ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料,通过滑动相关分析,揭示了ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化事实。结果表明:ENSO与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的方面,又存在年代际变化特征。稳定的关系表现在:处于发展阶段的ENSO事件往往造成华北夏季降水偏少;处于衰减阶段的ENSO事件则易引起长江流域及江南地区夏季降水偏多。而二者关系的年代际变化表现在:1970年代中后期,处于发展阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华南地区由偏少变为偏多,东北地区则由偏多变为偏少,而江淮地区偏多的现象不再明显,华北和东北夏季气温异常也由偏冷转变为偏暖,而华南则有偏冷趋势;处于衰减阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华北地区由偏多变为偏少,江淮地区降水由偏少变为正常甚至偏多,华北夏季气温异常则由偏冷变为偏暖,长江流域和华南也有偏暖趋势。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析表明,在不同的年代际背景下ENSO引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显改变是ENSO和降水气温关系发生年代际变化的原因。     

热带太平洋年代际平均气候态变化与ENSO循环

文中用观测的热带太平洋海表温度资料、风应力资料和OLR资料，通过多时间尺度分析，将与ENSO有关的变化分为3个主要的分量，一是2～7a的ENSO循环尺度，二是8～20a的年代际尺度，三是20a以上的平均气候态变化。讨论了热带太平洋这种平均气候态变化的主要特征以及与ENSO循环的关系，并用耦合模式的数值试验来研究平均气候态的变化对ENSO循环的影响。结果表明热带太平洋的平均气候态在20世纪70年代后期发生了一次由冷态向暖态的变化，主要增暖区是沿赤道以及热带东太平洋的，海表温度变化最大中心可以达到0.6℃。伴随着海表温度的变化，赤道西太平洋的西风距平加强，赤道东太平洋的东风距平也加强，在赤道中太平洋形成了一个加强的辐合中心。年代际平均气候冷暖态的变化对ENSO最直接的线性影响是使ElNio位相增加，而形成ENSO冷位相和暖位相的不对称。另一方面较暖的平均气候态可能引起海洋和大气之间的耦合加强，导致ENSO循环振荡有所加强。     

混合海气耦合模式中与ENSO相关的大气年际变化性

利用混合海气耦合模式45年模拟积分的结果,对模式大气的年际变化性进行了分析。结果表明,在这样的海气耦合系统中,大气分量表现出显著的年际变化,冬、夏季异常环流型的分布与观测资料的分析结果基本相符。因此,该模式不仅能较好地再现热带太平洋的ENSO变化性,而且能较好地再现ENSO引起的全球大气环流的年际变化性。     

大气环流的年代际变化 II.GCM数值模拟研究

类似大气环流模式比较计划（AMIP）的数值模拟,将实际观测的海表水温（SST）资料引入模式进行40多年的数值积分,得到长时间的大气环流模拟结果。分析数值模拟结果发现,无论是大气中的主要涛动和遥相关型,还是重要大气环流系统都极为清楚地存在着年代际变化特征,包括10～20年准周期振荡和可能的30年以上的准周期振荡;而且上述主要环流系统的形势及其年代际变化大都与实际观测资料所给出的结果相一致。顺便分析中国东部气候的模拟结果,年代际变化特征（包括60年代的气候突变）也很清楚,并同大气环流变化配合十分合理。结果也表明,同研究季节和年际变化一样,大气环流模式（AGCM）数值模拟也是研究大气环流和气候年代际变化的有效方法。     

热带太平洋与印度洋相互作用的年代际变化及其数值模拟

利用全球海表温度资料和NCEP／NCAR再分析资料,发现热带印度洋偶极子事件与热带太平洋ENSO事件存在相互作用,但其相互作用关系在1961年前后发生了明显的跃变。通过CCM3（community climate model version3）模式,研究了不同年代热带太平洋和热带印度洋SST（seasur—face temperature）变化对其上空大气环流影响的变化,结果表明：1961年后,热带印度洋发生正偶极子事件时,两大洋的垂直环流异常的耦合很强,热带太平洋上空大气环流对印度洋偶极子事件的响应,给太平洋暖事件的异常发展提供了有利条件;同样,热带太平洋暖事件通过对热带印度洋上空大气环流的影响,给印度洋偶极子的异常发展提供了有利条件。     

