东亚西风异常活动对热带西太平洋西风爆发及ENSO发生的作用

本文通过观测资料分析和数值模拟，对80年代两次ENSO事件产生过程中，东亚西风异常活动对热带西太平洋西风爆发及ENSO发生的作用进行了研究。资料分析结果表明，热带西太平洋低层西风异常的发生，与东亚低层西风异常向南向东传播有关。数值模拟结果表明，东亚低层西风异常向南向东传播至赤道附近，然后继续向东传播，可以在赤道中、东太平洋产生El Ni?o现象。相关分析结果表明，东亚西风异常向南传播过程中，欧亚大陆有欧亚遥相关环流形势与之配合，使得赤道西太平洋西风异常猛烈发展，并且随着西风异常东传，从而造成强的 El Ni?o 事件发生。     

ENSO发生发展阶段赤道西太平洋西风异常长时间维持的分析

根据NCEP/NCAR再分析资料和美国气候预测中心提供的赤道太平洋信风指数,发现在ENSO年3～5月(MAM)和8～10月(ASO),赤道西太平洋存在两次显著的西风异常盛行期,并分析了这两次西风异常长时间维持的原因.研究结果表明,南北两半球中低纬度异常经向风向赤道西太平洋地区的输送,以及海气耦合模态中反Walker环流的自维持,是这两次西风异常维持的主要原因.其中,经向风输送在MAM时期以北半球为主,而在ASO时期以南半球为主.在上述两个时段,作为对赤道西太平洋西风异常的响应,赤道印度洋呈现为东风异常.此外,南太平洋中高纬存在一正压结构的气压偶极子模态,该模态在MAM时期由海冰异常维持,其部分气流向赤道辐散,并汇入赤道西太平洋西风异常中,因此对西风异常有直接贡献.而在ASO时期,这一模态由西风异常引起的赤道太平洋海水变暖所激发的大气遥相关波列维持,因此它是对热带ENSO信号的响应.     

ENSO发生前与发展初期赤道西太平洋西风异常的爆发问题

利用 NCEP/NCAR再分析资料 ,通过对 El Nino与 La Nina发生前与发展初期低层风场的合成分析 ,发现在赤道中东太平洋增暖当年的春季与夏季 ,赤道西太平洋存在两次显著的西风局地 ( 1 40°E～ 1 80 )增强过程。其原因并不仅仅在于印度洋的西风异常东移 ,更在于南北半球的经向风在该地区强烈辐合 ,造成局地气压梯度增强 ,促进西风加强并向东爆发 ;同时由于地球自转效应的作用 ,来自北半球的东北风到达赤道附近后转西北风 ,南半球的东南风转西南风 ,直接加强了西风的强度。对比分析南北半球经向风的作用表明 ,南半球东南风的强度与位置更稳定 ,对赤道西风两次增幅过程的贡献更大。这支南半球的经向气流来自高纬极区 ,与中高纬度气压场异常有直接的关系。     

ENSO位相转换期北太平洋热带外大气对热带东太平洋海温的影响

利用NCEP/NCAR提供的大气月平均再分析资料、NOAA提供的ERSST.V4资料及ECMWF提供的ORAS4海洋再分析数据集,借助合成分析、相关分析和SVD分解等方法,对ENSO位相转换期北太平洋热带外大气对热带东太平洋海温的影响进行分析。结果表明:（1）6月关键区（155~130 °W,10~30 °N）存在海平面气压正异常与同期以及后期热带东太平洋出现海温负异常有关,E-L型事件（El Ni?o次年发生La Ni?a）在关键区出现海平面气压正异常的概率远大于E-N型事件（El Ni?o次年不发生La Ni?a）;（2）通过分析北太平洋3—6月海平面气压场和后期12月海温场SVD分解的结果,同样发现关键区海平面气压异常和后期12月热带东太平洋海温异常的负相关关系;（3）6月正位相OKJ波列的传播可能是导致同期关键区海平面气压正异常的原因之一;（4）6月关键区出现海平面气压正异常时,可能通过引起1~3个月后同区域出现更多向南海表层海流流速异常,有助于将中纬较冷的海水向赤道输送,引起12月热带东太平洋海温负异常,对于La Ni?a的形成起到一定促进作用。      

