南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

Interdecadal Change in the Interannual Variation of the Western Edge of theWestern North Pacific Subtropical High During Early Summer and the Influenceof Tropical Sea Surface Temperature

This study reveals that the interannual variability of the western edge of the western North Pacific(WNP)subtropical high(WNPSH) in early summer experienced an interdecadal decrease around 1990. Correspondingly, the zonal movement of the WNPSH and the zonal extension of the high-pressure anomaly over the WNP(WNPHA) in abnormal years possess smaller ranges after 1990. The different influences of the tropical SSTAs are important for this interdecadal change, which exhibit slow El Nino decaying pat...     

冬季热带西太平洋海平面气压与后期亚洲夏季风的关系

利用月平均的NCEP/NCAR再分析资料(1958-1996),基于一个新的冬季热带西太平区域环流指数,研究了冬季热带西太平洋环流的极端异常及其随时间的演变。研究发现,冬季热带西太平洋环流异常与北半球亚洲大陆高纬度地区的气候变化有紧密的联系。随着季节发展,冬季出现在热带西太平洋的一个反气旋(气旋)环流异常逐渐向东北方向移动并向西扩展,其东西方向的轴线逐渐被拉长。因此,位于反气旋(气旋)环流异常南部的异常东风(西风)连续向西伸展到印度半岛,导致南亚夏季风减弱(增强)。同时,随着季节发展,源于热带西太平洋的气压异常逐渐移近并最终占据亚洲大陆,进而影响夏季亚洲大陆热低压。     

20世纪90年代以后华北初春低温增强和北大西洋海温关系

本文利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了20世纪90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋“马蹄型”海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用通量有着较密切的相关关系,1997年以后北大西洋地区的500 hPa环流模态,整体呈现出东移南撤的趋势。1997年以后格陵兰岛东侧表面温度受异常热力强迫导致正值区增多,同时此处西风急流加大,有利于Rossby波向下游传播,导致其下游欧洲大陆地区形成暖脊。通过局地多尺度能量涡度分析法（Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MS-EVA）证明格陵兰岛东侧关键区表面温度的异常热力强迫作用与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能的增加并向外辐散,使得脊加强向北伸展。通过欧亚波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。最后通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋“马蹄型”海温模态对大气环流异常及华北地区极端低温的影响。模拟结果很好地验证了观测结果,进一步表明该海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,进而导致我国华北地区气旋性加强和经向环流加大,极端低温事件增多。     

Influence of Tropical Western Pacific Warm Pool Thermal State on the Interdecadal Change of the Onset of the South China Sea Summer Monsoon in the Late-1990s

An interdecadal shift in the onset date of the South China Sea summer monsoon(SCSSM) is identified during the late 1990 s by using the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Interim Reanalysis dataset. The mean onset date was brought forward by two pentads during 1999–2013 compared to that during 1979–1998. The large-scale atmospheric and oceanic change associated with this shift exhibits a significant interdecadal variation signal around 1998/1999, indicating that the shift during the late 1990 s is robust. Different from the well-known mid-1990 s shift, this shift carried more important systematical significance. Diagnostic analysis suggests that the earlier outbreak of the SCSSM was due to the interdecadal warming of the warm pool, which brought stronger convection anomalies and led to a weak western Pacific subtropical high(WPSH) during boreal spring(March–May). The earlier retreat of the WPSH was a direct cause of this shift.     

Persistence of Summer Sea Surface Temperature Anomalies in the Midlatitude North Pacific and Its Interdecadal Variability

The present study investigates the persistence of summer sea surface temperature anomalies(SSTAs) in the midlatitude North Pacific and its interdecadal variability. Summer SSTAs can persist for a long time(approximately 8–14 months)around the Kuroshio Extension(KE) region. This long persistence may be strongly related to atmospheric forcing because the mixed layer is too shallow in the summer to be influenced by the anomalies at depths in the ocean. Changes in atmospheric circulation, latent heat flux, and longwave radiation flux all contribute to the long persistence of summer SSTAs. Among these factors, the longwave radiation flux has a dominant influence. The effects of sensible heat flux and shortwave radiation flux anomalies are not significant. The persistence of summer SSTAs displays pronounced interdecadal variability around the KE region, and the variability is very weak during 1950–82 but becomes stronger during 1983–2016. The changes in atmospheric circulation, latent heat flux, and longwave radiation flux are also responsible for this interdecadal variability because their forcings on the summer SSTAs are sustained for much longer after 1982.     

