东亚冬季风与海温在年际尺度上的耦合关系分析

利用NCEP NCAR 1950-1999年逐月再分析资料和奇异值分解(SVD)、相关分析等统计方法．分析了东亚冬季风和印度洋太平洋海温在年际尺度上的耦合关系。结果表明，在年际变化尺度上．SVD分解出来的第1模态反映了东亚冬季风与同期太平洋海温之间的主要相互耦合关系，即强(弱)的东亚冬季风对应类似La Nina(El Nino)型的海温距平分布；超前东亚冬季风两个月左右的赤道尔太平洋正(负)海温异常对后期弱(强)东亚冬季风的遥相关影响作用最显著．而弱(强)的东亚冬季风异常则对同期及落后1个月左右的南海正(负)海温异常的强迫影响作用最直接，最显著：东亚冬季风指数与落后1个月左右的热带西太平洋海温有最好的负相关关系，而与同期的热带西印度洋海温有最显著的正相关关系。     

云南雨季降水异常的热带海温和大气环流异常分析

利用云南地区32个站日降水量资料、NCEP/NCAR月平均大气环流资料和ERSST V3b的海表温度资料,利用合成分析、相关分析等方法,研究了影响云南雨季降水的太平洋-印度洋海温分布模态,并讨论了ENSO和热带印度洋偶极子(IOD)对云南雨季降水多寡影响的相对重要性,最后讨论了太平洋-印度洋海温分布型对云南雨季降水影响的物理机制。结果表明,热带太平洋ENSO和热带印度洋IOD对云南雨季降水多寡均有影响,但是热带印度洋IOD的影响更为重要。当热带西印度洋海温偏高明显(IOD正位相)时,在热带印度洋上有一偏东风,热带西印度洋上为一气旋性距平环流,其上的印度洋的暖湿气流向北进入大陆,然后经由高原南侧并由北向南进入孟加拉湾,从而抑制了孟加拉湾南支槽的发展和孟加拉湾暖湿空气向我国云南地区的输送,使得云南上空为水汽通量辐散区,降水偏少;当热带印度洋海温偏低且热带印度洋东西海温梯度表现为IOD负位相时,热带印度洋上没有偏东风,孟加拉湾槽偏强,向我国云南地区的水汽输送也偏强,云南上空为水汽通量辐合区,降水偏多。     

厄尔尼诺与甘肃河东秋雨关系分析

利用1951～2006年天水、岷县、临夏和兰州4站秋季(9～10月)降水量资料,NINO综合区(NINO 1+2+3+4区)海温距平指数资料和北太平洋海温资料,分析了甘肃河东秋雨的气候变化及其与厄尔尼诺和前期热带海温的关系.发现甘肃河东秋雨存在着明显的年代际变化;厄尔尼诺(拉尼娜)事件与甘肃河东秋雨关系密切;前期6、7、8月份热带海温距平分布和热带关键区海温异常变化对甘肃河东秋雨有很好的预测指示意义.     

我国近海热带气旋活动的气候特征及其与大尺度环境场的关系

利用1949~2004年共54 a的热带气旋资料,通过对历年影响我国近海(距海岸线300 n mile范围内)25°N以北及以南热带气旋的基本要素特征值的分析,发现我国近海25°N以北与以南热带气旋影响的频数和年代际变化不一致,尤其是20世纪80年代中期以来呈现反位相特征,近海25°N以北TC偏多,强度强;25°N以南TC偏少,强度弱.对热带气旋个数偏多年与偏少年对应的夏季海温场、高度场的合成分析,发现25°N以北偏多年比以南偏多年的东太平洋海温负距平强度大、范围广,高度距平场上反映出25°N以北偏多年西太平洋(包括南海)负高度距平区更为偏北、偏东;25°N以北TC偏少年时,中东太平洋海温为正距平区,高度场上太平洋低纬区域基本为正距平区,太平洋高纬区域是负距平区,而以南TC偏少年中东太平洋海温是负距平区,高度场上太平洋高纬区域是正距平区.文中还对当年前期各月海温场、高度场与当年以北、以南热带气旋个数分别作了相关分析,得出了一些实用有效的预报因子.     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。     

