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 Ni?o-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。     

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料,分析发现,上年秋季尤其是11月的赤道(热带)印度洋偶极子(tropical Indian Ocean dipole,TIOD)模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析,结果表明:上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致,显示出从高纬度到低纬度"+、-、+"的相关分布,反映出当上年11月TIOD正位相(负位相)时,次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显(不明显)、中纬度30°～37°N低值系统活跃(不活跃),西太平洋副热带高压偏强(弱)、位置偏南(北)的重庆夏季典型的降水偏多环流特征;前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时,两个事件的作用相互叠加,使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南,造成重庆夏季降水的异常偏多。     

东南印度洋海温变化对我国东部夏季降水的影响

利用区域气候模式RegCM3对东南印度样海温变化对我国夏季降水的影响进行了模拟研究,结果表明:热带东南印度洋海温异常通过影响东亚大气环流和105°E附近越赤道气流,对南海夏季风爆发产生影响。热带东南印度洋海温异常对我国夏季降水影响显著,特别是长江中下游及黄淮地区的降水,与东南印度洋海温分别呈现出正相关及负相关的关系。     

华北5月降水年代际变化

针对华北5月降水的年代际变化特征和成因,用华北5月降水资料、NCEP大气环流资料以及海表温度（SST）资料,采用EOF分析、相关分析、合成分析等方法研究了华北5月降水以及相关海区SST的年代际变化;结果表明从60年代中期至90年代初期华北5月降水存在明显的年代际变化,1965～1981年华北5月降水偏少,1982～1992年华北5月降水偏多;西太平洋暖池相比热带中东太平洋、热带印度洋对华北5月降水年代际变化有更明显的影响;当西太平洋暖池异常发展,热带中东太平洋、热带印度洋海温年代际变化处于暖位相,东亚上空为反气旋性环流异常场,东亚大槽较弱,副热带高压偏强偏西时,华北5月降水偏多;反之,副热带高压偏弱偏东时,华北5月降水偏少.     

山东冬季冷暖年气候特征及其成因分析

利用1951—2013年山东122个气象观测站资料,分析山东冬季气温演变特征以及异常冷暖年相对应的大气环流异常。结果表明:山东冬季气温的年代际变化特征明显,冬季变暖的时间是从20世纪80年代中期开始,突变年为1986年;冬季异常冷暖年,乌拉尔山高压脊存在明显差异;在500 h Pa高度距平场上欧亚大陆呈反位相分布,异常冷年极强负距平中心位于贝加尔湖附近,山东处于负距平区底部;异常暖年,正距平中心位于巴尔喀什湖附近,山东处于正距平中。另据分析,冬季拉尼娜事件发生,和山东冬季气温偏冷有较好的关联性;并发现冬季气温与前期7月Nino3区海温正相关最好。     

夏季欧亚中高纬持续流型的年代际变化

利用夏季欧亚中高纬大气环流持续流型指数的年代际变化来反映欧亚中高纬大气环流的多年振动,尝试揭示夏季欧亚中高纬持续流型的年代际变化与我国降水、全球海温以及北大西洋涛动(NAO)的年代际变化之间的联系,主要结论如下:(1)1959—2000年夏季欧亚中高纬流型指数有明显的年代际变化,1980年前后流型指数均值发生了年代际突变;(2)夏季欧亚中高纬流型指数的年代际变化特征与我国夏季降水、6月全球海表温度距平的年代际变化趋势具有一致性,印证了SSTA与夏季欧亚中高纬持续流型、持续流型与我国夏季降水之间的关联;(3)冬季NAO指数和夏季流型指数在年代际尺度上关系甚为密切,它们的年际相关也存在着年代际变化;(4)合成分析表明,NAO高指数及E型过程对应的春季SSTA分布形势极为相似,且突变前后与E、C型环流对应的海温异常的分布特征和关键区,在中期-月及年代际不同时间尺度上也表现出了一致性,印证了下垫面强迫在夏季欧亚中高纬持续流型的形成和维持中的作用。     