与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构

利用多年逐月海温距平和风应力距平观测资料,运用线性回归和EOF分析方法,分析了与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构。结果显示,与ENSO线性相关的风应力异常场在时间尺度上表现为低频变化,在水平结构上主要表现为四个典型分布。其中,分布型1主要表现为日界线以东赤道地区东风异常和赤道风应力场辐散;分布型2主要表现为日界线以东赤道地区西风异常和经向异常风应力向赤道气流;分布型3主要表现为日界线以东赤道偏南地区西风异常和风应力场辐合,日界线以西为东风异常;分布型4主要表现为160°W以东的弱东风异常和160°W以西的西风异常。与ENSO线性无关的风应力场主要表现为高频过程,在水平空间结构上其典型场主要位于赤道外地区。还用与ENSO有关的那部分回归风应力异常场强迫海洋距平模式,成功地再现了ENSO的主要信号。这表现观测揭示的典型风应力异常型对于El Nino的产生是根本性的。      

东太平洋暖池及经向风异常在ENSO事件发生、发展过程中的作用

利用1982～1999期间LDEO海表温度资料和NCEP/NCAR再分析风场资料,分析东太平洋暖池及经向风异常与ENSO事件的可能关系。结果表明,东太平洋暖池气候平均海表温度存在明显的季节变化特征,且与El Niño事件春季发生、夏季发展、秋季达到成熟及冬季衰亡的成长过程非常相似。经向风异常及其散度与ENSO事件密切相关。综合考虑,提出了东太平洋暖池及经向风异常（北风距平及经向风距平散度辐合）对ENSO事件发生、发展作用的概念模型:北风距平爆发通过产生北风吹洋流的作用,将东太平洋暖池暖水由北向南输送至赤道附近,从而有利于Ni?o3区海表温度上升;几乎与此同时,东太平洋暖池赤道上经向风距平散度辐合不仅能导致暖水在赤道附近堆积,而且辐合的风场对赤道附近的冷上升流有抑制作用,从而有利于Niño3区海表温度的增加,上述增温因素的叠加作用有（不）利于El Niño（La Niña）事件的发生、发展。进一步分析表明,东太平洋暖池及经向风异常仅对El Niño（La Niña）事件发生、发展起促进（抑制）作用而不起决定作用。将东太平洋暖池、经向风异常与西太平洋暖池、西风距平结合起来一并考虑,完善了El Niño事件发生、发展机制。最后,初步分析1980、1990年代El Niño事件特性差异的可能原因。     

ENSO事件与区域气候异常的统计事实

利用实测气象资料,统计分析了山东省80年代以来气象要素异常百分比的年季变化,发现气象要素异常发生的站次有逐渐增加的趋势,ENSO事件是气象要素发生异常的主要原因。     

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

ENSO及热带海-气相互作用动力学研究的新进展

本文回顾了最近几年关于ENSO事件及热带海-气相互作用动力学方面研究的最新成就及新发现的观测事实,还指出热带西太平洋海-气相互作用对北半球大气环流异常的作用。     

西北太平洋热带气旋活动对夏秋型ENSO事件的响应

利用西北太平洋热带气旋(tropical cyclone,TC)历史路径资料、ERA-Interim再分析资料以及海洋Nino指数ONI等,采用合成分析等统计学方法探讨了TC活动对夏季(SU型)与秋季(AU型)ENSO事件的不同响应。结果表明:在SU型El Nino期间,西北太平洋TC强度与持续时间增大,强台风活动较多;在AU型El Nino发生时,TC持续时间及强度均大于SU型的频数也较之偏少,但超强台风活动较多,约占TC总数的1/3,生成位置也较SU型偏东,但登陆我国的TC频数较少。在SU型La Nina期间,TC强度、持续时间较小,以低等级TC活动为主,活动位置整体偏西。当AU型La Nina发生时,TC强度、持续时间以及强等级TC频数均大于SU型,且TC活动位置相对SU型偏东。中太平洋地区相对涡度异常、大气垂直风切变、SSTA等条件差异是SU型与AU型ENSO期间TC活动产生差异的重要方面,副热带高压强度及位置变化对TC活动也有较大影响。     

近赤道太平洋表层和斜温层海温的变化与ENSO

用ＮＭＣ１９８２～１９９３年海洋再分析资料集,分析近赤道太平洋（１０°Ｓ～１０°Ｎ）海洋上层（０～４００ｍ）温度的季节和年际变化特征。分析揭示,上层海温的年际变化比季节变化大。在ＥＮＳＯ年或反ＥＮＳＯ年,由于斜温层深度变化大,斜温层附近的海温异常比海表还大,无论在西太平洋暖水区,还是东太平洋冷水区,斜温层附近温度距平都可达±７°℃以上,而且西太平洋暖水区的最大异常出现在赤道两侧４°～９°区域。     

ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究

用中国160个站月平均降水量和赤道东太平洋Ni?o 3区海温资料研究了ENSO循环过程的不同位相与中国降水的关系。结果显示ENSO循环对中国冬、夏季降水丰或欠及时空分布有密切关系,ENSO发展年的夏季我国东部地区以雨量偏少为主,一些地区可偏少3～5成,多雨带位于江淮之间;ENSO恢复年的夏季长江及江南地区雨量偏多,其南北两边偏少;反ENSO年的夏季长江—黄河之间及东南部雨量偏少,其北边和西南正常偏多;在ENSO的准常态年夏季,长江以北为正偏差,江南除少部分地区外降水分布接近正常。还发现ENSO暖位相与中国冬季降水也有很好关系。由于本文用准常态年降水平均值代替通常的气候平均值,因而有利于更好地揭示ENSO与中国气候变化的关系。     

亚洲冬夏季风对ENSO事件的响应

根据NCEP/NCAR_1980～1995年的再分析资料,分析了1980年以来5个El Ni?o和La Ni?a年冬、春和夏季200、500和850 hPa合成高度场、风场、流函数场及温度场。发现在冬季El Ni?o（La Ni?a）年亚洲上空的环流型不利（有利）于寒潮向南爆发,导致亚洲冬季风和大洋洲夏季风弱（强）。在El Ni?o（La Ni?a）年冬季华南和青藏高原降水或降雪量为正（负）距平,这使得在晚春和初夏南亚的加热慢（快）,导致夏季海陆的热力对比小（大）,因而出现弱（强）夏季风。我们还发现强El Ni?o年冬季,在印度洋-亚洲上空出现类似于东太平洋-北美上空的PNA遥相关,我们称之为印度洋-亚洲遥相关型（IA）,引起亚洲冬夏季风年际变化的物理过程都是由IA遥相关型引起的。     

赤道东太平洋海温正异常对西太平洋副高影响的数值模拟研究

利用LASG九层大气环流谱模式及IAP两层大气环流模式，模拟研究了不同持续时间的赤道东太平洋海表温度正异常(海表温度异常的持续时间分别为1月份，1～2月份，1～4月份及1～8月份，其他月份为气候SST)对西太平洋副高的影响。结果表明，尽管海表温度异常的持续时间不同，但其引起的西太平洋副高的异常演变及其分布却十分相似；同时，季风区的异常降水(进而异常潜热释放)随时间的演变及其分布也存在一定的相似性(对应于不同持续时间的赤道东太平洋的海表温度正异常，5月份印度洋至西太平洋地区都表现出赤道辐合带北移偏晚的特征)；季风区降水的这种变化同西太平副高的异常是一致的，从而揭示出这两种现象有可能存在着某种联系。结果还表明，导致这种大气响应场对赤道东太平洋海表温度异常持续时间不敏感的一个重要原因是大气内部过程的影响:中纬大气的内部Rossby波源维持了热带地区激发的扰动在中高纬的存在，同时大气内部Rossby波源对赤道太平洋地区的海表温度异常持续时间表现出不敏感性，正是由于这种不敏感性才导致了响应场对赤道太平洋地区海表温度异常持续时间的不敏感性。模拟结果还表明，在夏季赤道东太平洋存在海表温度正异常的情况，尽管大气内部动力过程的作用十分重要，但夏季赤道东太平洋海表温度正异常对夏季西太平洋副高的影响却明显存在，因此，基于赤道太平洋地区海表温度异常的夏季西太平洋副高的可预报性受到赤道东太平洋海表温度正异常及大气内部动力过程的双重影响。模式的依赖性研究表明，模拟结果具有一定的普遍性。     

Two Northward Jumps of the Summertime Western Pacific Subtropical High and Their Associations with the Tropical SST Anomalies

Based on the pentad mean ridgeline index of the western Pacific subtropical high (WPSH), the authors identified the two northward jumps of the WPSH from 1979 to 2008 and revealed their associations with the tropical SST anomalies. The authors show that the northward jumps, especially the second jump, exhibited remarkable interannual variability. In addition, the authors find that the two northward jumps were mutually independent and were influenced by the SST anomalies in the different regions of the tropical Pacific. The first jump was positively correlated with the SST anomalies in the tropical central Pacific from the preceding winter to June. In contrast, the second jump was positively related to ENSO in the preceding winter, but this correlation tended to weaken with the decay of ENSO and disappeared in July. Instead, a positive correlation was found in the Indian Ocean. We therefore suggest that ENSO plays an indirect role in the second jump through the capacitor effect of the Indian Ocean.     