夏季南亚高压年际变化及其与ENSO的关系

采用1948～2006年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨了夏季南亚高压年际变化及其与ENSO事件的关系, 结果表明: 在ENSO事件暖 (冷) 位相衰减期的夏季, 印度洋和亚洲大陆南侧海温为正 (负) 异常, 对应热带印度洋地区低层为上升 (下沉) 气流而其东侧西太平洋和西侧非洲西部为下沉 (上升) 气流的异常纬向环流, 低层850 hPa上从西太平洋到非洲赤道南北两侧依次各存在一异常反气旋－气旋－反气旋(气旋－反气旋－气旋)环流, 高层200 hPa异常流场的分布与850 hPa基本相反, 使得南亚高压强度发生显著变化, 强度增强 (减弱）、面积扩大 (缩小）、东西向扩展 (收缩）、 脊线北侧气压梯度增大 (减小）、南侧气压梯度减小 (增大)。     

ENSO与中国东部地区夏季降水相关性年代际变化特征

利用国家气候中心提供的中国160站1951～2000年逐月降水资料,Hadley中心提供的1951～2000年逐月全球海表层温度资料,采用线性相关分析和滑动相关分析方法,探讨了ENSO与中国东部地区夏季降水的年际关系及二者年际关系的年代际变化特征。结果表明,夏季Nino3区海温与中国东部夏季降水年际关系同期相关显著,且二者的年际关系存在明显的年代际变化,年际相关型分3个阶段：,第1阶段(1972年前)为“东西型”,第2阶段(1973～1983年)为“南北型”,第3阶段(1984年后)也为“南北型”。     

近百年东亚冬季风与ENSO循环的相互关系及其年代际异常

运用相关及滑动相关的计算技术，讨论了近百年东亚冬季风与ENSO循环的相互关系及其年代际异常。研究指出，东亚冬季风与赤道东太平洋海温的年际关系具有年代际的变化特征；季风与ENSO循环的关系受到季风的QBO以及季风-海洋的年代际背景场配置关系的共同作用；当季风与海洋的背景场处于同样状态时，强冬季风有利于第二年冬季赤道东太平洋的升温，产生El Ni?o事件；当两者的背景场处于反位相状态时，强冬季风对应于第二年冬季的La Ni?a位相。     

GOALS模式对热带太平洋ENSO年际变化特征的模拟评估

文中重点分析了中国科学院大气物理研究所LASG最新发展的全球大气环流谱模式(R42L9)与一全球海洋环流模式(T63L30)耦合形成的全球海洋-大气-陆面气候系统模式(GOALS/LASG)新版本已积分30 a的模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了赤道太平洋海表温度(SST)的年际变化及其纬向传播、赤道东太平洋SST异常与其他洋面SST变化之间的遥相关关系、赤道太平洋浅表层海温的年际变化特征等研究内容.结果表明,COALS模式模拟出了赤道太平洋SST异常出现不规则的年际变化特点;赤道东太平洋SST异常的向西传播过程;赤道太平洋混合层海温变化由西向东、由深层向浅层的传播过程;同时也模拟出了赤道东太平洋SST变化与赤道西太平洋以及与西南太平洋海温之间的反相关关系,与南印度洋和副热带大西洋SST之间的正遥相关关系等实际观测现象.但COALS模式也存在明显的不足,如对赤道东、中太平洋SST异常的年际变化幅度明显偏小,没能模拟出赤道东太平洋的SST变化比赤道中太平洋强的特点;赤道太平洋SST从东向西的传播速度明显比实际观测慢得多,但混合层海温极值变化由西向东的传播速度明显比实际情况快得多;没能模拟出赤道东太平洋SST变化同西北太平洋SST的负相关和北印度洋海温变化的正相关现象,因此也影响了对南亚、东南亚降水年际变化的模拟能力.     

ENSO与南海SST关系的年代际变化

基于NOAA重建的海面温度（sea surface temperature, SST）资料和NCEP再分析大气资料,研究了ENSO（El Niño-Southern Oscillation）与南海SST关系的年代际变化。结果表明：ENSO影响南海SST的冬、夏季“双峰”现象发生了显著的年代际变化,即冬季的“峰值”自20世纪80年代显著减弱,而夏季的“峰值”稳定持续且在20世纪70年代之后增强;冬季“峰值”的减弱可能与冬季西北太平洋反气旋的年代际变化有关,夏季“峰值”的维持和增强可能与20世纪70年代之后印度洋SST“电容器”效应的增强有关。     

