热带西太平洋对风应力响应的动力学

应用一个线性等值浅水模式,在低频近似下研究了热带大洋西部对风应力响应的动力过程.指出,由于西边界将激发出振幅大的Kelvin波,以及激发出能形成动力边界层结构的Rossby短波,这种结构使来自风应力的能量可在边界附近聚集和维持,并向东传播,表明了热带西太平洋对El Nino(La Nina)事件的形成和发展较热带东太平洋更为重要,因为后者只激发非色散的Rossby长波.一个重要的观点是:热带西太平洋发展成El Nino的初始暖海温距平是在强烈东风应力作用下形成的,当大气改吹西风时,暖的温度距平只是向东传播及进一步发展而已,而西风恰恰是形成La Nina事件的前期动力.另一个结果是当风应力停止作用于海洋后,海洋边界上的经圈流仍随时间呈正比的发展,这一类不稳定性的发现加强了对热带特西太平洋在El Nino(La Nina)发展中作用的认识.     

El Ni?o和La Ni?a事件对东亚冬、夏季风循环的影响

通过合成的El NiNo和La NiNa的分析发现,一般一个El Nino或La Nina事件大致可以分成爆发前的冬季、发展期的夏季、盛期时的冬季和衰亡期的夏季四个阶段.在此基础上利用NCEP再分析环流资料和中国降水资料分析了东亚冬、夏季风对E1 Nino和LaNina的响应,结果发现,E1 Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环.E1Nino爆发前的冬季在东亚地区往往有异常强的北风;El Nino发展期的夏季,西太平洋副热带高压偏弱,同时影响我国的西南气流偏弱,从而江淮地区和南方沿海地区多雨,长江中游和华北地区少雨;E1 Nino盛期的冬季东亚地区则出现异常的南风;而E1 Nino衰亡期的夏季,西太平洋副热带高压偏强,同时影响我国的西南气流偏强,从而江淮地区少雨,华北、东北以及洞庭湖、鄱阳湖地区多雨.La Nina对东亚冬、夏季风循环的影响则与El Nino大致相反,但它的影响不如El ino的影响显著.对强、弱东亚冬季风后的夏季中国降水异常的分析则表明,正是由于与El Nino或La Nina事件有关的海温异常对东亚冬、夏季风循环的影响才导致了东亚冬季风与随后的夏季风存在着紧密的联系;当冬季风异常不是由与ElNiNino或La Nina事件有关的海温异常所引起时,两者之间就缺少显著的联系.     

El Ni(n)o和La Ni(n)a事件对东亚冬、夏季风循环的影响

通过合成的El NiNo和La NiNa的分析发现,一般一个El Nino或La Nina事件大致可以分成爆发前的冬季、发展期的夏季、盛期时的冬季和衰亡期的夏季四个阶段.在此基础上利用NCEP再分析环流资料和中国降水资料分析了东亚冬、夏季风对E1 Nino和LaNina的响应,结果发现,E1 Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环.E1Nino爆发前的冬季在东亚地区往往有异常强的北风;El Nino发展期的夏季,西太平洋副热带高压偏弱,同时影响我国的西南气流偏弱,从而江淮地区和南方沿海地区多雨,长江中游和华北地区少雨;E1 Nino盛期的冬季东亚地区则出现异常的南风;而E1 Nino衰亡期的夏季,西太平洋副热带高压偏强,同时影响我国的西南气流偏强,从而江淮地区少雨,华北、东北以及洞庭湖、鄱阳湖地区多雨.La Nina对东亚冬、夏季风循环的影响则与El Nino大致相反,但它的影响不如El ino的影响显著.对强、弱东亚冬季风后的夏季中国降水异常的分析则表明,正是由于与El Nino或La Nina事件有关的海温异常对东亚冬、夏季风循环的影响才导致了东亚冬季风与随后的夏季风存在着紧密的联系;当冬季风异常不是由与ElNiNino或La Nina事件有关的海温异常所引起时,两者之间就缺少显著的联系.     

SVD相空间分析方法及其在海气耦合关系中的初步应用

利用非线性动力学中的相空间概念和场诊断分析中的SVD技术,提出了一种SVD相空间分析方法.应用该方法研究了热带太平洋E1 Nino区SST与东亚500 hPa环流场的关系.结果表明这种SVD相空间分析,优于EOF相空间分析,它不仅能在两个场耦合联系的基础上分析两场自身的变化过程和状态特征,而且能够揭示两场之间的内在相互联系;前期冬半年东亚冬季风异常偏强(弱)时,将导致未来El Nino(La Nina)事件的发生;前期El Nino(La Nina)事件,将导致未来冬半年东亚冬季风异常弱(强);由此建立了东亚冬季风与El Nino(La Nina)事件相互作用的概念模型,指出了东亚冬季风异常变化与El Nino(La Nina)事件互为双方发生发展的重要机制.     