华北夏季降水与北半球环流及北太平洋海温关系的初步分析

在利用基于Z指数的判别方法确定华北地区严重旱涝年份的基础上，应用合成分析方法研究了严重旱涝年的环流形势并初步分析了华北夏季旱涝的成因。然后用相关分析研究方法找出了与华北地区夏季降水关系密切的海温关键区，即赤道中东太平洋地区和北太平洋中高纬地区。利用大气环流模式进行数值试验，进一步研究了两个区域海温影响华北降水的地理机制和相对重要性，得到了一些有意义的结果。最后初步探讨了影响华北夏季降水异常的可能物理机制。     

中高纬度印度洋海温与西北太平洋夏季台风生成数的相关性

从独立性、显著性和滞后性角度分析西北太平洋夏季台风生成数(WNPTYF)与前期中高纬度印度洋海表温度(SST)的关系, 结果表明:前期中高纬度印度洋SST与WNPTYF相关显著, 且独立于热带东太平洋SST(或ENSO)对WNPTYF影响;中高纬度印度洋SST年际变化对WNPTYF年际变化的指示能力相当或超过热 带东太平洋, 综合两者的影响预测夏季西北太平洋台风生成数的变化有非常重要的现实意义。进一步的分析表明, 中高纬度印度洋SST对WNPTYF影响有明显的滞后性, 前期相关显著而同期相关不显著。这种滞后性意味着其前期中高纬度印度洋SST对WNPTYF的影响并不是通过SST的持续性, 而很可能是通过南半球大气活动的持续性及异常信号在大气中的传播而影响到夏季的环流, 最终影响WNPTYF异常。这种影响机制有待进一步研究。     

Interdecadal Enhancement of the Walker Circulation over the Tropical Pacific in the Late 1990s

The Walker circulation is one of the major components of the large-scale tropical atmospheric circulation and variations in its strength are critical to equatorial Pacific Ocean circulation.It has been argued in the literature that during the 20th century the Walker circulation weakened,and that this weakening was attributable to anthropogenic climate change.By using updated observations,we show that there has been a rapid interdecadal enhancement of the Walker circulation since the late 1990s.Associated with this enhancement is enhanced precipitation in the tropical western Pacific,anomalous westerlies in the upper troposphere,descent in the central and eastern tropical Pacific,and anomalous surface easterlies in the western and central tropical Pacific.The characteristics of associated oceanic changes are a strengthened thermocline slope and an enhanced zonal SST gradient across the tropical Pacific.Many characteristics of these changes are similar to those associated with the mid-1970s climate shift with an opposite sign.We also show that the interdecadal variability of the Walker circulation in the tropical Pacific is inversely correlated to the interdecadal variability of the zonal circulation in the tropical Atlantic.An enhancement of the Walker circulation in the tropical Pacific is associated with a weakening zonal circulation in the tropical Atlantic and vise versa,implying an inter-Atlantic-Pacific connection of the zonal overturning circulation variation.Whether these recent changes will be sustained is not yet clear,but our research highlights the importance of understanding the interdecadal variability,as well as the long-term trends,that influence tropical circulation.     

夏季西太副高脊面年际变化与太平洋海温关系的研究

利用谱分析、带通滤波、奇异值分解及合成分析等方法,以及欧洲中期数值天气预报中心大气环流再分析资料和美国NOAA的海温资料,研究了夏季西太平洋副热带高压(下称西太副高)脊面年际变化及其对前期太平洋海温响应的物理过程.结果表明,西太副高脊面存在准7.5年的最显著振荡周期.太平洋前冬和前春海温对夏季西太副高脊面的影响是显著的.其中El Ni(n)o型的异常海温分布将使夏季两太副高脊面偏南,而La Ni(n)a型的则使夏季西太副高脊面偏北.在对比分析与太平洋海温异常相联系的异常环流的基础上,发现异常海温强迫出的异常经向环流是有利于夏季西太副高脊面异常的一个重要原因.     

