ENSO及其年代际异常对中国东部气候异常影响的观测分析

在不同的ＳＳＴ年代际背景下,东亚季风和ＥＮＳＯ事件的关系是不同的。中国东部降水异常在冷态和暖态下,不是简单的线性反相关关系。在冷态时,最大的正距平中心发生在第二年早夏的长江以南地区;在暖态时,发生在第二年冬春季的华南地区。气温变化与降水变化并不对应,高温高湿的相关性不明显。不同的年代际海温背景使海气交换发生变换,改变了海陆热力对比,从而改变了海陆气压差,也就改变了季风的强度,使ＥＮＳＯ和东亚季风的     

赤道印度洋—太平洋地区海气系统的齿轮式耦合和ENSO事件 I.资料分析

利用历史观测数据,研究了印度洋海表温度（ＳＳＴ）的季节变化特征,证实赤道印度洋和东太平洋ＳＳＴ年际变化有显著的正相关,指出这种正相关是由于沿赤道印度洋上空纬向季风环流和太平洋上空Ｗａｌｋｅｒ环流之间显著的耦合造成的。这两个异常的纬向环流圈之间的耦合形式看起来很象是存在于赤道印度洋和太平洋上空的一对齿轮（简写为ＧＩＰ）,当一个作顺时向变化时,另一个则作反时向变化。文中还证明ＥＮＳＯ事件与ＧＩＰ的年际异常存在很好的对应关系,暖事件时ＧＩＰ为反向运转;冷事件时ＧＩＰ为正向运转;异常的ＧＩＰ的啮合点位于印尼群岛附近。对８０年代以来的ＥＮＳＯ事件的分析表明,每次事件前期异常的ＧＩＰ的啮合点首先出现在印度洋上空,然后逐渐传入太平洋,引起ＧＩＰ东侧的大气纬向风ｕ和ＳＳＴ同时发生异常变化。当这种风场和ＳＳＴ的异常变化发展东传到达赤道中东太平洋时,导致ＥＮＳＯ事件最终出现。本文由此指出印度洋上空纬向环流的异常可以通过印度洋和太平洋上空大气系统的齿轮式耦合去影响赤道中东太平洋的海－气相互作用并触发ＥＮＳＯ事件发生。     

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。     

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

不同时间尺度上黄淮地区夏季降水异常成因及预测研究

利用1961—2006年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了黄淮地区夏季降水的年代际和年际变化特征,研究了不同时间尺度上降水异常成因。结果表明,年代际尺度上,当太平洋年代际振荡处在暖(冷)位相时,南方涛动偏弱(强),黄淮地区夏季降水偏多(少)。在年际及以下尺度上,当印度洋北部海温偏高、南部偏低时,500 hPa位势高度场上,中高纬乌拉尔山以东和鄂霍次克海附近出现明显的双阻塞高压,副热带高压偏强;200 hPa风场上,西风急流略偏南,黄淮流域上空西风偏强,为反气旋环流;850 hPa风场上,黄淮流域上空出现西南—东北风的切变,使得急流出口区右侧次级环流的异常上升支恰好位于黄淮流域上空,高低空环流的这种配置导致了黄淮流域上空降水偏多。进一步分析发现,利用印度洋海温作为预测因子,建立预测模型,对黄淮流域降水年际变率有较高的预测能力。     

