ENSO及印度洋海盆模态关联的南海SST异常年代际变化及海洋平流输送的贡献

采用国际海—气综合数据集(The International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,ICOADS)船舶观测资料及简单海洋同化分析数据(Simple Ocean Data Assimilation,SODA),研究了厄尔尼诺(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)和印度洋海盆模态(Indian Ocean Basin,IOB)对南海海表温度(sea surface temperature,SST)影响的年代际变化,并着重讨论了不同时期海洋平流输送对SST异常的影响。结果表明,ENSO事件对南海SST的影响呈现显著的年代际变化特征;在1870~2007年期间,扣除资料较少的时期,有4个显著不同的时段,分别是1892~1915年、1930~1940年、1960~1983年、1984~2007年。在1950年之前的两个时段,南海在ENSO期间出现一次显著的增暖,而在1950年之后的两个时段中,南海出现了两次显著的增暖。除第一个时段外,其余三个时段ENSO发展期冬季大气潜热及短波辐射异常是导致南海增暖的主要原因,海洋平流作用较弱;而在最近的两个时段中,海洋平流对ENSO消亡年夏季南海增暖有重要影响。不同时段海洋平流对南海增暖贡献的差异说明ENSO及IOB对南海区域气候的影响具有明显的年代际变化特征。     

中国东南春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化

利用中国160站观测降水资料和美国NOAA ERSST海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了中国东南地区春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化。结果表明:东南春季降水异常具有全区一致性,在1950年代末之前有不显著的上升趋势,之后一直呈现下降趋势,其中在1960年代初至1970年代初下降趋势显著,1980、1990年代趋势较为平稳,1999年之后下降趋势增加。在过去64年中,中国东南春季降水与ENSO有显著的相关关系,即在El Ni珘no事件发生的次年春季,东南地区一般降水偏多,其主要机制为ENSO通过影响西北太平洋异常反气旋进而影响中国东南地区春季降水,并且利用前冬季Ni珘no3区海温指数可提前4个月较好地预测东南地区春季降水。进一步分析表明,东南春季降水与ENSO的相关关系具有年代际差异:在1969—1990年间两者相关性较好;而在1951—1968年和1991—2014年间,两者相关性较弱。在不同时间段内,与东南春季降水相应的春季环流系统有较大差异,ENSO作为影响因子的重要性也发生变化。在1951—1968年,影响降水的环流系统主要位于中高纬度,而西北太平洋反气旋位置较为偏东,难以影响到中国东部地区;在1969—1990年,副高和西北太平洋异常反气旋是影响东南春季降水的主要环流系统,反气旋西侧气流是提供水汽的主要来源;在1991—2014年,东南春季降水受到高低纬环流系统共同影响,来自印度洋西风气流和西北太平洋反气旋西侧气流共同为降水提供水汽,ENSO的作用减弱。因此,在中国东南春季降水预测中必须根据不同年代际背景考虑ENSO作为预报因子的可靠性。     

南海潜热交换年际与年代际变化的分析探讨

根据一套客观分析潜热通量、基于绕岛理论诊断的南海贯穿流(LST)、南海热含量等月平均资料,分析南海表层潜热通量的年际和年代际变化特征。南海地区的潜热通量冬季强,春季的潜热通量弱;在秋冬季节,南海北部的潜热通量远大于南部;夏季南海潜热通量南部高于北部;从20世纪80年代初潜热通量逐渐增加。使用EOF经验正交分解,M-K检验方法分析南海潜热通量的多时间尺度变化,前3个模态的方差贡献率分别为:53.01%(主要为长期趋势)、17.4%(年代际变化)、6.71%(年际变化)。分析表明在年际尺度上南海贯穿流(LST)减少导致南海海表温度(SST)增温幅度上升,海气温差比湿差减小,从而导致潜热释放减少,潜热通量呈负异常;反之LST进入南海增多,海气温差比湿差变大,导致南海潜热损失减少,潜热通量呈正异常。     

