El Niño对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Niño事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Niño不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Niño发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Niño成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Niño衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Niño影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

El Niño前后热带西太平洋潜热交换空间变化特征

本文根据中美西太平洋联合考察资料,计算了西太平洋热带海域(20°N～8°S,112°～170°E)内的潜热通量和显热通量。结果表明,该区域海气交换潜热通量的空间分布与El Niño的发生有密切联系。根据计算结果建立了潜热e_w-e-V诺谟图,显热t_w-t-V诺谟图。利用该图可随时对海气热交换特征进行诊断分析。     

两类El Niño不同衰减型的演变特征及其与我国夏季降水的联系

利用中国气象局743站日降水、NCEP-/NCAR大气环流、英国气象局Hadley中心全球月平均海表温度（SST）等资料,探讨了两类El Niño不同衰减型的演变特征及其对衰减阶段夏季（6-8月）我国降水异常分布的可能影响。根据海表温度异常（SSTA）沿赤道（5°S~5°N）的演变特征,EP-El Niño存在两种衰减型:自东向西（E-W）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展）和自西向东（W-E）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展）;CP-El Niño存在3种衰减方式:对称（S）衰减（赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称）、延迟（P）衰减（衰减阶段紧接着呈现EP-El Niño分布）、突然（A）衰减（衰减阶段紧接着发生EP-La Niña事件）。对于EP-El Niño,在华北、华南、长江和黄河（简称两河）之间及两河的上游地区,E-W与W-E衰减阶段夏季降水呈现完全相反的异常分布特征。E-W衰减阶段夏季两河之间及上游地区偏旱的可能性显著增大,华北地区降水异常偏多,长江以南略偏多;而W-E衰减阶段夏季,两河之间及上游地区降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,华南大部和华北地区降水明显偏少。对于CP-El Niño的3种衰减方式:夏季降水异常大值带在S衰减方式下主要位于黄河和淮河之间;在P方式衰减时,出现在长江流域;而在A型衰减时,主要位于黄河下游地区。S和A衰减方式下,东北大部尤其东北北部降水偏少,而处于P衰减时,东北大部降水明显偏多;在西南地区,S衰减时夏季降水总体偏多,A衰减时情况相反;在西北北部地区,A衰减时偏旱,而S和P衰减时降水总体偏多。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,区分衰减型使得两类El Niño次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水短期气候预测工作提供了重要依据。     

热带太平洋第二类El Nio事件及其对中国气候的影响

基于热带太平洋次表层海温资料,分析了热带太平洋第二类El Nio事件海温异常的分布特征及其形成机制,讨论了与经典El Nio事件、El Nio Modoki、WP(西太平洋暖池)及CT(冷舌)El Nio事件之间的关系,揭示了第二类El Nio事件对中国降水的影响,得到以下结论。(1)第二类El Nio事件表征为热带太平洋次表层海温异常第三模态,占总方差贡献的4.7%。在海洋表面层,第二类El Nio事件暖期赤道东太平洋为沿赤道西伸的冷舌,热带中西太平洋为环绕冷舌的马蹄型大范围暖区。该型具11a和30~40a年代际振荡及3~4a年际变率,峰值多出现在春季。第二类El Nio事件是热带太平洋异常海面风应力场和赤道两侧的风应力旋度共同作用的结果,在赤道东印度洋-中西太平洋与赤道东太平洋-南美洲上空出现以反号垂直运动为特征的异常Walker环流。(2)El Nio Modoki与第二类El Nio事件有密切关系,它实质上是第二类El Nio事件次表层海温与近海面大气相互作用的结果,捕捉了第二类El Nio事件的主要信息。(3)第二类El Nio事件对中国春季及夏初降水有一定影响。在事件暖期,东海地区存在一个显著的异常反气旋性环流,其南侧的中国南方地区盛行异常东北气流,水汽来源减少,导致该地区少雨,其西侧的异常偏南气流北上直达华北地区,异常多水汽向北输送,并与北方的偏北流场相遇,导致该地区降水偏多。在第二类El Nio事件冷期相反。本文结果还指出,WP与CT El Nio事件是由经典El Nio事件第一模态与El Nio Modoki事件组合而成,它们不是独立的El Nio类型。此外,还讨论了夏半年El Nio事件对大气环流影响的物理过程。     