ＩＰＣＣＡＲ４中海气耦合模式对中国东部夏季降水及ＰＤＯ、ＮＡＯ年代际变化的模拟能力分析

利用１８８０—１９９９年中国东部３５站的观测降水资料、英国Ｈａｄｌｅｙ中心的海温和海平面气压资料以及ＩＰＣＣ第４次评估报告（ＡＲ４）中２０世纪气候模拟试验（２０Ｃ３Ｍ）的模式输出结果,对ＩＰＣＣＡＲ４中２２个耦合模式所模拟的我国东部夏季降水的年代际变化情况以及太平洋年代际涛动（ＰＤＯ）和北大西洋涛动（ＮＡＯ）的年代际变化情况进行了分析。结果显示,这些模式对２０世纪我国东部夏季降水年代际变化的模拟结果并不理想,但对降水在２０世纪７０年代中期前后的突变具有一定的模拟能力。其中ＩＡＰ＿ＦＧＯＡＬＳＬ＿０＿Ｇ可以大致模拟出２０世纪７０年代中期前后降水型的突变特征,而ＢＣＣＲ＿ＢＣＭ２＿０和ＵＫＭＯ＿ＨａｄＧＥＭ１则可以模拟出华北地区降水在２０世纪７０年代中期之后减少的现象。对于引起我国东部夏季降水年代际变化的重要因子ＰＤＯ和ＮＡＯ,模式对它们年代际变化的模拟效果略好于降水。多数模式都可以模拟出ＰＤＯ和ＮＡＯ的空间模态,其中ＣＮＲＭ＿ＣＭ３和ＵＫＭＯ＿ＨａｄＧＥＭ１对ＰＤＯ年代际变化（８ａ以上）的模拟与实际情况比较相似,并可以模拟出２０世纪７０年代中期之后ＰＤＯ由负位相转变为正位相的情况,而模式ＵＫＭＯ＿ＨａｄＧＥＭ１也对ＮＡＯ的年代际变化以及１９８０年以来不断加强的趋势模拟较好。     

印度洋海温异常对亚洲季风区天气气候影响的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所ＩＡＰ９Ｌ大气环流模式，模拟研究了印度洋ＳＳＴＡ对亚洲季风区大气环流和天气气候异常的影响。结果表明，印度洋赤道低纬地区的暖（冷）ＳＳＴＡ，可以在北半球中高纬度地区激发产生与ＰＮＡ和ＥＡＰ类似的冬季型或夏季遥相关型波列，对亚洲季风区中低纬度地区的环流异常或天气气候异常有重要作用。当印度洋暖（冷）ＳＳＴＡ强迫时，亚洲夏季风建立较正常偏晚（偏早），撤退较早（较晚），季风季节长     

几个方兴未艾的气候学问题

气候学是大气科学中发展最快的一个分支．文中重点总结了几个有关气候诊断与气候预测问题的研究进展,包括大气环流基本模态、夏季风与ＥＮＳＯ、ＥＮＳＯ预测、季度预测及年代际气候变率     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

印度与东亚夏季风环流对ENSO及其年代际异常响应的数值研究

根据诊断分析结果,利用LAGS改进的L9R15气候谱模式,设计了3个数值试验,讨论了不同的年代际背景下ENSO异常对亚洲夏季风环流的影响。研究表明不同背景的ENSO异常与亚洲夏季风活动存在密切的关系。在冷背景条件下,当ENSO处于发展时,印度夏季风偏弱,风速较小,降水量偏少。而东亚夏季风偏南气流较强,受低气压控制,有利于气流辐合,降水量偏多。在ENSO衰减期,印度夏季风仍偏弱,风速偏小,具有干旱的趋势,而东亚夏季风区大陆仍为低气压控制,风速略有减小,降水量比正常年多,而比ENSO前一年有减少的趋势。在暖背     

近65年ENSO事件强度变化及时频特征研究

利用海洋尼诺指数(ONI)、南方涛动指数(SOI)和多变量ENSO指数(MEI)等ENSO特征值分析了1951年1月—2016年5月近65年ENSO事件的强度与时频特征,并将其强度划分为5个等级。结果表明:近65年共发生22次暖事件（El Ni?o）和13次冷事件（La Ni?a）;对ENSO特征值进行频次分析发现,强El Ni?o月份所占比例比强La Ni?a多;使用连续小波、交叉小波和小波相干分析得出,ENSO循环主要具有2~7 a的周期,还具有10~16 a的年代际变化。      