南海潜热交换年际与年代际变化的分析探讨

根据一套客观分析潜热通量、基于绕岛理论诊断的南海贯穿流(LST)、南海热含量等月平均资料,分析南海表层潜热通量的年际和年代际变化特征。南海地区的潜热通量冬季强,春季的潜热通量弱;在秋冬季节,南海北部的潜热通量远大于南部;夏季南海潜热通量南部高于北部;从20世纪80年代初潜热通量逐渐增加。使用EOF经验正交分解,M-K检验方法分析南海潜热通量的多时间尺度变化,前3个模态的方差贡献率分别为:53.01%(主要为长期趋势)、17.4%(年代际变化)、6.71%(年际变化)。分析表明在年际尺度上南海贯穿流(LST)减少导致南海海表温度(SST)增温幅度上升,海气温差比湿差减小,从而导致潜热释放减少,潜热通量呈负异常;反之LST进入南海增多,海气温差比湿差变大,导致南海潜热损失减少,潜热通量呈正异常。     

南印度洋SST与南亚季风环流年代际变化的研究

利用美国NCEP全球大气再分析资料和JONES全球海表面温度异常(SSTA)资料，分析了南印度洋SSTA和南亚季风环流年代际变化的特征。研究发现，无论是南印度洋副热带海水辐合区的SST还是赤道以北非洲西海岸附近上升运动海区的SST的长期变化趋势，除了准3-5年的变化以外，还存在着明显的年代际的变化。对于全球最显著南亚季风环流的分析表明，南亚季风环流也存在明显的年代际时间尺度的变化。与南太平洋SST的年代际变化相比，南印度洋SST的变化周期要相对短一些。通过分析南半球冷空气年代际活动的特征发现，冷空气与南印度洋SST年代际时间尺度的变化具有密切的联系。     

北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

基于1961-2013年HadISST海冰密集度资料,定义了北极海冰的季节性融冰指数,结果显示近几十年来北极季节性融冰范围呈显著的上升趋势,并分别在20世纪70年代末和90年代中期存在显著的年代际转型,相应地,中国冻雨发生频数总体上呈现出显著的减少趋势,但也存在显著的年代际转型。在20世纪70年代末之前,北极季节性融冰范围较小但显著增长,中国冻雨频数年际变化振幅较大,且主要受巴伦支海、喀拉海海冰的影响;20世纪70年代末至90年代中期北极季节性融冰范围维持振荡特征,没有显著的线性趋势,中国冻雨频数变化振幅减小,与北极海冰相关较弱,主要相关因子为北大西洋及北太平洋海表温度变化;而90年代中期以后,北极海冰融化加快,特别是2007年以后,季节性融冰范围大大增加,而中国冻雨频数处于低发时段,其变化与太平洋扇区海冰及堪察加半岛附近海温呈显著负相关,季节性融冰的显著区域也从东西伯利亚海逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张,同时向北极中央区扩张。不同年代影响冻雨的海温或海冰关键海区不同,产生特定的大气环流异常响应,进而影响到我国冻雨。     

南海次表层盐度的低频变化及与太平洋年代际振荡的关系

南海是西北太平洋最大的边缘海, 是联系北太平洋和北印度洋的关键通道。黑潮北上经过吕宋海峡时会将来自西太平洋的信号传入南海, 进而影响南海的水动力环境。研究了南海次表层盐度的空间分布特征、低频变化规律及其与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的关系, 并进一步探究了次表层盐度近年来的变化。结果显示: 1)南海次表层高盐水的位势密度主要介于24~26σ_θ, 受次表层气旋式环流所驱动, 盐度气候态空间分布北高南低, 以吕宋海峡处为起点, 呈逆时针自北向南逐渐降低。2)次表层盐度低频变化显著, 与PDO呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时, 吕宋海峡处西向平流输送加强, 次表层盐度升高; 当PDO处于负位相时, 吕宋海峡处西向平流输送减弱, 次表层盐度降低, 盐度的变化受到水平环流场的直接影响。3)近年来, 南海次表层盐度呈现先降低后升高再降低的趋势, 滞后PDO约10个月, 2006— 2014年初, 盐度呈下降趋势; 2014—2017年初, 盐度呈上升趋势, 且上升速率远大于先前下降的速率; 2017年后盐度再次逐渐降低。     