热带西南印度洋上升流区季节和年际变化研究及与印太系统海气相互作用

用59年Ishii再分析温度资料,讨论了热带西南印度洋(SWTIO)上升流区的季节和年际变化以及与上升流区有关的温度距平的变化,同时分析了其与热带印太海气系统的关系,结果显示SWTIO 上升流在南半球冬、夏季比较强,春季最弱。它的范围在5°~1°S,在东西向从50°E可以伸展到90°E。该上升流区的变化与温跃层的温度距平有密切的关系,并存在明显的5 a振荡周期。SWTIO上升流区温度距平的5 a周期振荡是由热带东印度洋温度距平在最大垂直温度距平曲面(MTAL)上向西沿着11.5°~6.5°S传播过来的,它与热带太平洋的温度距平传播方式不同。SWTIO上升流是热带印太海气系统的一个重要组成部分,印度洋偶极子 超前SWTIO上升流区温度变化5个月,最大相关系数达到0.57,NINO3区指数超前SWTIO上升流区指数2个月达到0.49。当热带印太区域的大气风场改变,影响热带太平洋和印度洋表层SSTA,出现ENSO和DIPOLE,进一步向西传播到SWTIO次表层,导致SWTIO上升流区出现改变。     

热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征

根据1955~2003年次表层海温、海洋上层400m热含量和混合层深度资料,采用EOF分析方法,研究热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征及其与厄尔尼诺、印度洋偶极子、热带辐合带分布和活动的关系。结果表明:海表温度SST的分布和变化不能代表海洋上层热含量的分布和变化,热含量HST的分布与混合层MLD分布比较相似,尤其在热带印度洋和东太平洋,MLD季节变化比HST和SST提前2~3个月左右。太平洋10°N附近HST带状强扰动区和赤道地区HST反相变化是热带太平洋上层海水温度扰动最主要特征。HST的强扰动区主要由60~300m次表层海温距平的扰动引起,80m左右扰动最强,这种扰动沿着斜温层由上向下,自东向西传递,上半年增温,下半年降温,具有明显的年周期变化。这种变化对ENSO循环期间热含量异常信号传播的影响值得关注。热带太平洋HST的扰动变化和太平洋的ITCZ和SPCZ的移动和变化也有一定的关联。印度洋的西北部和东南部次表层海温距平呈年周期的反相振荡,但这种固有振荡和印度洋偶极子DMI振荡反相,这可能是导致印度洋大部分偶极子生命史都很短的原因之一。     

热带太平洋—印度洋热含量变异及其与表层水温的关系

基于日本气象厅月平均温、盐度资料和英国Hadley中心月平均SST资料,利用经验正交函数(EOF)分解法研究了热带太平洋—印度洋热含量距平场和SST距平场的时空变化,并探讨了它们之间的关系。结果表明,热带太平洋—印度洋热含量距平场的年际振荡主要是由变化周期相近、空间结构不同的两个模态构成的,它们分别对应于ENSO的成熟期位相和过渡期位相;SST距平场的年际振荡主要是由空间结构和变化周期均不同的两个模态构成的,但它仅对应于ENSO的成熟期位相;虽然热含量与SST距平场第一模态之间存在着密切的正相关,但在热带东印度洋和赤道中太平洋热含量与SST的年际变化则都是反位相的。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

全球热带海洋海表温度场异常对北极海冰的影响

本文利用1951−2021年哈德莱中心提供的海冰和海温最新资料以及美国国家海洋和大气管理局气候预报中心提供的NCEP/NCAR再分析资料,分析探讨了北极海冰70余年的长期变化特征,进而研究了其快速减少与热带海温场异常变化之间的联系,揭示了在全球热带海洋海温场变化与北极海冰之间存在密切联系的事实。结果表明,北极海冰异常变化最显著区域出现在格陵兰海、卡拉海和巴伦支海。热带不同海区对北极海冰的影响存在明显时滞时间和强度差异,热带大西洋的影响相比偏早,印度洋次之,太平洋偏晚。热带大西洋、印度洋和中东太平洋海温异常影响北极海冰的最佳时间分别是后者滞后26个月、30个月和34个月,全球热带海洋影响北极海冰的时滞时间为33个月。印度洋SST对北极海冰的影响程度最强,其次是太平洋,最弱是大西洋。全球热带海洋对北极海冰的影响过程中,热带东太平洋和印度洋起主导作用。当全球热带海洋SST出现正（负）距平时,北极海冰会出现偏少（多）的趋势,而AO、PNA、NAO对北极海冰变化起重要作用,是热带海洋与北极海冰相系数的重要“纽带”。而AO、PNA和NAO不仅受热带海洋SST的影响,同时也受太平洋年代际振荡PDO和大西洋多年代际AMO的影响,这一研究为未来北极海冰快速减少和全球气候变暖机理的深入研究提供理论支撑。     

Revisiting ENSO impacts on the Indian Ocean SST based on a combined linear regression method