Summer Persistence Barrier of Sea Surface Temperature Anomalies in the Central Western North Pacific

The persistence barrier of sea surface temperature anomalies(SSTAs) in the North Pacific was investigated and compared with the ENSO spring persistence barrier.The results show that SSTAs in the central western North Pacific(CWNP) have a persistence barrier in summer:the persistence of SSTAs in the CWNP shows a significant decline in summer regardless of the starting month.Mechanisms of the summer persistence barrier in the CWNP are different from those of the spring persistence barrier of SSTAs in the central and eastern equatorial Pacific.The phase locking of SSTAs to the annual cycle does not explain the CWNP summer persistence barrier.Remote ENSO forcing has little linear influence on the CWNP summer persistence barrier,compared with local upper-ocean process and atmospheric forcing in the North Pacific.Starting in wintertime,SSTAs extend down to the deep winter mixed layer then become sequestered beneath the shallow summer mixed layer,which is decoupled from the surface layer.Thus,wintertime SSTAs do not persist through the following summer.Starting in summertime,persistence of summer SSTAs until autumn can be explained by the atmospheric forcing through a positive SSTAs-cloud/radiation feedback mechanism because the shallow summertime mixed layer is decoupled from the temperature anomalies at depth,then the following autumn-winter-spring,SSTAs persist.Thus,summer SSTAs in the CWNP have a long persistence,showing a significant decline in the following summer.In this way,SSTAs in the CWNP show a persistence barrier in summer regardless of the starting month.     

太平洋次表层海温与南海夏季风建立关系初探

通过合成分析和相关分析对南海夏季风爆发异常年份前期 0～ 40 0 m深度次表层海温的异常分布进行了讨论 ,发现北太平洋 (1 50°E～ 1 50°W,3 5～ 50°N)区域对季风爆发时间的早晚有着较为持续的影响 ,前冬 1 2 0～ 3 0 0 m深度尤其显著 ,具体表现为当前冬该海域海温偏低时 ,季风爆发偏晚 ,反之偏早 ;并通过定义一个北太平洋热力参数以表征该区域的热力作用 ,指出这一作用可能通过遥相关过程得以实现     

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.     

中国北方秋雨与热带中太平洋海表冷却的关系

本文利用1951～2011年中国160站降水、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA延长重建海表温度 (NOAA extended reconstructed SST) 资料,研究了中国9月北方秋雨的年际变化特征及其成因,并用ECHAM5大气环流模式开展了数值试验,最后对2011年9月历史罕见秋雨进行了分析。研究发现,中国北方秋雨有明显的年际和年代际变化,19世纪60年代到1980年代中期,北方秋雨偏多,1950年代、1980年代后期和1990年代秋雨偏少。北方秋雨与西太平洋副热带高压的西伸有密切联系,北方秋雨偏多时,副热带高压偏西偏强,有利于偏南风向北输送水汽并在中国北方辐合。西太平洋副热带高压的加强西伸与热带中太平洋的海表冷却密切有关,偏低的热带中太平洋海表温度(CTSSTI)使其上的对流活动受到抑制,热带西太平洋对流异常旺盛,在西北太平洋出现异常反气旋,加强东亚—西北太平洋的EAP波列,引起西太平洋副热带高压明显西伸,导致秋雨偏多。反之,热带中太平洋海表偏暖,副热带高压偏弱偏南,秋雨偏少。2011年9月北方秋雨的环流异常及成因与统计分析和数值模拟结果基本一致。     

Connections Between the South Asian Summer Monsoon and the Tropical Sea Surface Temperature in CMIP5

The South Asian summer monsoon (SASM) precipitation is analyzed based on reanalysis datasets and historical simulation results from 23 climate models of the Coupled Model Intercomparison Project phase ...     

热带印度洋春季海表温度异常与南海夏季风强度变化的关系

利用50年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋春季海温异常对南海夏季风强度变化的影响。结果表明:1)热带印度洋春季海表温度距平(SSTA)的模态主要是全区一致型(USBM)和热带南印度洋偶极型(SIODM),USBM模态既有年际时间尺度的变化特征,又有年际以上时间尺度的变化特征,既包含有对冬季ENSO信号响应的变化特征,又有独立于ENSO的变化特征;SIODM模态主要表现为独立于ENSO的年际时间尺度变化。2)USBM模态与南海夏季风强度变化呈显著负相关关系,且二者都是对冬季ENSO信号的响应,USBM模态的年际变化不能独立于ENSO信号影响南海夏季风的强度变化。3)经(1~8年)带通滤波及去除ENSO信号的热带印度洋春季SSTA的SIODM型分布是影响南海夏季风强度变化的主要模态,表现为热带东南印度洋为负(正)、其他海区为正(负)时,南海夏季风强度增强(减弱),大气环流对热带东南印度洋SSTA热力作用的响应是造成这一关系的直接原因,SIODM型的SSTA分布与南海夏季风年际异常关系在热带印度洋长期变化趋势的暖位相期显著,在长期变化趋势的冷位相期不显著。     

