.     

N■no综合区对研究ENSO的效果评估

通过生成一个新的Ni(n)o1-4综合区,并以它的SSTA来确定El Ni(n)o事件.经过数据对比处理和指数相关分析后,论证了合成区的合理和可行性.     

热带印度洋-太平洋海温主模态对中国南部秋季降水异常的影响

基于HadISST逐月海温数据,对热带印度洋-太平洋海区海温场主模态及其组合进行了研究。结果表明：三种类型的El Niño事件中,东部型（EP）和对称中部型（CPⅠ）发展年,热带印度洋东部及海洋性大陆降水为负异常,印-太海区Walker环流减弱,赤道印度洋为东风异常,根据Bjerknes反馈,东印度洋海温负异常,易形成正位相印度洋偶极子（Positive Indian Ocean Dipole,PIOD）事件;而非对称中部型（CPⅡ）与印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole,IOD）事件无相关性。进一步对印-太海区海温场主模态及其组合与中国南部秋季降水异常的关系进行分析发现,独立EP型、独立CPⅠ型、EP与PIOD组合型及CPⅠ与PIOD组合型四种模态下,在赤道印度洋及热带太平洋暖湿气流的作用下,中国东南部秋季降水呈正异常,其中独立EP型、独立CPⅠ型和CPⅠ与PIOD组合型对中国东南部的局地水汽净输入以自西向东的纬向贡献为主,而EP与PIOD组合型由于西太平洋副热带高压的异常西伸,水汽沿副高西南边缘向北输送进入中国东南部,对中国东南部的局地水汽净输入以经向贡献为主。CPⅡ型El Niño事件发展年,中国南部大部分地区秋季降水异常偏少;独立PIOD事件发展年,中国西南部地区秋季降水表现为正异常,而东南部呈负异常。     

El Nio事件对其衰减阶段夏季中国降水季节内演变的影响及其机理

利用1979—2007年NOAA重建海温逐月资料和中国160站夏季降水资料,使用扩展奇异值分解(extended singular value decomposition,ESVD)方法,研究了冬季热带太平洋海温异常与次年夏季中国降水异常季节内演变型之间的关系,指出前冬El Nio事件是与次年夏季中国降水季节内变化相联系的最重要的热带太平洋海温异常模态。相应的降水异常季节内变化情况为:6月在长江以南为正异常,江淮流域有负异常;7月在华南沿海有负降水异常,而正异常北进到长江流域,华北地区也出现正降水异常;8月在长江南北分别为少雨和多雨。进一步研究前冬El Nio事件与次年春夏印度洋、太平洋海温异常、对流层低层风场异常以及副热带高压等的联系,结果表明:El Nio事件发生的次年春夏,热带西太平洋周边存在东负西正的海温异常分布;西太平洋反气旋异常较强;副高在6月、7月偏西偏北,但在8月迅速南退。虽然与El Nio事件相联系的6月与7月、8月的降水型不同,但是西太平洋反气旋异常带来的充沛水汽造成7月长江流域雨季多雨,8月副高迅速南退带来的又一次长江流域降水,造成了El Nio事件发生次年夏季长江流域涝而华南...     

印度洋偶极子与两类El Niño的关联及其可能机理

通过合成三种具有代表性的两类ENSO指数,将El Ni?o事件划分为东部(EP)和中部(CP)型。利用EOF、相关分析、合成分析等方法探究了印度洋偶极子(IOD)与两类El Ni?o事件的关联及其产生的可能机理。研究表明,源于热带太平洋-印度洋尺度海气相互作用的IOD事件由两种型态构成,其分别与EP和CP型El Ni?o事件相联系。与EP型El Ni?o相联系的IOD事件(第一类IOD)在赤道印度洋50~150 m的温跃层附近信号最强,并关于赤道呈南强北弱的准对称海温异常分布;与CP型El Ni?o相联系的IOD事件(第二类IOD)则在热带南印度洋海表层信号最强。在产生机理方面,EP型El Ni?o发展时,异常Walker环流在赤道印度洋海表面产生较强的东风应力,使赤道印度洋东部冷水上翻,西部暖水堆积;同时,赤道外南强北弱的异常反气旋环流造成旋度中心区域暖水堆积,形成第一类IOD事件。CP型El Ni?o发展时,异常Walker环流较弱,中心西移,赤道印度洋东风应力距平较弱,偶极子信号在赤道印度洋不显著;苏门答腊岛南部出现异常反气旋,其东侧偏南风和西侧偏北风分别将高纬冷水和低纬暖水向15~25°S的热带南印度洋输送;同时热带南印度洋东、西部风场分别有较强的辐散、辐合,使东部海温降低、西部升高,形成第二类IOD事件。     

1993年El Nino夭折事件及其与典型El Nino事件的对比分析

除正常的El Nio事件外,赤道中东太平洋存在一些类似但又显著不同的海水增暖事件。以1993年为例,海水增暖事件发生在3月,5月最强,但随后迅速衰减,在此称之为El Nio的夭折。通过与典型El Nio事件的对比分析,研究了1993年暖水事件的演变特征及其夭折原因。研究发现,1993年暖水事件是一种发生在热带中东太平洋的局地海气作用现象。由于1991～1992年发生了一次较强的El Nio事件,造成1992～1993年热带西太平洋暖池持续偏冷,使得1993年缺乏发生正常El Nio事件所需要的热力条件。在此背景下,虽然在春季出现赤道西风异常自西太平洋向东太平洋扩展,满足了El Nio事件发生的动力条件,但由于暖池偏冷,不能引发海盆尺度的Bjerknes型正反馈,使得赤道中东太平洋的海水增暖只是一种短期现象,并迅速衰减,造成ElNio事件的夭折。     

两类El Nio发生前期大气海洋状况的对比分析

利用风场、20℃等温线深度、海表温度以及Wheeler·和Hendon提出的逐日MJO指数资料,通过合成分析方法对比分析了EP型和CP型El Nio发生前各要素场的特征,以及近30年来两类El Nio事件发生前MJO活动的差异。结果表明,在赤道西太平洋,EP型El Nio的异常西风要早于CP型El Nio出现,其强度也远远强于CP型事件。EP型El Nio的异常西风在发生前2个月已东扩至东太平洋地区,而CP型El Nio的异常西风在El Nio事件发生前3个月东扩至日界线附近,此后也只维持在日界线以西。而在赤道东太平洋,不同于EP型El Nio,CP型El Nio事件在El Nio事件发生前始终有偏东风存在。EP型El Nio温跃层有明显的加深东移现象,温跃层的演变要超前于海表温度的变化。由MJO处于5~8位相的异常概率分布,可知EP型El Nio在中西太平洋的MJO活动要比CP型El Nio早发生,比较赤道纬向风平方的均方差,发现EP型El Nio发生前对应的MJO活动要明显地强于CP型El Nio事件。