我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

我国夏季降水对太平洋海温年代际变化响应的数值试验

利用近５０年观测资料对我国夏季降水和太平洋海温进行诊断分析,发现两者都具有年代际变化特征。在此基础上,利用Ｌ９Ｒ１５大气环流模式,对太平洋海温暖背景异常情况下的夏季降水进行敏感性数值试验,其结果与统计事实基本一致。     

近百年来热带太平洋海温年际及年代际时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一 ,通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现 ,2 0世纪 50年代以来的海温升高及频繁发生的 ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变 ,同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

近百年热带太平洋海温年际及年代际 时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一，通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现,20世纪50年代以来的海温升高及频繁发生的ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变，同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

淮河夏季降水与赤道东太平洋海温对应关系的年代际变化

基于我国台站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的ERSST资料讨论了淮河夏季降水与赤道东太平洋海表温度对应关系的年代际变化。结果表明:淮河夏季降水在20世纪70年代中期发生了一次明显的突变, 在突变之前, 其降水呈线性减少趋势, 而在其后降水呈线性增加趋势; 同时, 淮河夏季降水与前期ENSO的对应关系在突变前后有明显的差异, 在突变前, 降水与赤道东太平洋的海温为显著的负相关, 而在突变后, 相关值转为弱的正相关。滑动相关结果显示:近20年是整个研究时段中二者对应关系最弱的时期。进一步研究发现:淮河降水与西太平洋副热带高压位置和强度的对应关系也在20世纪70年代中期前后经历了一个年代际变化, 在突变前, 淮河夏季降水与副高强度呈正相关, 突变后则为负相关。其中淮河8月降水在突变前主要受副高脊线位置和副高北界影响, 突变后则主要受副高面积和强度影响。即ENSO对淮河夏季降水预测的参考意义正在减弱, 同时副高对降水的作用方式正在转变。     

冬／夏季热带太平洋～印度洋海温年际异常的年代际变化

用Nino3指数、印度洋单极、偶极子指数表示热带两洋SST的年际异常，分季节分析表明：冬季Nino3区与热带印度洋SSTA相互关系表现为单极，且1976年以后两者的相互关系减弱，其可能原因，一是冬季是ENSO事件的盛期；二是冬季西太平洋暖水区东移，造成两洋的垂直纬向环流耦合减弱。夏季两者相互关系表现为偶极，1976年以后两者的相互关系加强，其可能原因，一是夏季是偶极子盛期，ENSO事件的发展期；二是夏季西太平洋暖水区虽然东移，但暖水区位置偏北，且东南印度洋的上升支强度增大，造成两洋的纬向环流耦合更强烈。     

太平洋海温年代际变化的垂直结构及传播特征

利用1950—2000年马里兰大学全球海洋同化分析资料分析了太平洋海温年代际变化的垂直结构和传播特征,结果表明,太平洋上层海温存在显著的年代际变化,其最强区为北太平洋中部偏西地区100 m层次,热带东太平洋50 m层次,热带西太平洋150 m层次,热带西南太平洋190 m层次,日本东南沿海443.5 m以上层次;年代际变化的垂直结构与温度层结有关,年代际变化的显著层都对应于温度随深度变化的极大值处;源自北太平洋中部海表的信号向深层延伸,并由窗口地区向西南潜沉,热带西南太平洋的信号越过赤道向东北挺进,在传播过程中,两处信号的走向都是沿着温度随深度变化的极大值即20℃等温线处,并于副热带20℃等温线转折处汇合;北太平洋40°N附近的年代际变化起源于海表,并向深层传播,而低纬度的信号多起源于150~250 m处的系统加深,故其海表和深层的位相往往不一致。     

北太平洋区域浅层海温与海平面气压场年代际异常关系的分析

用奇异值分解(SVD)方法，研究了北太平洋区域1、7月浅层海温(ST)异常与同期海平面气压(SLP)异常场的关系。结果表明：(1)统计显著的主要是第一模态，且1月的0—80m层、7月的20—120m的上层ST与SLP′，第一模态层际差异很小；(2)年代际变化是该区域海气相互作用的主要时域特征，“突变”发生在1970年代后半期，1月的年代际变化早于7月的1—2年；(3)合成分析表明，年代际变化的环流实质是北太平洋中部前期(1970年代中叶以前)ST持续偏高，相应1(7)月阿留申低压(北太平洋副高)偏弱、位置偏西(变化不明显)，而东亚冬(夏)季风偏弱，反之亦然。     