北太平洋冬季大气年代际振荡及其相关的SST变化

20世纪60年代， Namias(1969)就发现北太平洋海平面气压(SLP)存在10a以上长周期的变化，这种变化与北美冬季气温异常密切相关。70年代以后，又有人(White et al.，1972； Trenberth，1990； Trenberth et al.，1994)对上述变化作了进一步的验证，并指出1976年以后北太平洋的SLP异常偏低，即阿留申低压异常偏强。以阿留申低压为主要活动中心的大气年代际振荡被称为北太平洋涛动(NPDO)，它与北大西洋涛动(NAO)一起构成年代际气候变动最重要的观测依据，北太平洋年代际振荡的机制也引起了人们的广泛兴趣。作为大气运动的缓变下垫面强迫之一的海表面温度(SST)，它的异常变化对年际气候的显著影响已被公认(Wallace et al.，1981，1998)，由此推断，其对年代际时间尺度气候变化的影响可能也不可忽视。众所周知，SST年际变化最显著区位于赤道中东太平洋(如Nino 3区)，而与北太平洋年代际振荡显著相关的SST变化(时间变化和空间分布)又如何呢?作者就这一问题，分析了北太平洋大气环流年代际振荡的时、空变化特征，并揭示了与之相关的SST变化的时间变化和空间分布。     

山东气候年际变化特征及其与ENSO的关系

利用1951年以来65年的热带太平洋海表面温度数据和中国气温以及降水的站点观测资料,通过标准化处理和合成分析的方法,分析了山东气温和降水的季节气候特征及其年际变化,揭示了ENSO冷暖位相发展年及衰减年与山东气温和降水年际气候异常的关系。结果表明:在气温方面,山东地区春夏和秋冬季节温度分别呈经向和纬向分布,降水一年四季都表现为南多北少的特征;冬季鲁西北的气温年际变化在1°C以上,最为显著,而秋季气温的年际变化最不明显。对于降水的年际变化,夏季鲁西北、鲁南东部和胶州湾西部地区的年际变化最大,季节累计降水量异常最大达120mm以上,冬季降水年际变化最弱。ENSO对山东地区不同季节气温和降水异常强度的影响并非严格反对称,且存在显著的空间分布不均匀性;拉尼娜对山东气温年际变化的影响要比厄尔尼诺强、且影响范围广,厄尔尼诺对山东降水年际变化的影响更明显;厄尔尼诺和拉尼娜发展年和衰减年夏季对山东南部沿海地区(以青岛为例)气温正负变化的影响是反对称的,但是对内陆地区(以济南为例)而言,在厄尔尼诺/拉尼娜发展年冬季以及衰减年夏季两者对济南气温的影响是一致的;ENSO发展年夏季和秋季,厄尔尼诺/拉尼娜对南部沿海地区和内陆降水的影响不对称,但是对衰减年夏季降水的影响是反对称的。     

路经南海热带气旋迅速加强的年代际变化

本文利用中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心大气再分析数据集和国家海洋信息中心的海洋再分析数据集,研究了路经南海热带气旋迅速加强(Rapid Intensification, RI)的年代际变化。在1951–2017年期间,路经南海的热带气旋主要发生在6–12月,其中发生RI的热带气旋集中在7–12月,且RI呈现年代际变化,这种变化和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)显著相关。在正PDO年,RI频数较少且主要分布在菲律宾群岛东部和南海北部;而在负PDO年,RI频数较多且分布在菲律宾群岛东部的大范围区域。路经南海热带气旋RI的年代际变化与PDO对大尺度海洋大气变量的调制有关。回归分析显示热带气旋潜热对路经南海热带气旋RI频数的年代际变化影响最大,而相对湿度的影响相对较小,垂直风切变的影响很小。     

南海上层海洋热含量的年际和年代际变化

分析了１９５９－１９８８年南海表面至１００ｍ垂直平均温度资料，结果表明，南海上层海洋热含量存在明显的准两年，４－５年和年代际振动，在Ｅ１ Ｎｉｎｏ年，南海上层热含量显著增加，５０年代末至７０年代初，南海ＴＡＶ为负距平，此后转为正距平，南海ＴＡＶ的变化与ＥＮＳＯ事件，东亚冬季风和热带大气环流的变异密切相关。     