华南夏季降水20世纪90年代初的年代际变化及其与南亚高压关系

利用1979—2008年中国160站降水资料、NOAA的CMAP降水资料以及NCEP/NCAR大气再分析资料,应用1978—2008年全球逐月观测海表温度驱动NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行数值模拟,探讨了华南夏季降水的年代际变化特征及其与南亚高压的关系。结果表明,华南夏季降水与南亚高压的东伸脊点关系密切,均在20世纪90年代初存在年代际转变。在1993—2008(1979—1992)年期间,南亚高压位置偏西(东),西北太平洋副热带高压位置偏东(西),华南地区则低层辐合(辐散)异常、高层辐散(辐合)异常,产生异常上升(下沉)运动,华南地区降水年代际偏多(少),这也被数值试验结果所验证。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

黑潮冬季海温对我国东北地区夏季降水预测信号的增强

统计分析结果表明,黑潮冬季海温和东北夏季降水的关系有非常明显的年代际变化,表现为从20世纪50-60年代弱的正相关逐步转变为现阶段很强的负相关。尤其是在东北夏季降水异常年份,黑潮海温呈明显的反位相变化,因此可被视为一个非常有效的前兆预测信号。分析了可能的影响机制,即当前期黑潮海温偏低时,海洋热力异常的持续性会导致其夏季低层出现反气旋式风场距平环流,在西太平洋副热带高压(副高)西北侧出现东北风距平及在东北冷涡东南侧出现西南风距平,导致在副高区和东北冷涡区均形成气旋式距平环流系统,从而减弱了副高并增强了东北冷涡。反之,黑潮海温偏高时,其上空气旋式距平环流系统将减弱东北冷涡强度和增强副高强度。这是黑潮海温影响东北夏季降水异常的主要原因。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

印度洋-太平洋暖池年代际变化及其大气响应

定义了印度洋-太平洋暖池的强度变化指数和面积变化指数,分析了其年代际变化的特征。结果表明：20世纪40年代以前,暖池强度和面积基本没有明显的变化趋势;40-80年代,有一个相对较小的增加趋势;80年代以后至2000年增加的趋势加大。将水平风速分解为无辐散分量和无旋分量,分析了暖池上空大气环流对该暖池年代际变化的响应,发现尽管暖池上空大气环流对该暖池年代际变化的响应并不十分明显,但在特定的季节和特定的对流层高度上这种响应也是明显的。     

印度洋海表温度的变化及其对印度夏季季风降水影响的诊断研究

对印度洋海表温度(SST)的主要特征及变化趋势进行分析,并研究了其与印度夏季季风降水(ISMR)和季风环流的关系,揭示出:从北印度洋到南半球中高纬度印度洋,SST最显著的变化模态是全海盆一致的变化,近50 a来总体趋势是上升的,在1976,1986年以及1996年间分别有一次跳跃性增温,与太平洋SST变化趋势基本一致.除了长期变化趋势外,南印度洋中高纬度比热带地区有更显著的模态分布.在印度洋SST升温的背景下,ISMR具有逐渐减少的趋势,但两者相关较弱.印度洋SST发生跳跃后的不同阶段,许多海区SST与ISMR相关均发生变化,但在春季,热带外南印度洋具有一对相对稳定区,其分布与EOF分析的第2模态相似.根据它们的分布,文中定义了春季南半球偶极子(SIOD),在正SIOD(PSIOD)情况下印度降水偏多,而负SIOD(NSIOD)则反之.环流分析表明,PSIOD(NSIOD)通过与大气的相互作用,对夏季马斯克林高压具有增强(减弱)作用,进而使得索马里越赤道气流增强(减弱),在印度地区低空产生异常的辐合(辐散),高层辐散(辐合),从而影响印度季风环流,使得印度季风降水偏多(少).     