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。     

全球海温异常年代际分量的方差贡献及其与中国气候异常的相关

将全球海洋海表温度异常 (SSTA) 分解为年代际、年际变化两部分, 用方差分析法给出年代际变化分量显著的洋区及其季节变化, 用奇异值分解 (SVD) 方法分析了它与中国冬温 (冬季平均气温)、夏雨 (夏季总降水量) 年代际异常分量的同期和时滞相关联系的时空结构。结果表明, 无论冬、夏, SSTA的方差构成中, 年代际变化分量方差均较年际变化分量显著; SSTA年代际分量正异常时, 中国 (以北方和东部为主) 易出现一致的冬温正异常, 长江流域、华南夏雨易出现正异常, 而华北夏雨易出现负异常; 反之亦然。     

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.     

不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950～2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋) 海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式, 进行了多组长时间积分试验, 对比观测资料, 讨论了这些海域海表温度异常 (SSTA) 对西北太平洋副热带高压年代际变化的影响。结果表明: 全球、 热带、 热带印度洋－太平洋和热带印度洋海表温度变化均对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化有重要作用, 即在这些海域的海表温度变化影响下, 西北太平洋副热带高压均在1970年代中后期发生了年代际变化, 其后副高面积增大、 强度增强、 位置偏西、 偏南, 这与观测结果较一致; 热带太平洋海表温度变化对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化也有重要作用, 在其作用下, 夏季西北太平洋副热带高压的强度、 面积在1960年代后期发生年代际变化, 南界在1970年代中后期发生年代际变化, 这些时段以后副高强度增强、 面积增大、 偏南; 热带印度洋海表温度驱动模拟的西北太平洋副热带高压变化比热带太平洋海表温度驱动模拟的副高更接近于观测结果, 且年代际变化更显著, 其差异的可能原因在于两区海表温度在1970年代中后期以后的年代际变化能在孟加拉湾〖CD*2〗中国东南沿海区域强迫产生的异常环流不同, 前者强迫产生出反气旋性环流异常, 有利于副高的增强、 面积增大和西伸, 而后者强迫产生出气旋性环流异常, 不利于副高的西伸; 热带太平洋和热带印度洋海表温度在1970年代中后期的冷、 暖年代际背景变化对夏季西北太平洋副热带高压年代际变化有重要作用; 热带外海表温度变化对西北太平洋副热带高压年代际变化作用较小。     

北太平洋海温年代际变化与大气环流和气候的异常

对应北太平洋海表温度(SST)年代际变化的两个基本模态,即25～35年模和7～10年模,分析研究了北半球大气环流和气候异常的形势.其结果极为清楚地表明,对应北太平洋SST的年代际模的正、负位相,大气环流和气候异常的形势都近乎相反,充分说明SST年代际模的重要作用;由于北太平洋SST的两个年代际模有十分相近的水平结构特征,它们对大气环流和气候的影响也有十分相似的特征;北太平洋海温年代际模对大气环流的影响在中高纬度地区呈正压结构特征,而在热带地区的响应主要有斜压结构特征.     

冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化

利用1951-2010年全国台站冬季降水观测资料、Hadley环流中心逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,探讨了西太平洋暖池与我国华南地区冬季降水的关系。结果表明,西太平洋暖池与我国华南冬季降水的年际关系在1972年发生了明显的年代际转折,20世纪70年代前两者弱的负相关未通过信度检验,而70年代后两者相关系数达到-0.5~-0.6。回归分析显示,70年代前,暖池对产生华南冬季降水的水汽条件以及动力条件等的影响不显著,因此其与华南冬季降水的关系不明显。70年代后,暖池偏暖时,在菲律宾海区域激发出一个显著的气旋性环流,该环流西北侧的偏北风不利于南海地区水汽向我国华南地区输送,华南地区水汽辐散增强,而且南支槽地区对流减弱,南支扰动不活跃且扰动不能向下游地区传播,华南地区扰动活动减弱,此外暖池偏暖使北半球经向环流显著增强,且下沉支位于我国华南地区,加强了华南地区的下沉运动,因而华南地区冬季降水显著偏少;暖池偏冷时,情况相反。     