两类El Niño事件对中国近海及毗邻海域海表温度的影响

为研究东部型和中部型两类厄尔尼诺(El Ni?o)事件与中国近海海表温度(sea surface temperature,SST)变化间的联系,基于中国科学院大气物理研究所连续80年(1940—2019年)的SST再分析数据,采用EOF分解、合成分析等方法做了初步分析,发现中国近海及毗邻海域近80年SST变化与全球变暖密切相关。并且两类El Ni?o事件对中国近海SST变化的影响存在显著差异。东部型El Ni?o事件发展过程中,中国近海及毗邻海域SST在发展年主要为负异常,衰退期为正异常;中部型ElNi?o事件发展过程中, SST变化区域差异大,发展年日本附近海域为正异常, 28°N以南为弱的负异常。两类El Ni?o事件引发西太平洋风场反气旋涡的时间、位置与强度等的不同,是造成中国近海风场与海表温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)差异的主要原因。     

埃尔尼诺循环的反馈机制探讨

本文利用2°×2°格点综合海-气资料(COADS),计算了赤道太平洋(11°S～11°N,120°E～90°W)1950～1987年历次El Niño和La Niña期间平均温度、气压、纬向风、比湿、云及热量收支各分量的差异,得出:El Niño而比La Niña期间,赤道太平洋洋面水平气压梯度小,东风弱,赤道中太平洋到秘鲁的西海面感热和潜热交换强,空气中水汽和云量多,有效长波辐射和射入太阳辐射少,洋西净获得(损失)热量少.最后概括了El Niño循环的两种正反馈和负反馈机制.     

台湾海峡生态系统对海洋环境年际变动的响应分析

通过比较1985~2001年的海表温度与其间收集的现场营养盐、浮游植物和浮游动物丰度及群落结构变动信号,以及1971~1998年的中上层鱼类渔获量变动信息,发现了台湾海峡生态系统对物理环境年际变动产生的响应迹象.1997 年夏季台湾海峡处于偏冷状态,南部近岸上升流强度减弱;1997年冬季正值一个较强的暖事件发展到顶峰,北上入侵暖水强度增强、浙闽沿岸冷水强度减弱.导致这两个时期营养盐分布特征改变,发生了一系列从浮游植物到浮游动物,从生物量到群落结构的异常响应,暖水性中上层鱼类渔获量则似乎呈现出El Niño年偏高的趋势.根据有限的辅助证据推测,El Niño很可能不是控制台湾海峡海洋环境年际变动的强信号,而台湾海峡的气候海洋生态长期低频变动可能更多地受到东亚季风中国边缘海系统的控制.     

西太平洋暖池变异及其对西太平洋次表层海温场的影响

应用热带太平洋上层XBT温度资料,分析研究了西太平洋暖池区(0°～16°N,125°～145°E)上层海洋的变化特征以及与西太平洋次表层海温场之间的关系.研究表明,西太平洋暖池区的垂向温度存在显著的年际变化,尤其在次表层(120～200m)的变化最为明显.西太平洋暖池区的次表层冷暖信号明显早于西太平洋次表层的海温异常.分析发现,西太平洋暖池区的海温异常是导致整个西太平洋次表层海温场变异的关键区,当西太平洋暖池区的次表层冷暖信号加强时,3～4个月后西太平洋海温场出现大范围的冷暖异常.     

El Nio对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Nio事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Nio不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Nio发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Nio成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Nio衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Nio影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

赤道太平洋初级生产力对El Nio事件响应的综合分析

本文依据热带海洋全球大气研究(TOGA),东太平洋海洋环流研究(EPOCS)、西赤道太平洋海洋环流研究(WEPOCS)、表层热带太平洋观测(SURTROPAC)以及太平洋区域观察)PROPPAC)等计划,对1980～1990年期间在赤道太平洋(141.5°E～85°W,10°N～10°S)所调查的生物化学资料进行了分析和比较。所得结果是:东赤道太平洋正常年份初级生产力为500～800mg/(m~2·d),El Ni(?)o期间约为150mg/(m~2·d);西赤道太平洋正常年份初级生产力为200～250rag/(m~2·d),El Ni(?)o期间约为300mg/(m~2·d)。研究结论是:El Ni(?)o期间东赤道太平洋初级生产力较正常年份显著降低,西赤道太平洋初级生产力较正常年份明显增加,生物响应均较显著。     