ENSO与北半球冬季大气环流异常年代际关系的数值模拟

利用NCAR/CCM3大气环流模式,模拟不同海温背景场强迫下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的响应。结果表明,模式能够模拟出不同海温背景场下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的不同响应,模拟结果与诊断结果基本一致。在20世纪70年代末之后的平均海温背景场强迫下,El Nio对阿留申低压的加强作用比70年代末之前更明显,而ENSO暖位相对蒙古高压的作用则由70年代末之前的轻微减弱变为明显加强。虽然70年代末以后ENSO事件的强度比70年代末之前有所增大,但ENSO对东亚大槽和东亚冬季风的减弱作用反而不再那么明显;同时在高空风场中,由ENSO激发出的PNA型异常环流在70年代末以后明显加强。     

ENSO动力学及其数值模拟的研究评述

文章系统地评述了ENSO事件的观测事实及热带海-气相互作用方面的动力学、数值模拟研究进展,并指出了有待解决的主要科学问题和发展前景。     

A further investigation of the decadal variation of ENSO characteristics with instability analysis

Based on instability theory and some former studies, the Simple Ocean Data Assimilation （SODA） data are analyzed to further study the difference between the propagation of the ENSO-related oceanic anomaly in the off-equatorial North Pacific Ocean before and after 1976. The investigation shows that after 1976 in the off-equatorial North Pacific Ocean, there is a larger area where the necessary conditions for baroclinic and/or barotropic instability are satisfied, which may help oceanic anomaly signals propagating in the form of Rossby waves to absorb energy from the mean currents so that they can grow and intensify. The baroclinic energy conversion rate in the North Pacific after 1976 is much higher than before 1976, which indicates that the baroclinic instability has intensified since 1976. Prom another perspective, the instability analysis gives an explanation of the phenomena that the ENSO-related oceanic anomaly signal in the North Pacific has intensified since 1976.     

ENSO indices and analyses

New ENSO indices were developed and the spatial variability and temporal evolution of ENSO were analyzed based on the new indices and modeling experiments, as well as multiple data resources. The new indices, after being defined, were validated with their good diagnostic characteristics and correlation with wind and SST. In the analysis after the definition and validation of the new indices, ENSO feedbacks from wind, heat fluxes, and precipitation were spatially and temporally examined in order to understand ENSO variability and evolution with some emphasized points such as the interaction among the feedbacks, the role of westerly wind bursts and the transformation between zonal and meridional circulations in an ENSO cycle, and the typical pattern of modern ENSO.     

全球增暖对ENSO影响的数值模拟研究

利用日本东京大学气候系统研究所、日本环境研究所和日本地球环境研究中心联合开发的海气耦合模式MIROC3.2,研究了全球变暖对ENSO年际变率的影响。该模式较好地模拟了ENSO循环的不同阶段表层和次表层海水温度变化,海表温度最大振幅出现在120°W以东,与观测一致,表明模式可以较好反映热带地区大气、海洋的动力、热力特征。研究还比较了控制试验和CO2浓度年增长1%的瞬时试验,结果表明,在全球变暖的大环境下ENSO事件发生频率没有显著变化,但ENSO事件强度增大,年际变率变大;热带太平洋呈现整体增暖趋势,表层温度尤其是热带中太平洋地区温度升高显著。敏感性分析表明,年际ENSO变率的振幅增大的主要贡献来自于海洋。海水增温导致热带太平洋海温垂直梯度增大,在热带西太平洋海温垂直温度梯度变化最为明显;次表层海温对单位大气风应力变化的响应大于表层海温响应。当这种响应与热带太平洋赤道地区径向温度梯度变化的共同作用导致温室效应下ENSO振幅增大。     

An empirical model of decadal ENSO variability

This paper assesses potential predictability of decadal variations in the El Ni?o/Southern Oscillation (ENSO) characteristics by constructing and performing simulations using an empirical nonlinear stochastic model of an ENSO index. The model employs decomposition of global sea-surface temperature (SST) anomalies into the modes that maximize the ratio of interdecadal-to-subdecadal SST variance to define low-frequency predictors called the canonical variates (CVs). When the whole available SST time series is so processed, the leading canonical variate (CV-1) is found to be well correlated with the area-averaged SST time series which exhibits a non-uniform warming trend, while the next two (CV-2 and CV-3) describe secular variability arguably associated with a combination of Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) and Pacific Decadal Oscillation (PDO) signals. The corresponding ENSO model that uses either all three (CVs 1–3) or only AMO/PDO-related (CVs 2 and 3) predictors captures well the observed autocorrelation function, probability density function, seasonal dependence of ENSO, and, most importantly, the observed interdecadal modulation of ENSO variance. The latter modulation, and its dependence on CVs, is shown to be inconsistent with the null hypothesis of random decadal ENSO variations simulated by multivariate linear inverse models. Cross-validated hindcasts of ENSO variance suggest a potential useful skill at decadal lead times. These findings thus argue that decadal modulations of ENSO variability may be predictable subject to our ability to forecast AMO/PDO-type climate modes; the latter forecasts may need to be based on simulations of dynamical models, rather than on a purely statistical scheme as in the present paper.     