南海上层海洋热含量的年际和年代际变化

分析了1959—1988年南海表面至100m垂直平均温度（TAV）资料，结果表明：南海上层海洋热含量存在明显的准两年、4—5年和年代际振动。在E1Nino年，南海上层热含量显著增加。50年代末至70年代初，南海TAV为负距平，此后转为正距平。南海TAV的变化与ENSO事件、东亚冬季风和热带大气环流的变异密切相关。     

南海18°N断面中层水的年代际变化

利用中国科学院南海海洋研究所历史温盐剖面观测资料和WOD09(World Ocean Database2009)中的CTD、OSD、PFL温盐剖面资料,分析了1965-2012年间南海18°N跨海盆断面中层水的变化特征。研究结果表明:中层水平均盐度呈现显著的年代际变化,20世纪60年代中期至70年代末,中层水平均盐度约为34.432,80年代盐度增加至34.440,90年代之后至今盐度明显降低;在年代际尺度变异调制下,不同年代中层水盐度变化有不同的变化趋势,1967-1977年呈现显著的下降趋势,1990-1997年中层水盐度从34.450迅速降为34.414,而在1997年之后表现出明显上升趋势,与此同时,中层水温度有着相似的变化特征,与90年代之前相比,21世纪以来温度与盐度同步下降,并且变化幅度变小。与大洋的中层水团年代际变异相比,南海18°N断面中层水呈现出与大洋不同的特征。另外,中层水盐度有着十分显著的年际变化,其振幅远大于年代际尺度变异,并且与ENSO密切相关,在厄尔尼诺年达到极小值。     

南海海表面温度年代际异常变化特征及其与PDO的联系

利用奇异谱分析和小波分析的方法,分析了南海海表面温度异常(SSTA)在年代际尺度上的变化特征及其与太平洋年代际涛动(PDO)之间的关系.发现南海 SSTA 年代际振荡与年循环之间存在一定程度上的锁相:在冬、春季较强,而夏、秋季则较弱.此外,在过去的140多年,南海 SSTA 年代际振荡显著衰弱.通过与 PDO 指数进行相关分析发现,在年代际尺度上 PDO 与南海 SSTA 具有一定的相关性.一方面这种相关性只在20世纪前50年比较显著,这在一定程度上解释了为何南海 SSTA 的年代际振荡表现出衰减的趋势;另一方面,当 PDO 位相超前南海 SSTA 位相3到6个月时,两者表现出较强的相关性.进一步分析表明,PDO 可能通过调控赤道东太平洋 SST,从而影响南海 SSTA 的年代际变化.     

热带不稳定波的年际变化及其与ENSO的关系

使用最优插值的1/4?逐日海温再分析资料(NOAA OISST V2.0)逐日海温资料研究了热带不稳定波(TIWs)的年际变化特征及其与厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)的关系。结果表明:TIWs一般在每年的5~7月开始出现,在11~12月末或次年1月末消亡。TIWs和ENSO存在负相关关系,即在ENSO暖位相年(厄尔尼诺年),TIWs强度减弱;在ENSO的冷位相年(拉尼娜年),TIWs强度增强。进一步分析表明,在TIWs活跃的6~12月,其与ENSO存在很好的负相关,且相关性在12月最好。对TIWs和尼诺3.4区指数(NINO 3.4)海表面温度距平(SSTA)进行超前滞后相关分析,发现在TIWs超前ENSO 2~3个月时两者的相关性最显著,这意味着TIWs可能对ENSO循环具有调控作用。     