1997/1998厄尔尼诺的发生与发展

厄尔尼诺现象是大尺度海气相互作用过程而引起的异常变化.由于伴随着厄尔尼诺的发生往往出现全球范围的气候异常,因此厄尔尼诺的诊断和预测引起了海洋学家和气象学家的密切注意.为了建立和改善厄尔尼诺的预报模式,寻求可供厄尔尼诺预报使用的预报因子和诊断厄尔尼诺发生与发展的物理条件是科学工作者面临的重大挑战.长期以来,为了选取那些具有明显的物理意义、预报提前量足够大的物理量,及早地诊断厄尔尼诺的发生、发展和消衰,海洋和气象学界付出了不懈的努力.例如,各种厄尔尼诺和南方涛动指数及反映全球气候异常的指标等都是这种努力的结果.回顾既往发生的厄尔尼诺过程,虽然有其共同的一面,但具体个例之间却又不尽相同.     

简易海洋同化数据中的厄尔尼诺现象

为研究在厄尔尼诺现象演变过程中海气相互作用的性态特征,该文再次应用拓展伴随模态分析于简易海洋同化数据(SODA data).结果表明:通过相互作用形成厄尔尼诺/拉尼娜现象的海洋与大气具有明显不同的性态,气候系统中并不存在一个相对独立的热带太平洋大气变异,但是的确存在一个相对独立的热带太平洋海洋变异;原因在于大气是底部界面受热而海洋是顶部界面受热,从而导致前者具有较后者强烈得多的斜压不稳定性和能够覆盖大部分热带太平洋的赤道辐合带; 再次证实了正是直接来自中纬度海域的西风爆发和海面风辐聚导致赤道太平洋上层海水的东向移动和经向辐聚造就了厄尔尼诺所特有的增温信号.     

厄尔尼诺/拉尼娜信号循环回路及其传播特性研究

基于1992～2001年卫星高度计资料分析了海面高度距平在厄尔尼诺/拉尼娜(El Niño/La Niña)现象中的演变过程,发现:(1)在El Niño过程中,海面高度正距平信号从西太平洋沿赤道海域向东传播至东海岸,然后分成南北两支,北支在10°N附近从东太平洋传回西太平洋的信号最强,到达西太沿岸海域再传回赤道,表明El Niño信号传播在北半球存在一明显循环回路.赤道以南循环圈不及赤道以北环路清晰.东太平洋的季节变化信号主要通过6°N,10°N和8°S附近的3个通道向西太平洋传播.La Niña信号主要从5°N和7°S向西传播;(2)在大洋海盆尺度快速传播信号背景下,存在波长700～800km的慢速传播信号,两类信号将信息在太平洋内传送.传播速度分析表明,慢速传播信号的相速与Rossby波相速相符,而快速传播信号应该是海洋对大气变异的响应.     

台湾岛以东海域若干浮游动物对厄尔尼诺的响应

近年来,我国有不少海洋物理学家著文论述了强厄尔尼诺期间,台湾岛以东海域水文状况的变异.同时也有一些海洋生物研究者撰文阐述了台湾岛以东海域浮游生物的生态特征[1～6],但他们尚未涉及到浮游生物对厄尔尼诺的响应.     