青藏高原异常雪盖和ENSO的多尺度变化及其与中国夏季降水的关系

对青藏高原积雪和热带东太平洋Nin03区海温进行小波分析,讨论它们的年际和年代际变化。在年际变化中,积雪的主要周期是准两年振荡和准6～7年振荡,海温的主要周期是ENSO振荡和准两年振荡。积雪的年代际变化存在准10～12年和准22～24年振荡,海温存在准14～16年和准34～35年振荡。此外积雪和海温均在20世纪70年代后期发生了一次年代际气候跃变现象。积雪由少雪期向多雪期转化,海温从冷水期演变成暖水期。本文还建立了青藏高原积雪和Nifi03区海温与中国夏季降水各时间尺度的相关模型。不同时间尺度的积雪、海温和降水的相关场具有不同的地域特征。它们在有的地区相互加强,有的地区相互减弱。积雪和海温的年代际气候跃变与中国夏季降水的相关程度在某些地区高于年际变化。个例分析表明,利用青藏高原积雪和Nin03区海温多时间尺度变化可以较好地拟合出中国夏季降水的年际和年代际变化。所以在做中国夏季降水预报时,不同因子、不同尺度的作用府当分开考虑。     

华北夏季降水异常与南太平洋夏季海表温度变化主要模态的可能联系

利用1951—2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF（empirical orthogonal function,经验正交函数）展开方法提取了南太平洋12—2月海表温度变化的主要模态,其第一模态反映了ENSO（El Nino-Southern Oscillation）的信号,周期为3～5a;第二模态与南半球环状模（Southern-Hemi-sphere annual mode,SAM）相联系,周期为准两年。结果表明,南太平洋EOF1时间序列处于正（负）相位时华北地区后期5月多（少）雨,同时注意到南、北太平洋EOF1对中国5月降水的影响区域基本一致。南太平洋EOF2时间序列处于正（负）相位时江南地区的夏季平均降水减少（增多）。去掉EOF1和EOF2的线性趋势后,这种显著相关仍然存在,只是显著相关区域有所缩小。利用南、北太平洋EOF1时间序列作为预报因子,建立回归预报方程,可为预测中国华北地区5月降水提供依据     

山东夏季降水与北太平洋SST和大气环流的关系

计算发现赤道东太平洋和北太平洋流区海温与山东夏季降水相关性好，在此基础上，讨论了山东夏季旱涝年同期，前期ＳＳＴ异常的特征及其与大气环流的相互关系，发现同期ＳＳＴ异常显著，前期赤道东太平洋ＳＳＴ负异常与５００ｈＰａ，大气环流负ＷＰ相关型关系密切，北太平洋流区海温异常很可能受环流异常的调制，利用２－４月高相关区ＳＳＴＡ做当年夏季降水趋势预测的试验和利用赤道东太平洋区３月、北太平洋流区７月海温做长期夏季     

热带太平洋海平面高度的年代际异常及其与中国东部夏季降水的关系

利用美国国家海洋和大气管理局的GODAS逐月海平面高度资料、NCEP/NCAR 850 h Pa逐月风场再分析资料和中国160站逐月降水资料,分析了热带太平洋海平面高度(Sea Surface Height,SSH)年代际异常的时空特征,并进一步分析了夏季热带太平洋SSH、850 h Pa风场与中国东部夏季降水年代际异常的相关关系。结果表明:1)从秋到冬,热带太平洋SSH年代际异常主要空间形态向类"ENSO"型异常发展,从春到夏,类"ENSO"型异常逐渐减弱直到消失。1996前后热带太平洋SSH发生一次显著年代际转折,转折之后热带太平洋SSH呈东低西高特征,不同季节有所差异。2)1990年前后夏季热带太平洋SSH发生的一次弱波动,持续影响夏季大气环流,使得1992年前后东亚夏季风出现减弱趋势,造成中国东部黄河以南地区,特别是华南夏季降水显著异常偏多,四川盆地和东北大部降水异常偏少;1996年SSH的实质性转折加剧了中国夏季降水的年代际异常趋势。