ENSO发展和衰减阶段的陕西夏季降水异常特征

利用1961—2008年陕西78个气象站夏季 (6—8月) 降水资料、NCEP/NCAR位势高度场和风场月平均再分析资料,采用合成及相关分析方法探讨ENSO发展和衰减阶段对陕西夏季降水异常的影响,以期为陕西夏季降水的气候预测提供线索和依据。结果表明:陕西夏季降水异常对ENSO发展和衰减阶段的响应存在显著差异,El Ni?o发展阶段和La Ni?a衰减阶段,陕西夏季降水偏少; El Ni?o衰减阶段和La Ni?a发展阶段,陕西夏季降水偏多; ENSO不同阶段对陕西7月降水影响最为显著。比较而言,El Ni?o事件对陕西夏季降水的影响更加显著。在El Ni?o衰减、La Ni?a发展阶段,西太平洋副热带高压偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,而在El Ni?o发展、La Ni?a衰减阶段,西太平洋副热带高压偏弱、偏东,东亚夏季风偏强,El Ni?o过程对东亚夏季风强弱的影响更加显著。ENSO发展和衰减阶段通过影响大气环流变化和东亚夏季风的强弱,进而影响陕西夏季降水。     

近百年气候变化与变率的诊断研究

总结了近百年来气候变化与变率的诊断研究结果，包括全球平均气温及降水量、中国平均气温及降水量，以及ＥＮＳＯ及ＱＢＯ。指出全球有变暖趋势，１９８０年代是最暖的１０年。但中国的情况有所不同，１９２０年代及１９４０年代最暖，而１９８０年代接近常年。全球降水量有增加趋势，但气温与降水的１０年尺度变化并不完全一致。１９５０年代及１９７０年代为多雨期，１９８０年代降水反而减少。中国夏季降水变化的主要特征是冷湿、暖干。１９２０年代及１９４０年代是近百年最干的时期。１８７１—１９９３年共发生厄尼诺事件２８次，拉尼娜２１次。气候变暖时厄尼诺强，气候较冷时拉尼娜频率高。１９５１—１９９３年赤道平流层纬向风准两年振荡的平均长度为２８．７个月，比１９５０年代末的估计（２６．３个月）要长。１９５１年以前的周期长度可能在２９个月左右。未发现ＱＢＯ与气候变化有明显关系。     

过去60年中3—5年时间尺度的强ENSO过程与平流层环流异常的滞后耦合及其机理

基于1950—2009年60a月平均Nino3指数和NCEP/NCAR第一套等压面再分析资料,关注3—5a时间尺度的强ENSO过程与平流层环流年际异常的时空联系及其机理,通过对此期间出现在3次持续强ENSO阶段中的11次3—5a时间尺度的强ENSO过程的诊断表明,平流层环流的年际尺度异常与3—5a时间尺度的强ENSO循环过程密切耦合。极夜急流强度趋于在ENSO暖/冷峰值之后减弱/加强,最大异常值多滞后ENSO峰值约1/4周期(接近1a),出现在ENSO峰值之后的下一年冬季;且3—5a时间尺度的ENSO峰值愈强,滞后约1/4周期出现的热带外平流层纬向风的年际异常也愈强;平均而言,这种年际时间尺度的耦合关系,也对实际的季节尺度平流层极涡振荡的强度和性质有显著的调制作用。进一步研究这种滞后耦合关系与年际时间尺度的行星波活动异常的联系发现,在暖ENSO峰值所在的当年冬季,对流层高层被强迫出年际时间尺度的太平洋-北美(PNA)型异常环流,而与冷ENSO峰值相对应的是相反的太平洋-北美异常型;这种太平洋-北美型与平流层热带外地区的行星波1波的发展相联系;在ENSO峰值之后的下一年冬季,太平洋-北美型环流减弱但对流层高层的主要异常分布在中高纬度,多对应着平流层行星波2波的显著增强,与平流层极区最强的高度异常相联系。行星波活动所引起的经向动量通量和经向热量通量的辐合、辐散异常对平流层滞后异常响应的贡献,存在显著的阶段性差异,在不同的阶段两者可以共同起作用,也可以分别起作用。     

PDO和ENSO与大连6—9月降水关系分析

利用1905—2006年的太平洋年代际振荡(简称PDO)、ENSO和大连6—9月降水资料,分析三者之间的关系。结果表明:在PDO暖位相期,大连6—9月降水总体比常年偏少;PDO冷位相期,大连6—9月降水总体上比常年偏多;PDO与大连6—9月降水存在准周期对应关系,从PDO冷位相到暖位相,对应的大连6—9月降水距平8 a滑动平均曲线总体呈下降趋势。ENSO对大连6—9月降水的影响明显受PDO的调制,在PDO冷位相期,ENSO年大连6—9月降水总体上比常年偏多,而在PDO暖位相期,ENSO年大连6—9月降水总体上比常年偏少;不同强度和不同冷暖性质的ENSO,在不同PDO位相期内对大连6—9月降水的影响也各不相同。     