太平洋年代际振荡冷、暖背景下ENSO循环的特征

利用英国气象局哈德莱中心的月平均海温距平资料、美国Scripps海洋研究所联合环境分析中心(JEDAC)的海表和次表层海温观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了太平洋年代际振荡(PDO)不同背景下ENSO循环的特征.结果表明,PDO为ENSO循环提供了一个年代际气候背景,在PDO的暖位相时期,El Nino事件发生的频率较高,强度较强;反之,在PDO的冷位相时期,La Nina事件发生的频率较高,强度较强.而且在不同的太平洋年代际振荡背景下,ENSO循环表现出不同的特征.在PDO冷位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA从西太平洋沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道东太平洋向西扩展到中太平洋,ENSO事件先在赤道东太平洋爆发.在PDO的暖位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA首先出现在赤道中太平洋,然后沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道中太平洋向东扩展到东太平洋,ENSO事件首先在中太平洋爆发.这为ENSO预测提供了新的线索.     

大尺度海气异常关系的主振荡型分析

简要介绍了主振荡型(POP)分析的原理及方法.用它分析了热带太平洋海表温度异常,得到的主振荡型 P_1、P_2及其周期 T,描述了 El Nino 与 La Nina 事件交替出现的时空特征.分析了热带太平洋区域月平均海温与风场的伴随相关型(ACP),得到了与 El Nino 事件相关的、物理意义清楚的环流异常图像.而对东亚夏季降水、气温的 ACP 分析给出了 El Nino 事件与我国夏季长期天气异常联系的接近实际的结果.     

厄尔尼诺和拉尼娜事件循环演变过程的资料分析研究

利用1955-2000年热带、副热带太平洋地区次表层温度距平资料,构造了温度距平极值深度分布曲面图,它很接近20°温度面的深度分布,因此有理由认为这一深度曲面很接近热带温跃层的深度面。在温度距平极值深度曲面上,分析了20世纪60年代后期以来所有El　Nino/La Nina事件正/负海温距平信号的分布和传播“轨迹”,发现如果以暖池次表层作为起点,则一般来说,暖水或冷水先是沿赤道极值深度面向东、向上传播或运动,到达赤道东太平洋海盆边界附近后,在那里停留几个月,然后转北运动,在北纬10度左右再折向西运动到西太平洋转向南返回到暖池,即在赤道北侧形成闭合回路。温度距平运动一圈需时2-4年。如果暖（冷）水的温度距平都很强,就会在2-4年的时间上出现两次相邻的El　Nino（La Nina）事件,但可能是由于大气或海洋环境条件不合适,温度距平的强度在运动过程中有时会减弱,就不能形成El　Nino（La Nina）事件,但暖（冷）水运动的“轨迹”仍可辨认。由于暖、冷水绕环路的运动交替出现,El Nino（La　Nina）爆发前,在赤道西太平洋出现正（负）距平信号的同时,在东太平洋北纬10度左右会有负（正）距平信号出现,并且当正（负）距平信号向东传播时,负（正）距平信号向西传播,在赤道上表现为2-4年间隔的El Nino（La Nina）交     

用OPA9全球海洋环流模式模拟不同类型El Nino事件

根据El Nino事件中正的海表面温度异常(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)首先出现的区域及其传播特征,将El Nino事件分成3种类型,即东部型、西部型和驻波型.为了研究不同类型El Nino事件物理机制的差异,首先利用高分辨率全球海洋环流模式OPA9,对这3种不同类型的El Nino事件进行模拟.在逐月海表面风应力和热通量的驱动下,模式模拟出了1950-2005年问全球海温演变.模拟结果表明,模式可以很好地模拟出海洋的气候态,并且对El Nino事件期间的正SSTA首先出现的区域以及对正SSTA的传播特征都做出了很好的模拟,成功地模拟了不同El Nino事件的发展类型.     