冬季中纬度海气相互作用与长江中下游汛期旱涝预测

中纬度海洋的热力状况对大气环流的维持和变化起着重要的作用,尤其在冬季。汛期的研究表明,冬季黑潮海域海表面水温(SST)与长江中下游和华北平原汛期降水有密切的关系(中国科学院大气物理研究所长期预报组,1978),夏季阿留申海域的SST异常与北太平洋上空大气环流场和后期秋季美国的气温和降水亦存在有意义的关系(Namias,1976)。赵永平(1986a;赵永平, McBean,1996)和Zhao and McBean(1989)曾用北太平洋海洋对大气加热场资料详细地分析了其时空分布特征,揭露了黑潮及邻近海域海洋异常加热对同期和后期半年至一年北半球大气环流的影响事实,并提出用海洋异常加热对同期和后期大气环流作用的反相性假说来进行解释。以上研究表明,冬季中纬度海洋异常加热与大气环流的异常和我国汛期旱涝之间存在一定的联系。 冬季黑潮和湾流海域是中纬度海洋的两个巨大热源,它们对同期和后期大气环流有重要影响。本文研究了冬季中纬度黑潮和湾流海域海洋异常加热对夏季副热带高压和中高纬度西风环流的影响,讨论了长江中下游汛期旱涝前期冬季和同期大气环流型。结果表明,冬季东亚和北美冷空气都强时,黑潮和湾流海域对大气异常多加热,夏季西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋减弱,中纬环流平直,形成长江中下游偏旱的环流形势；反之,西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋加强,中纬槽脊系统明显,形成长江中下游偏涝的环流场。本文还对可能的物理过程进行了讨论。     

ENSO事件次表层海温的两个模态及其对大气环流的影响

利用SODA海洋同化资料和NCEP再分析大气资料,分析了热带太平洋次表层海温异常(subsurfaceoceantemperatureanomaly,SOTA)与厄尔尼诺与南方涛动(ElNi?o-SouthernOscillation,ENSO)循环的联系,及SOTA对大气环流的影响。回顾传统ENSO研究,指出存在的问题,提出了ENSO影响大气研究的新思路,得到以下结果:(1)以SOTA为基本资料的研究发现, ENSO事件有两个模态,主要出现在冬季的第一模态对冬季及夏季亚洲-北太平洋-北美地区上空中高纬大气环流有重要影响,主要出现在夏季的第二模态对该地区上空夏季热带和副热带大气系统有重要作用。(2)ENSO事件通过与ENSO相联系的热带太平洋海面温度异常(ENSO-relatedseasurface temperatureanomaly,RSSTA)对大气的异常热通量输送,强迫Walker环流和Hadley环流变化,导致热带和北太平洋及周边地区上空大气环流异常,进而影响相关地区冬季和夏季的气候。(3)海表面温度异常(seasurfacetemperatureanomaly,SSTA)包含RSSTA和大气异常导致的海温变化(sea temperature anomaly caused by atmospheric anomaly, STA)两部分, RSSTA是ENSO事件过程中海洋内部热动力结构调整导致的海面温度变化,在海洋对大气的热输送过程中,它随ENSO事件演变不断更新;STA是大气受RSSTA海洋异常加热后导致的大气环流异常对海面温度的影响,在海洋浅表层STA对RSSTA有重大影响。本文最后讨论了ENSO事件期间热带海洋对大气热输送过程,指出ENSO事件通过海洋内部热动力结构调整产生RSSTA,它直接对大气异常加热,导致大气环流和气候异常,局地海气之间负反馈过程产生STA,反过来抑制RSSTA。结果还指出,人们常用的SSTA变率实际上主要由秋冬季节RSSTA主导,丢失了春夏季ENSO信息,用SSTA研究ENSO事件存在局限性,这也可能是ENSO事件春季预报障碍的原因之一。     

北半球中高纬度大气环流主模态的季节演变及其与北极海冰变化的联系

利用31a(1979—2009)气候月平均的海平面气压(SLP)资料,提出1种与北半球中高纬度环流转变相适应的分季法。并根据这个客观分季方法,通过SEOF分析,发现大气环流主模态的季节演变有着典型的北极涛动(AO)空间结构,其时间系数在1990年代中期发生转型。500hPa上纬向波的涡度有着南北反位相的分布特征,冬季正涡度的区域对应着气旋性环流,其覆盖范围广,而夏季正涡度区域更偏北,可见AO在冬季增强,夏季减弱。北半球SLP异常的EOF分解第一模态为北极涛动(AO),第二模态是偶极异常(DA);将这2个模态称之为北半球中高纬度大气环流异常的优势模态。通过计算优势模态与海冰面积的超前滞后相关性,发现AO依然是控制海冰变化的前期大气环流异常的模态,而DA则可能是海冰快速变化后期大气环流的主导模态。     