超强厄尔尼诺事件次年台风生成偏晚原因分析

The 2015/2016 El Ni?o event reached the threshold of super El Ni?o event, and was comparable to the super events in 1982/1983 and 1997/1998. Interestingly, the tropical cyclones(TCs) were found to have very late onsets in the decaying years of the super El Ni?o events. This study discusses the causes of late TC onsets related with atmospheric circulation, disturbance sources and trigger mechanisms. The analysis shows that the western North Pacific subtropical high(WNPSH) from January–June during the decaying years of the super El Ni?o events were stronger than the climatic mean, which resulted in a relatively stable atmospheric state by inhibiting deep convection. As a disturbance source, the April–June intertropical convergence zone(ITCZ) during the decaying years of the super El Ni?o events were significantly weaker than its climatic mean. The cross-equatorial flow and monsoon trough, as important TC generation triggers, were weaker from April–June during the decaying years of the super El Ni?o events, which further reduced the probability of TC generation. As for the late TC onsets, the role of atmospheric circulation anomalies(i.e., subtropical-high, the ITCZ, cross-equatorial flow, and monsoon trough) were more important. The cross-equatorial flow may take as predictor of TC onsets in the decaying years of the super El Ni?o events.     

三种基于均生函数的统计模型在厄尔尼诺预测中的应用

为了探究厄尔尼诺的预测方法,提高其预报准确度与预报时效,本文基于均生函数的基本原理,在普通均生函数模型中分别加入气候序列的本征模函数和预报因子变量,构建了基于EEMD(Ensemble EmpiricalModeDecomposition)的均生函数模型和多变量均生函数模型;并应用三种方案对NINO3区海温指数进行了预报试验。结果表明,两种改进模型对厄尔尼诺的预报效果好于普通均生函数模型,是提高预报准确度的有效手段;同时,利用统计的预报模型,可以在一定程度上有效延长厄尔尼诺的预报时效,具有一定实践意义。     

2009/2010年El Ni(n)o事件变化特征及其机理

应用TAO (Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了发生在2009/2010年的El Ni(n)o事件的变化特征,讨论了此次El Ni(n)o事件发生过程中,赤道东、西太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,特别是对赤道太平洋次表层异常海温变化的...     

中国科学院气候系统模式模拟的ENSO循环

On the basis of more than 200-year control run, the performance of the climate system model of Chinese Academy of Sciences(CAS-ESM-C) in simulating the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) cycle is evaluated, including the onset, development and decay of the ENSO. It is shown that, the model can reasonably simulate the annual cycle and interannual variability of sea surface temperature(SST) in the tropical Pacific, as well as the seasonal phase-locking of the ENSO. The model also captures two prerequisites for the El Ni?o onset, i.e., a westerly anomaly and a warm SST anomaly in the equatorial western Pacific. Owing to too strong forcing from an extratropical meridional wind, however, the westerly anomaly in this region is largely overestimated. Moreover, the simulated thermocline is much shallower with a weaker slope. As a result, the warm SST anomaly from the western Pacific propagates eastward more quickly, leading to a faster development of an El Ni?o. During the decay stage, owing to a stronger El Ni?o in the model, the secondary Gill-type response of the tropical atmosphere to the eastern Pacific warming is much stronger, thereby resulting in a persistent easterly anomaly in the western Pacific. Meanwhile, a cold anomaly in the warm pool appears as a result of a lifted thermocline via Ekman pumping. Finally, an El Ni?o decays into a La Ni?a through their interactions. In addition, the shorter period and larger amplitude of the ENSO in the model can be attributed to a shallower thermocline in the equatorial Pacific, which speeds up the zonal redistribution of a heat content in the upper ocean.     

Variational iteration solving method for El Niño phenomenon atmospheric physics of nonlinear model

A class of E1 Niйo atmospheric physics oscillation model is considered. The E1 Niйo atmospheric physics oscillation is an abnormal phenomenon involved in the tropical Pacific ocean-atmosphere interactions. The conceptual oscillator model should consider the variations of both the eastern and western Pacific anomaly patterns. An E1 Niйo atmospheric physics model is proposed using a method for the variational iteration theory. Using the variational iteration method, the approximate expansions of the solution of corresponding problem are constructed. That is, firstly, introducing a set of functional and accounting their variationals, the Lagrange multiplicators are counted, and then the variational iteration is defined, finally, the approximate solution is obtained. From approximate expansions of the solution, the zonal sea surface temperature anomaly in the equatorial eastern Pacific and the thermocline depth anomaly of the sea-air oscillation for E1 Niйo atmospheric physics model can be analyzed. E1 Niйo is a very complicated natural phenomenon. Hence basic models need to be reduced for the sea-air oscillator and are solved. The variational iteration is a simple and valid approximate method.