The El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) has great impacts on the Indian Ocean sea surface temperature (SST). In fact, two major modes of the Indian Ocean SST namely the Indian Ocean Basin (IOB) and the Indian Ocean Dipole (IOD) modes, exerting strong influences on the Indian Ocean rim countries, are both influenced by the ENSO. Based on a combined linear regression method, this study quantifies the ENSO impacts on the IOB and the IOD during ENSO concurrent, developing, and decaying stages. After removing the ENSO impacts, the spring peak of the IOB disappears along with significant decrease in number of events, while the number of events is only slightly reduced and the autumn peak remains for the IOD. By isolating the ENSO impacts during each stage, this study reveals that the leading impacts of ENSO contribute to the IOD development, while the delayed impacts facilitate the IOD phase switch and prompt the IOB development. Besides, the decadal variations of ENSO impacts are various during each stage and over different regions. These imply that merely removing the concurrent ENSO impacts would not be sufficient to investigate intrinsic climate variability of the Indian Ocean, and the present method may be useful to study climate variabilities independent of ENSO.     

Western Indian Ocean SST signal and anomalous Antarctic sea-ice concentration variation

Teleconnection between El Nino/La Nina-Southern Oscillation (ENSO) phenomenon and anomalous Antarctic sea-ice variation has been studied extensively.In this study,impacts of sea surface temperature in the Indian Ocean on Antarctic sea-ice change were investigated during Janaury 1979 and October 2009.Based on previous research results,sea areas in the western Indian Ocean (WIO;50°–70°E,10 °–20 °S) are selected for the resreach.All variables showed 1-10 year interannual timescales by Fast Founer Tranaform (FFT) transformation.Results show that i) strong WIO signals emerged in the anomalous changes of Antarctic sea-ice concentration;ii) significant positive correlations occurred around the Antarctic Peninsula,Ross Sea and its northwest peripheral sea region iii) negative correlation occurred in the Indian Ocean section of the Southern Ocean,Amundsen Seas,and the sea area over northern Ross Sea;and iv) the atmospheric anomalies associated with the WIO including wind,meridional heat flux,and surface air temperature over southern high latitudes were the possible factors for the teleconnection.     

A dipole mode at thermocline layer in the tropical Indian Ocean

Temperature data at different layers of the past 45 years were studied and we found adiploe mode in the thermocline layer (DMT): anomalously cold sea temperature off the coast of Sumatra and warm sea temperature in the western Indian Ocean. First, we analyzed the temperature and the temperature anomaly (TA) along the equatorial Indian Ocean in different layers. This shows that stronger cold and warm TA signals appeared at subsurface than at the surface in the tropical Indian O-cean. This result shows that there may be a strong dipole mode pattern in the subsurface tropical Indian Ocean. Secondly we used Empirical Orthogonal Functions (EOF) to analyze the TA at thermocline layer. The first EOF pattern was a dipole mode pattern. Finally we analyzed the correlations between DMT and surface tropical dipole mode (SDM), DMT and Nino 3 SSTA, etc. and these correlations are strong.     

一个简单的印-太海气耦合模式

本文基于一层半海洋模式和SVD(Singular Value Decomposition)大气模式构建了一个简单的海气耦合模式, 引入热通量的作用, 分析ENSO影响热带印度洋地区的动力学和热力学耦合过程。其中, 使用统计大气模式, 由给定的SST(Sea Surface Temperature)异常得到风应力异常, 进而驱动海洋环流反馈给SST, 完成海气的动力耦合; 使用块体经验公式由SST异常和风场异常计算热通量异常, 直接作用于SST, 实现海气的热力学耦合。动力耦合实验揭示, 太平洋第一EOF(Empirical Orthogonal Functions) 模态与观测基本吻合。并且模拟Ni?o 3指数存在两年左右的谱峰周期。这说明, 海气动力学耦合是ENSO生成的主要因素。热力耦合的加入是为了考察ENSO影响热带印度洋的热力学效应。同时考虑动力和热力耦合的实验结果表明, 热带太平洋暖异常中心更加接近观测值, 热带印度洋出现海盆尺度海温正异常。这意味着热带太平洋的ENSO信号通过海气界面的热量交换实现对热带印度洋地区的遥强迫, 导致印度洋海盆尺度增暖。     

Spatial and temporal variability of heat content above the thermocline in the tropical Pacific Ocean

Abstract-Heat content of the upper layer above the 20℃ isotherm in the tropical Pacific Ocean isestimated by using the sea temperature data set with a resolution 2°latitude×5°longitude (1980～1993)for the water depths (every 10 m) from 0 m to 400 m, and its temporal and spatial variabilities are an-alyzed. (1) The temporal variability indicates that the total heat in the upper layer of the equatorial Pa-cific Ocean is charcterized by the interannual variability. The time series of the equatorial heat anomaly5 months lead that of the El Nino index at the best positive lag correlation between the two, and theformer 13 months lag behind the latter at their best negative lag correlation. Therefore the equatorialheat content can be used as a better predictor than the El Nino index for a warm or cold event. In addi-tion, it is also found that less heat anomaly in the equator corresponds to the stronger warm events inthe period (1980～1993) and much more heat was accumulated in the 4 years including 1992/1     