太平洋年代际涛动对ENSO与华南冬季降水关系的可能影响

基于中国160站冬季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA SST资料,本文分析了太平洋年代际涛动(PDO)不同位相时期ENSO事件对华南冬季降水影响的差异。结果表明:在PDO正位相时期,El Nio年华南冬季降水显著增加,而La Nia年华南冬季降水没有明显变化;在PDO负位相时期,El Nio年华南冬季降水增加虽然显著,但仅是PDO正位相时期的一半,而La Nia年华南冬季降水显著减少,这说明PDO对ENSO事件影响华南冬季降水具有调制作用,且El Nio(La Nia)事件对华南冬季降水的影响在PDO不同位相时期具有不对称性。前人研究指出,El Nio(La Nia)事件主要通过西北太平洋异常反气旋(气旋)影响华南冬季降水。本文分析发现,在PDO正位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋北侧西南气流影响华南,造成降水增加,而La Nia年西北太平洋异常气旋位置向南推,对华南地区影响很小;在PDO负位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋位置东移,对华南影响不大,而La Nia年华南地区基本为西北太平洋异常气旋北侧东北风异常所控制,从而使降水减少。由此可见,PDO不同位相时期El Nio(La Nia)事件影响华南冬季降水异常差异的主要原因是西北太平洋异常反气旋(气旋)的差异造成的。此外,源自孟加拉湾低槽南侧的西风水汽输送异常在PDO不同位相时期El Nio(La Nia)年份也存在非对称性的差异。     

南海上层热含量的年代际变化及影响因子分析

南海上层海洋热力结构年代际变化的研究,是海气相互作用与变化研究的热点之一,对南海区域及更大范围的气候异常的研究和南海海洋环流年际变化的研究都具有重要意义。本文采用多套海温、流场和海气界面通量资料,基于热平衡方程和统计分析方法,分析了南海上层热含量的年代际变化,研究了南海上层热含量影响因子的变化特征,比较了混合层及混合层以下热含量变化的异同,进而探讨了影响因子在混合层及混合层以下的不同作用;利用区域积分海温方程后得到的热量收支方程,诊断南海内区不同海域的热收支方程中的各项,发现了不同海域在影响热收支的物理过程方面存在差异。结果表明:南海混合层的热含量的变化主要受海气界面热通量的影响,夹卷效应在热含量的变化中也有接近1/3的贡献。在整个上层400m的热含量变化中,平流效应占据了主导地位。     

印尼贯穿流与南海贯穿流的年代际变化特征及机制

通过绕岛环流理论和SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据对印尼贯穿流(ITF)和南海贯穿流(即吕宋海峡水交换,LST)在1976年气候突变前后的特征进行分析。结果表明,1976年后吕宋海峡水交换体积输送(LSTT)异常增大,而印尼贯穿流体积输送(ITFT)异常减少。吕宋海峡东部东风分量和南海内部的北风分量的局地驱动是导致LSTT在1976年后增加的主要因素,南海内部异常北风分量对LSTT增加的贡献能够达到53%;而赤道太平洋的西风分量则是导致ITFT在1976年后减少的主要因素,其贡献大约为61%。1976年后15°N左右的NEC(North Equatorial Current)体积输送异常增强,但总NEC体积输送异常减弱。KC(Kuroshio Current)体积输送异常增强,而MC(Mindanao Current)、NECC(North Equatorial Countercurrent)、SEC(South EquatorialCurrent)体积输送异常减弱。赤道西太平洋由风场变化通过Sverdrup动力过程产生的异常气旋性环流阻碍了太平洋水体向印度洋的输入。     

黄海暖流区SST年际变化分析

基于2003—2019年黄渤海冬季(1月)微波遥感SST,分析其年际变化特征和黄海暖流对SST年际变化的影响,进一步分析黄海暖流流轴摆动与强弱的年际变化。分析结果表明:冬季黄海暖流区SST整体处于上升趋势(0.07℃/a),黄海暖流对黄海中部SST具有一定的稳定作用;该区域SST年际变化是在北太平洋年际震荡背景下,主要受黄海暖流、大陆气候和地表径流等近岸过程影响,黄海暖流流轴年际变化与ENSO显著相关,受纬向风作用明显,而黄海暖流强弱年际变化与经向风关系显著。     

热带西太平洋水位的年际变化与ENSO事件

根据美国ＴＯＧＡ水位中心所提供的１９７５—１９８８年水位月平均资料，分析、讨论了热带西太平洋水位的年际变化特征，特别是与ＥＮＳＯ事件有关的低水位现象。此外，还重点叙述了１９８６—１９８７年ＥＮＳＯ事件中水位沿经向和赤道剖面的变化，以及与此有关的赤道流系的变化。文中还定性地讨论了赤道开尔文波沿赤道剖面的传播特性。