热带太平洋SSTA与太平洋北美区500 hPa高度场的非线性关系

利用NOAA的逐月平均SST资料和NCEP/NCAR的逐月平均500 hPa高度场资料,采用非线性典型相关分析(NLCCA)分析了冬季热带太平洋SSTA场和太平洋北美地区500 hPa高度距平场之间的非线性关系,结论得出:NLCCA有能力表示出更一般的低维结构,可以提取资料集中传统CCA所不能提取的特征.NLCCA第一模态的典型相关变量μ从最大值变化到最小值,重建的SSTA场从强El Nino位相变换到强La Nina位相.La Nina位相的负距平中心(100 °W左右)比El Nino位相的正距平中心(150 °W左右)偏西约50个经度.对于500 hPa高度场,其非线性特征主要表现为定常波列(Rossby波)的位置偏差.El Nino时,PNA正位相的四个距平中心比La Nina时PNA负位相距平中心位置向东偏离约20个经度.NLCCA所得结论与合成分析结果一致.     

北半球冬季风暴轴与ENSO循环的关系及其能量平衡特征

利用欧洲中期天气预报中心的再分析资料,分析了北半球冬季对流层上层300 hPa面上风暴轴与ENSO循环的关系以及风暴轴的能量平衡特征.研究表明,由于El Nino年北太平洋的哈德莱环流增强,导致北太平洋西风急流向赤道和向东伸展,进而引起了北太平洋风暴轴的增强并向赤道和向东伸展;而La Nina年事件期间情形正好相反.在北大西洋,El Nino年其西风急流中心最大值有所减小,但整个西风急流区域有所扩大并向西和向赤道伸展,相应北大西洋风暴轴强度在El Nino年也有所减弱并向西和向赤道方向伸展;La Nina事件的情形正好相反.能量分析表明,斜压转换的正值中心位于风暴轴及其上游区域.在El Nino年,北太平洋斜压转换的正值中心向赤道和向下游伸展,而北大西洋斜压转换的正值中心向赤道和向西伸展,这与北太平洋风暴轴和北大西洋风暴的变化趋势是一致的.行星尺度扰动对斜压转换的贡献比天气尺度扰动的贡献要小,而行星尺度-天气尺度扰动的相互作用项对斜压转换的贡献更小.研究还表明,能量正压转换的正中心化于风暴轴的上游,负中心位于风暴轴区域.相对于La Nina年,El Nino年北太平洋东部的正压转换负值中心偏北,北美的正值中心位置偏南,而北大西洋的负值中心强度减弱范围变小.这些变化与从La Nina年剑El Nino年北太平洋和北大西洋风暴轴的变化是一致的.在能量的正压转换过程中,天气尺度扰动的贡献要大于行星尺度扰动,而行星尺度-天气尺度扰动的相互作用项的贡献更小.     

中国冬季气温对ENSO的非线性响应特征

运用一双排套装的非线性神经网络统计模型,讨论了中国冬季气温对ENSO事件的非线性响应特征。结果表明,响应具有较明显的非线性特征,且这种非线性主要表现在振荡强度的差异上,即气温对El Nino事件的响应程度强于对La Nina事件的响应。El Nino位相下,气温的正距平中心主要出现在东北、江淮、福建以及新疆南部;La Nina位相下,上述地区气温出现负距平中心,但振荡强度较弱。气温对ENSO的响应可分为线性响应部分和非线性响应部分,其中非线性响应解释的方差约占线性响应的2/5,因此非线性响应的作用不可忽视。     

热带对流活动及其与ENSO关系的非线性特征

用非线性主成分分析方法和NCAR／NCEP长波辐射资料（OLR）,研究了热带对流异常及其与ENSO的关系。结果表明热带对流活动在时空上呈现出明显的非线性特征,它是热带对流活动对ENSO的非线性响应;热带对流异常的强度在E1 Nino时期比在La Nina时期强,且异常的中心位置偏东,表现出明显的时空上的不对称性。     

一个可描写ENSO循环基本特点的简单热带海气耦合模式

在所构造的海气耦合模式中,采用Zebiak海洋模式框架,并重建了一个海洋数值模式,大气模式采用了Gill模式.在大气模式中保留了时间发展项,潜热加热采用了Kleeman方案.对模式的积分结果表明,海温异常具有3～7年的准周期振荡.在模式El Nino事件的初始阶段,西风异常,海温正距平(SSTA)首先在赤道西太平洋发生,然后向东传播、加强.在模式ENSO循环的位相转换过程中,SSTA的空间分布共有4种不同类型.模式模拟的El Nino事件的初始阶段有两种发展类型,它们是:在初始阶段中西太平洋和东太平洋沿岸各有海表温度的正异常发生.在以后的发展中,一种情况是这两块正SSTA都发展连成一片,形成El Nino事件;另一种情况是中西太平洋地区的正SSTA衰减,中东太平洋地区的正SSTA加强,向西传播,形成El Nino事件.模式模拟的La Nina事件的初始阶段也有两科发展类型,它们的发展过程和El Nino事件初始阶段的发展过程相似.     