冬季北太平洋海温主模态在1990年前后调整及其成因初探?

太平洋年代际振荡(PDO)和北太平洋涡旋振荡(NPGO)是北太平洋(20°~60°N,120°E~120°W)海温(SST)的EOF前两个模态,本文通过比较1990年前后北太平洋冬季SST EOF前两个模态,揭示了PDO和NPGO在1990年前后特征,并从关键区海温变化、北太平洋涛动(NPO)、赤道太平洋中部变暖(CPW)和北极涛动(AO)的影响,揭示了北太平洋主模态在1990年之后调整的成因。我们发现,1990年之前,北太平洋SST场的EOF前两个模态与PDO和NPGO的空间结构类似,但是在1990年之后,SST的EOF第一模态的最大荷载中心向日界线移动,40°N以北的太平洋被正的SST异常控制,表现出与NPGO模态的负位相相似的空间分布特征,而EOF第二模态由偶极子演变成了三极子结构。北太平洋中部(28°~36°N,152°~178°W)和北太平洋北部(44°~49°N,151°~177°W)海温距平在1990年之后呈显著的负相关变化,是导致在1990年之后冬季NPGO成为主模态的内部原因,而NPO在1990年之后的显著增强则是重要的外部原因。分析显示,NPO在1980年开始表现出增强趋势,通过风生流机制,NPO可以增强北太平洋45°N附近的气压梯度和西风异常幅度,从而导致了1990年之后NPGO海温模态的加强。虽然CPW和AO对NPO的南支(夏威夷)和北支(阿拉斯加)的海平面气压异常中心加强有贡献,但是上述两个因子与NPGO之间的关系在1990年之前并不明显。因此,CPW和AO与NPGO之间并不存在稳定的物理联系。     

夏季青藏高原对流层温度与西北太平洋副热带地区降水的关系

利用1979—2016年CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project)的降水数据以及ERA-Interim再分析资料,通过统计方法研究了夏季青藏高原地区对流层中上层温度年际变率与同期西北太平洋副热带地区降水的关系及其相关的物理过程。结果表明,在年际变化尺度上,夏季高原对流层温度与同期西北太平洋副热带地区降水存在显著的正相关,即当高原对流层温度偏高时,西北太平洋副热带区域的降水偏多,反之亦然。分析研究指出,当夏季高原对流层温度偏高时,高原上空南亚高压显著增强并且向东扩展至日本地区,高原北部对流层出现异常的上升运动,这一异常上升气流随着高度增加逐渐北偏,并在中高纬度地区沿着异常西风气流向东扩展至日本地区,随后向南下沉至日本南部;受该异常下沉运动影响,日本南部对流层低层出现异常反气旋,其东侧的异常北风与西北太平洋低层的异常气旋、反气旋环流存在紧密联系。西北太平洋地区这种异常环流特征为西北太平洋副热带区域的降水提供了有利的动力和水汽条件,从而使该区域降水增多。     

冬季赤道西太平洋环流状况与后期亚洲季风

基于月平均NCEP再分析资料(1958～1997年)以及中国336个台站月降水总量(195l～1994年),通过合成、相关以及统计显著性检验方法,研究了赤道西太平洋区域冬季环流状况与后期春夏季亚洲(东亚和南亚)季风环流变化的关系.研究结果表明,冬季赤道西太平洋环流状况对后期南亚季风和东亚季风以及我国夏季降水均有显著的滞后影响.冬季赤道西太平洋海域海平面气压偏高(低),对应反气旋(气旋)性环流异常,致使后期东亚和南亚夏季风均偏弱(强)以及我国长江流域夏季降水偏多(少),揭示了实施这种滞后影响的一般特征.