ENSO anomalies over the Western United States: present and future patterns in regional climate simulations

Surface temperature, precipitation, specific humidity and wind anomalies associated with the warm and cold phases of ENSO simulated by WRF and HadRM are examined for the present and future decades. WRF is driven by ECHAM5 and CCSM3, respectively, and HadRM is driven by HadCM3. For the current decades, all simulations show some capability in resolving the observed warm-dry and cool-wet teleconnection patterns over the PNW and the Southwest U.S. for warm and cold ENSO. Differences in the regional simulations originate primarily from the respective driving fields. For the future decades, the warm-dry and cool-wet teleconnection patterns in association with ENSO are still represented in ECHAM5-WRF and HadRM. However, there are indications of changes in the ENSO teleconnection patterns for CCSM3-WRF in the future, with wet anomalies dominating in the PNW and the Southwest U.S. for both warm and cold ENSO, in contrast to the canonical patterns of precipitation anomalies. Interaction of anomalous wind flow with local terrain plays a critical role in the generation of anomalous precipitation over the western U.S. Anomalous dry conditions are always associated with anomalous airflow that runs parallel to local mountains and wet conditions with airflow that runs perpendicular to local mountains. Future changes in temperature and precipitation associated with the ENSO events in the regional simulations indicate varying responses depending on the variables examined as well as depending on the phase of ENSO.     

RELATION BETWEEN SUMMER TYPHOON FREQUENCY ANOMALIES IN WEST PACIFIC AND ENSO EVENTS AND THE ANOMALOUS ATMOSPHERIC CIRCULATION CHARACTERISTICS

By using data of serially numbered typhoons in northwestern Pacific and NOAA OLR data and NCEP/NCAR reanalysis data of wind field, based on the statistics and study of the relationship between the calendar years with more (or fewer) summer typhoons and ENSO events, we compared the composites of OLR eigenvectors and tropical summer wind fields during El Nino and La Nina events with more or fewer than normal summer typhoons, respectively. The results show that, in summer, without remarkable systematic anomalies of Mascarene High and Australia High in South Hemisphere, the anomaly of Walker circulation will dominate and follow the rule of ENSO impacts to atmospheric circulation and typhoon frequency. Otherwise, when systematic anomalies of Australia High appear during the El Nino events, circulation anomalies in the South Hemisphere will dominate, and many more typhoons will occur. In 1999, which is a special year of La Nina events, northward and eastward monsoon was induced by the stronger Mascarene High, and fewer typhoons arose. The typhoon source are regions where weak vertical wind shear, warm pool in western Pacific and the area with monsoon troughs are overlapping with each other. Finally, this paper analyzes and compares the source locations and ranges of more (fewer) typhoons in the events of El Nino and La Nina, respectively.     

INTERRELATION BETWEEN EAST-ASIAN WINTER MONSOON AND INDIAN/PACIFIC SST WITH THE INTERDECADAL VARIATION*

Investigated statistically is the interrelation between East Asian winter monsoon (EAWM) and SST over sensitive areas of the Indian and Pacific Oceans.with focus on the relation of EAWM to strong ENSO signal area.i.e.,the equatorial eastern Pacific (EEP) SST.Evidence suggests that the EAWM variation is intimately associated not only with the EEP SST but with the equatorial western Pacific "warm pool" and equatorial Indian/northwestern Pacific Kuroshio SST as well:the EAWM and ENSO interact strongly with each other on the interannual time scales,exhibiting pronounced interdecadal variation mainly under the joint effect of the monsoon QBO and the monsoon/SST background field features on an interdecadal basis-when both fields are in the same phase(anti-phase).strong EAWM contributes to EEP SST rise(drop)in the following winter,corresponding to a warm(cold)ENSO cycle;the EAWM QBO causes ENSO cycle to be strong phase-locked with seasonal variation,making the EEP SST rise lasting from April-May to May-June of the next year,which plays an important role in maintaining a warm ENSO phase.