异常东亚冬季风激发ENSO的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所发展的热带太平洋环流模式（OGCM）和海－气耦合模式（CGCM）分别就冬半年东亚冬季风异常对赤道太平洋的作用进行了数值模拟研究。结果清楚地表明,无论在 OGCM 中还是在 CGCM 中,持续的冬季风强异常将引起赤道中东太平洋海表水温（SST）的明显正异常,其分布类似观测到的El Ni?o事件;而持续的冬季风弱异常将引起赤道中东太平洋SST的明显负异常,其分布十分类似观测到的La Ni?a事件。因此,数值模拟进一步证实了我们过去从资料诊断和理论分析中得到的结论,即东亚冬季风异常是激发产生 ENSO 的重要机制。对模式资料的分析还清楚表明,异常东亚冬季风将激发异常海洋Kelvin波和使热带大气季节内振荡出现强异常,它们是激发ENSO的重要物理因素,这与观测资料的分析结果相一致。     

影响广东的热带气旋与ENSO的关系

为探讨ENSO对影响广东的热带气旋的影响,利用统计方法对1950-2003年期间进入广东防区的热带气旋的累计气旋能量ACE变量和其他变量与ENSO的关系进行了分析,发现在年的尺度上进入广东防区的热带气旋对ENSO的响应很弱,且表现出明显的季节差异,在6-8月表现出与Nin03．4指数的正相关,而在10月份表现出明显的负相关。热带气旋的强度、数量、时间等在10月份都与Nino3．4指数表现出较明显的负相关,即在拉尼娜出现当年的10月份热带气旋趋向于数量增多,强风暴的生命史增长,影响时间较长,强风暴强度也趋向更强,破坏力增大;而在厄尔尼诺年,热带气旋趋向于数量减少,强风暴的生命史缩短,影响时间较短,强风暴会趋向减弱,破坏力会减低。分析可知,ACE指数很好地反映热带气旋对ENSO响应的特性。     

ENSO 年冬季北半球平流层大气环流异常特征分析

利用1957-2002年欧洲中心的再分析资料和Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料,对ENSO年冬季的平流层环流进行了合成分析,分别从暖事件和冷事件年的温度场、高度场和风场,分析研究了平流层大气环流的异常特征.分析结果表明,对应El Ni(n)o年冬季,在赤道东太平洋的温度场、高度场和纬向风场都有由大气低层的正距平转变为平流层负距平的特征;与之相反,在El Ni(n)a年冬季,赤道东太平洋大气低层的负距平到了高层变为正距平.同时,在纬向平均垂直剖面图中, El Ni(n)o年冬季北半球高纬地区从对流层顶到平流层温度场和高度场为正距平,而La Ni(n)na年出现相反的情况.在热带平流层,El Ni(n)o年冬季高空纬向风场在50 hPa到15 hPa左右为负距平,从15 hPa到1 hPa为正距平;而El Ni(n)a年则相反.在El Ni(n)o年冬季100 hPa以上的北半球高纬度地区存在一个类偶极子结构的异常高度场和风场,El Ni(n)o年在极区主要为正距平,El Ni(n)a年在极区主要为负距平.     

近百年来的ENSO事件及其强度

利用Ｎｉｎｏ３区、ＮｉｎｏＣ区海表温度序列及两个ＳＯＩ序列,同时考虑ＳＳＴ和ＳＯＩ建立了１８６７～１９９８年季分辨率的ＥＮＳＯ指数序列。根据ＥＮＳＯ指数序列,并参考Ｗｒｉｇｈｔ的ＳＯＩ指数及其它资料。确认了１８６７～１９９８年ＥＮＳＯ事件,共确定出３２次暖事件（正ＳＳＴ、负ＳＯＩ）及３２次冷事件（负ＳＳＴ、正ＳＯＩ）。对每次事件的强度分强、中、弱三等进行了评估。虽然１９８２／１９８３年暖事件的峰值最高,但从整个事件的平均强度来看,１９９７／１９９８年的暖事件则是１３０多年来最强的一次。近２０年是暖事件的多发期。