南印度洋偶极子的特征及其与ENSO的关系

利用逐月OISST、ERSST及NCEP2表面风场等资料探讨了南印度洋偶极子(Southern Indian Ocean Dipole,SIOD)的结构特征、形成原因及其与ENSO的关系。结果表明:在南印度洋,偶极子形态的年际海表面温度异常在10—12月出现,次年2月达到极值,随后的4—6月消亡。SIOD的形成主要是风场、潜热通量和短波辐射通量起作用,混合层深度异常加厚或变浅有助于SIOD的形成。近30 a资料表明,SIOD的盛期超前ENSO 9~10个月,且具有季节锁相特征。20世纪70年代中期发生年代际气候突变后,SIOD与ENSO的相关关系显著增强。正SIOD事件之后一般都有El Nio事件发生,负SIOD事件之后都有La Nia事件发生。     

The ENSO Events in the Tropical Pacific and Dipole Events in the Indian Ocean

A depth map (close to that of the thermocline as defined by 20℃) of climatically maximum seatemperature anomaly was created at the subsurface of the tropical Pacific and Indian Ocean, based on which the evolving sea-temperature anomaly at this depth map from 1960 to 2000 was statistically analyzed. It is noted that the evolving sea temperature anomaly at this depth map can be better analyzed than the evolving sea surface one. For example, during the ENSO event in the tropical Pacific, the seatemperature anomaly signals travel counter-clockwise within the range of 10°S-10°N, and while moving, the signals change in intensity or even type. If Dipole is used in the tropical Indian Ocean for analyzing the depth map of maximum sea-temperature anomaly, the sea-temperature anomalies of the eastern and western Indian Oceans would be negatively correlated in statistical sense (Dipole in real physical sense), which is unlike the sea surface temperature anomaly based analysis which demonstrates that the inter-annual positive and negative changes only occur on the gradients of the western and eastern temperature anomalies. Further analysis shows that the development of ENSO and Dipole has a time lag features statistically, with the sea-temperature anomaly in the eastern equatorial Pacific changing earlier (by three months or so). And the linkage between these two changes is a pair of coupled evolving Walker circulations that move reversely in the equatorial Pacific and Indian Oceans.     

THE INFLUENCE OF PERSISTENT ANOMALY OF MJO ON ENSO

In this study, two possible persistent anomalies of the Madden-Julian Oscillation mode (MJO) are found in the summer season (persistently Pacific active and Indian Ocean active), and an index is set to define the intensity of the two modes. They are proved to have high statistical correlations to the later ENSO events in the autumn and winter seasons: When persistent anomaly of MJO happens in the Pacific Ocean in summer, El Ni?o events are often induced during the autumn and winter seasons of that year. However, during the other MJO mode when the summer persistent anomaly of MJO occurs in the Indian Ocean, La Ni?a events often follow instead. The analysis of the atmospheric circulation field indicates that persistent anomaly of MJO can probably affect the entire Equatorial Pacific circulation, and results in wind stress anomalies. The wind stress anomalies could excite warm or cold water masses which propagate eastwards at the subsurface ocean. The accumulation of warm or cold subsurface water in the Equatorial Eastern Pacific Ocean may eventually lead to the formation of an ENSO.     

2008年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2008年,尽管总体来看,全国天气气候的持续异常较弱,未发生大范围持续干旱和严重洪涝灾害,但依然出现了非常显著的天气气候异常特征,如全国平均年降水量比常年偏多,为近10年来降水最多的年份;夏季华南降水异常偏多,黄淮降水偏多;年平均气温偏高,但冬季气温偏低,年初南方遭遇罕见低温雨雪冰冻灾害;在南海和西太平洋生成的台风个数明显偏少,但是登陆台风偏多,初台异常偏早.分析发现,2008年赤道中东太平洋总体处在冷水位相,受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;冬夏季风均偏强;冬春季西太平洋暖池区热带对流活动偏强,夏秋季则偏弱;1月份,亚洲中高纬度经向环流异常发展,2至4月份则以纬向环流为主,春季后期至秋季,经纬向环流的转换较快,环流的持续性较弱.这些环流异常是影响2008年中国气候异常的主要原因.