南海加热场对副热带高压及其汛期降水的影响

本文通过分析,指出长江中、下游汛期降水与西太平洋副热带高压的脊线和西伸脊点的位置有密切的关系,而副热带高压的脊线异常变化,则受到南海加热场的影响,并发现南海夏季热交换值与前期叹季）海温场的异常变化有联系,该区海温场的年际变化与黑潮区域的海温场变化非常一致,因此。指出南海区域冬季海温场及其影响的热交换值,对大气环流和汛期降水的影响是不可忽视的一个重要因子,在研究海洋与大气间的相互作用过程中应引起注意。     

热带海表面温度长期变化与中国降水异常的联系

用奇异谱分析（ＳＳＡ）揭示了１９５１～１９８９年期间全球热带海陆面温度旋转空间分布型主要的长期振荡过程及其对北半球５００ｈＰａ环流和中国降水的影响,结果表明全球热带海陆面温度存在四种显著的旋转空间分布型：ＥＮＳＯ、ＮＡＵ、ＴＡＬ、ＳＡ型,其活动区域分别在赤道中东太平洋和印度洋,澳大利亚北部洋面、热带大西洋、中国南海附近,重要长期变化分别表现为线笥增加、减少,３５年左右和６～８年周期振荡,中国降水场的主要响应区域在华北、长江中下游、西北和东北地区、江淮下地区,它是由热带这四种不同区域热源异常与不同时间尺度的大气环汉变化之间的相互作用结果,同时,由旋转奇异异值分解（ＲＳＶＤ）研究了前期冬季太平洋海温和夏季中国降水量主要耦合相关型及其长期变化特征,发现前期冬季赤道中东太平洋大民尺度海温异常对后期夏季中国降水影响不显著     

Impact of anomalous latitudinal position of western pacific subtropical high on climate change in midsummer in China

利用1951-2008年全国160站盛夏(7-8月)气温和降水资料、北半球500hPa高度场和北太平洋海温场资料及相关环流特征指数资料,分析了盛夏(7-8月)西太平洋副高东西位置异常变化对我国气候的影响及其与北半球500hPa大气环流和北太平洋海温的关系.发现:盛夏副高东西位置异常偏西年主要集中出现在上世纪90年代和60年代,异常偏东年则集中出现在80年代、70年代和90年代.盛夏副高东西位置与长江流域及其以南地区气温存在着很好的负相关关系,与长江流域及其以北地区降水表现为负相关,与江南和华南地区降水表现为正相关.盛夏副高东西位置异常变化与北半球大范围环流形势调整相联系;前期春季(4-5月)北半球各副高单体强度变化,对盛夏副高东西位置变化具有很好的预测指示性.前期9-3月NINO4区和NINO3区海温,尤其是前期3月NINO4区海温,前期1月NINO3区海温对盛夏副高东西位置异常变化也具有很好的指示意义.     

南印度洋偶极子及其影响研究进展

回顾了对南印度洋副热带海气相互作用的研究,总结了南印度洋偶极子事件背景下的气候变化。印度洋海表温度的方差表明南印度洋是整个印度洋海温变率最强的区域,年际海温变化最显著的特征就是海温呈现西南—东北向的偶极子型分布,被称为南印度洋偶极子(Southern Indian Ocean Dipole, SIOD)。南印度洋海温偶极子的形成主要是受大尺度大气环流调整的影响。南印度洋副热带反气旋环流异常引起了印度洋热带东风异常和副热带西风异常的变化,影响了潜热通量、上升流和Ekman热输送,进而引起了海温变化。SIOD对热带和热带外大气环流也有影响,尤其会影响亚洲夏季风降水异常,例如我国的降水异常和南印度洋偶极子海温异常具有显著相关关系。此外,SIOD模态所引起的经向环流异常与南海、菲律宾地区的反气旋环流异常也有紧密联系。     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.