热带大气对EI Nion和La Nina的动力响应

利用1951－1992年的热带太平洋每月海表温度资料，采用3－5年带通滤波，得到SSTA在这种时间尺度的低频振荡（LF），SSTA的LF振荡的经验正交分析第1主分量的时突变化突出地表现了E1 Nino和La Nina循环的特征。对热带大气环流850hPa月风场异常进行3－5年带通滤波，再对纬向风作经验正交分析，得到第1主分量明显地表现了热带大气环流在纬向上不均匀分布的循环特征。为了探讨上述两个循环的物理关系，建立了一个简单的热带大气模式，其中包括蒸发，感热和风场之间的反馈以及凝结潜热和流场的反馈作用。当E1 Nino和La Nina所形成的SSTA为定常已知的分布时，模拟了热带大气纬向风和降水对海表温度异常的响应。     

云南雨季逐候降水量的低频振荡特征

应用主分量方法分析了云南省84站1991~2000年雨季(5~10月)逐候降水量的主要时空特征,并用非整波技术分析了所提取的第1、第2主分量频谱分布的低频振荡特点,同时分析了低频振荡现象与El Nino(La Nina)事件及云南雨季降水多、少之间的关系。结果表明:①云南地区雨季降水主要低频振荡周期为6候(30天)、10候(50天)的月际振荡和15~17候(75~85天)的季节内振荡;②云南雨季的候降水每年都存在30天振荡周期,30天振荡是云南雨季固有的振荡;③当发生El Nino或La Nina异常气候事件时,云南雨季的候降水存在50天振荡周期;④当云南雨季存在75~85天振荡时,云南主汛期(6~8月)降水距平百分率为正(除2000年为零距平);当云南雨季不存在75~85天振荡时,云南主汛期降水距平百分率为负。     

2007/2008年冬季雨雪冰冻灾害的副热带高压环流背景与变异特征

基于NCEP/NCAR提供的1958—2008年逐日再分析资料,对2007/2008年冬季我国雨雪冰冻灾害期间副高指数特征与El Nino/La Nina年平均冬半年副高指数特征以及50a平均冬半年副高指数特征进行对比分析。采用交叉小波和小波相干分析方法,进一步分析了它们之间的相关性和异同性以及对大气环流的影响,揭示了2007/2008年我国南方雨雪冰冻灾害期间副热带高压活动与环流变异特性的一些基本特征,如La Nina事件冬季(尤其是中等强度La Nina事件年份的冬季),副高通常比一般年份副高的平均位置偏北。     

热带西太平洋暖池次表层暖水的起源--对1997/1998年ENSO事件的分析

分析了从1955～1999年45年热带、副热带太平洋地区次表层温度距平资料,在分析沿赤道距平极值曲面的深度分布后,认为它基本接近气候温跃层的深度分布.由此分析了1994～1999年该曲面上温度距平的演变发现:1997/1998年El Nino产生时,在热带西太平洋暖池次表层(160 m附近)的温度正距平,是从1994/1995年El Nino在Nino 3区的最大正距平信号传播或演变过来的,整个最大正距平信号的传播轨迹形成一似"8"字的形状.与此同时,当正的温度距平开始从暖池向东传播时,一最大温度负距平信号在Nino 3区出现,并伴随赤道最大正距平信号的东传,在其北部(5～10°N)向西传,然后又向东传最后到达Nino 3区,其传播轨迹形成一扁"0"字形状.分析表明,1997/1998年这次完整的El Nino/La Nina事件主要是在热带流系的温跃层附近形成并传播的.     

对ENSO循环机理的一些新认识

近几年国内学者通过资料诊断、理论分析和数值试验,对ENSO循环的机理提出了一些新的看法,其中包括El Nino和La Nina的起源,与ENSO循环相联系的暖、冷水的传播过程,热带西太平洋纬向风应力异常,以及热带东太平洋经向风应力异常在ENSO循环中的动力作用等.作者介绍了我国在这些方面的一些研究成果.     

ENSO循环与亚、澳季风和南、北方涛动的关系

文中从研究 ENSO循环的成因出发 ,分析了厄尔尼诺 ( El Nino)和拉尼娜 ( La Nina)的产生与西太平洋暖池地区西风异常的关系 ;在此基础上 ,探讨了西太平洋西风异常的形成和变化与亚洲和澳大利亚冬季风的关系 ;最后 ,分析了亚、澳冬季风的活动 ,西太平洋西风异常的形成和东传 ,以及厄尔尼诺和拉尼娜的交替出现等现象与南方涛动和北方涛动传播波的联系。     

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.