Relationship between Indian Ocean dipole and ENSO and their connection with the onset of South China Sea summer monsoon

1Introduction Indian Ocean dipole(IOD),a kind of localcharacteristics of variation of sea surface temperature(SST)in the Indian Ocean,behaves with an oppo-site SSTA symbol between the east and west parts ofthe tropical Indian Ocean(Yu and Liu,2004;Rongand…     

How does the Indian Ocean subtropical dipole trigger the tropical Indian Ocean dipole via the Mascarene high？

The variation in the Indian Ocean is investigated using Hadley center sea surface temperature(SST)data during the period 1958–2010.All the first empirical orthogonal function(EOF)modes of the SST anomalies(SSTA)in different domains represent the basin-wide warming and are closely related to the Pacific El Ni o–Southern Oscillation(ENSO)phenomenon.Further examination suggests that the impact of ENSO on the tropical Indian Ocean is stronger than that on the southern Indian Ocean.The second EOF modes in different domains show different features.It shows a clear east-west SSTA dipole pattern in the tropical Indian Ocean(Indian Ocean dipole,IOD),and a southwest-northeast SSTA dipole in the southern Indian Ocean(Indian Ocean subtropical dipole,IOSD).It is further revealed that the IOSD is also the main structure of the second EOF mode on the whole basin-scale,in which the IOD pattern does not appear.A correlation analysis indicates that an IOSD event observed during the austral summer is highly correlated to the IOD event peaking about 9 months later.One of the possible physical mechanisms underlying this highly significant statistical relationship is proposed.The IOSD and the IOD can occur in sequence with the help of the Mascarene high.The SSTA in the southwestern Indian Ocean persists for several seasons after the mature phase of the IOSD event,likely due to the positive wind–evaporation–SST feedback mechanism.The Mascarene high will be weakened or intensified by this SSTA,which can affect the atmosphere in the tropical region by teleconnection.The pressure gradient between the Mascarene high and the monsoon trough in the tropical Indian Ocean increases(decreases).Hence,an anticyclone(cyclone)circulation appears over the Arabian Sea-India continent.The easterly or westerly anomalies appear in the equatorial Indian Ocean,inducing the onset stage of the IOD.This study shows that the SSTA associated with the IOSD can lead to the onset of IOD with the aid of atmosphere circulation and also explains why some IOD events in the tropical tend to be followed by IOSD in the southern Indian Ocean.     

印度洋偶极子预报技巧在多模式中的对比研究

本文采用北美多模式集合产品数据,分析了印度洋偶极子指数在不同模式中实际预报技巧和潜在可预报性的差异,并进一步探究其可能的原因。结果表明,印度洋偶极子的有效预报时效在不同模式中差别较大,从2个月到4个月不等。其中东极子海温异常在不同模式中预报技巧的差别较西极子海表面温度异常更明显,表明模式误差和初始误差对东极子海表面温度异常演变的影响更为显著。另外,印度洋偶极子的实际预报技巧和潜在预报技巧存在明显的线性关系,潜在预报技巧高的模式,其实际预报技巧也高。最后,本文诊断、分析了厄尔尼诺对印度洋偶极子预报技巧的影响,发现在厄尔尼诺和印度洋偶极子相关性较高的气候模式中,印度洋偶极子实际预报技巧也较高。     

印度洋-太平洋海表温度年际变化的联合模态

利用1870～2004年的HadiSST的月平均海表面温度(SST)资料,对去除了全球增暖趋势的印度洋-太平洋海表温度异常(SSTA)作季节经验正交函数(Season-reliant Empirical Orthogonal Function, S-EOF)分解,得到了印度洋-太平洋海表温度年际变化的2个联合模态,并且分析了与之相对应的大气环流特征.结果表明:低频的厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)是控制印度洋-太平洋的主导模态,能使赤道印度洋维持一异常反气旋性环流,削弱印度洋夏季风的作用并且将东印度洋暖池的暖水输送到西印度洋,印度洋SSTA在一年四季中都出现全海盆同号变化,因此,第一主模态是ENSO的低频模与印度洋海盆一致模的联合模态;第二模态表现为太平洋上准2 a的ENSO位相转换模与印度洋偶极子模的联合模态,ENSO的位相转换发生于春季,与季风的异常转换有关,印度洋上出现异常的气旋性环流,叠加在印度洋夏季风上,增大东西印度洋的温差,在秋季出现西低东高的偶极子型海温分布,印度洋夏季风和这个模态的产生发展有很大的联系.