对印度洋偶极子中海洋环流异常的模拟研究

用高分辨率印度洋-太平洋区域海洋环流模式(IPOM)模拟研究印度洋偶极子(IOD)过程.用观测的1990年～1999年热带海表风应力强迫IPOM,模拟出20世纪90年代出现的两次(1994年和1997年)IOD过程中热带印度洋海温异常的一些基本特征.通过模拟的海洋环流过程,揭示出IOD过程中海洋环流异常的物理图像.发现在IOD事件时,东赤道印度洋上层出现强的向西(负)的距平流窄带,此距平流在赤道两侧向外辐散,且具有向西传的海洋Rossby波特征.IOD位相时在沿赤道的垂直剖面上,存在一个明显的距平环流圈:表层为强的向西距平流;下面为向东的补偿流;80°E以东存在着明显的涌升流,构成垂直环流圈的上升支;其下沉支主要在55°E以西的西印度洋.同时在热带东印度洋赤道两侧各有一个垂直的经向距平环流圈,其共同的上升支在赤道附近.在反IOD位相时,洋流距平分布与IOD位相截然相反,但洋流距平的绝对值较小.由上述距平洋流分布的特征发现,IOD过程中热带印度洋海温异常(东冷西暖)现象,可从水平和垂直海流的异常变化,特别是大范围异常涌升流和沉降流的出现得到解释.     

印度洋偶极子与中国南方夏季降水的可能联系

利用1951—2000年NCEP/NCAR再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站气温资料,采用EOF、合成、相关、奇异值分解等方法讨论了印度洋偶极子（Indian Ocean Di-pole,IOD）对南方夏季降水的影响。结果表明：印度洋海温异常,激发了大气环流的异常,从而导致南方降水异常。当印度洋海温一致变化时,南方降水分布也呈一致;当印度洋上海温距平偶极振荡时,长江流域与华南也出现偶极变化的现象。IOD正位相年,华南降水异常偏多;IOD负位相年,长江流域降水偏多。     

南印度洋偶极型海温与中国西南地区初秋降水的关系

利用1979年1月~2018年12月Hadley海表温度资料、CRU TS v4.03逐月格点降水资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,对南印度洋偶极型海温与中国西南地区初秋降水的关系进行了研究。结果表明:7~8月平均印度洋海表温度EOF第二模态表现为显著的东北—西南向偶极子模态,其东北和西南两侧的海表温度呈反相位变化特征,为典型的南印度洋偶极子(SIOD)分布,其时间系数表现为30a以上的周期变化并定义为新的SIOD指数;对应7~8月SIOD正异常,西南地区9月对流活动显著增强,负异常则对流活动显著受到抑制,且SIOD指数与中国西南地区初秋降水呈较强的正相关; SIOD影响中国初秋降水的主要途径是:印度洋东北部形成的越赤道气流在孟加拉湾以南上空分为两支,其中一支经孟加拉湾和中南半岛进入中国西南地区,将孟加拉湾水汽向该地区输送,并造成水汽在该地区辐合,有利于中国西南地区降水发生。该研究结果不仅对认识南印度洋海气系统对中国降水的可能影响,还对发展西南地区初秋降水预测模型有着重要的意义。     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

2004年夏季经向型雨带及其与印度洋偶极模异常海温的关系

针对2004年夏季降水为南北向雨带分布的异常特点,利用NCEP/NCAR再分析资料对可能造成2004年准经向降水分布的海温场、高度场及水汽输送特征进行了分析,并与夏季降水呈纬向分布的2003年进行了比对.分析结果表明,2004年夏季西太平洋副热带高压偏北、偏东,中国大陆中纬度地区东部为异常偏东水汽输送,西部为异常偏西的水汽输送,东、西风在110°E形成南北向交界,有利于形成南北经向型的水汽辐合和降水分布.而在2003年夏季,西太平洋副热带高压偏南、偏西,在长江以南形成稳定的带状副高,有利于雨带长时间稳定在副高北侧的淮河流域,同时中国大陆35°N以南地区为异常偏西水汽输送,以北地区为异常偏东的水汽输送,正、负异常纬向风形成东西向交界,有利于形成东西纬向型的水汽辐合和带状降水分布.对海温状况的分析发现,虽然2003年和2004年太平洋异常海温信号较弱,但印度洋和中国大陆近海海温却有明显的差异,2004年夏季西北太平洋异常海温北高南低,西印度洋海温异常偏冷,赤道热带印度洋海温呈东暖西冷的偶极模负相位特征.而在2003年淮河强降水发生同期,西北太平洋异常海温南高北低,西印度洋海温异常偏暖,赤道热带印度洋海温呈东冷西暖的偶极模正相位特征.因此,印度洋异常海温偶极模的不同相位可能是造成2003、2004年中国夏季降水不同雨带分布型的重要原因.利用中国160个代表站1950～1999的降水资料,进一步分析了印度洋偶极模不同相位异常海温对中国夏季降水的影响,结果发现,印度洋偶极模正相位有利于中国南方降水的西移和北方降水的东进,趋向于形成东西纬向型降水分布; 而印度洋偶极模负相位有利于中国南方降水的东退和北方降水的西移,趋向于形成南北经向型降水分布.     

Decadal and interannual variability of the Indian Ocean Dipole

This study investigates the decadal and interannual variability of the Indian Ocean Dipole （IOD）. It is found that the long-term IOD index displays a decadal phase variation. Prior to 1920 negative phase dominates but after 1960 positive phase prevails. Under the warming background of the tropical ocean, a larger warming trend in the western Indian Ocean is responsible for the decadal phase variation of the IOD mode. Due to reduced latent heat loss from the local ocean, the western Indian Ocean warming may be caused by the weakened Indian Ocean westerly summer monsoon. The interannual air-sea coupled IOD mode varies on the background of its decadal variability. During the earlier period （1948-1969）, IOD events are characterized by opposing SST anomaly （SSTA） in the western and eastern Indian Ocean, with a single vertical circulation above the equatorial Indian Ocean. But in the later period （1980-2003）, with positive IOD dominating, most IOD events have a zonal gradient perturbation on a uniform positive SSTA. However, there are three exceptionally strong positive IOD events （1982, 1994, and 1997）, with opposite SSTA in the western and eastern Indian Ocean, accompanied by an El Nifio event. Consequently, two anomalous reversed Walker cells are located separately over the Indian Ocean and western-eastern Pacific; the one over the Indian Ocean is much stronger than that during other positive IOD events.     

印度洋偶极子与中国秋季降水的关系

利用1950--1999年Hadley中心全球海温资料、NCEP／NCAR再分析资料以及国家气象局整编的160站降水资料，分析讨论了夏季印度洋偶极子与中国秋季降水的时滞关系及秋季印度洋偶极子与同期中国降水的关系。结果表明：夏、秋季印度洋偶极子均与中国南方秋季降水有很好的正相关关系；通过对印度洋偶极子时期秋季异常环流场特征分析，发现正偶极子时期中国西南部受中层槽前西南气流影响，带来充足水汽，同时低层为异常气旋性环流控制，使该地区降水增加。     

冬季热带印度洋上层流场异常模态分析

利用复经验正交函数(CEOF)分解对冬季热带印度洋海洋上层流场异常做了模态分析和结果讨论,得到以下主要结果:该流场异常前两个模态均呈现赤道俘获波形式,其异常在赤道上最大,向南北两侧迅速衰减,呈现纬向流的形态;第一、二模态的性质分别是大洋赤道波动的半波和1波形态,这表明此时赤道波动异常在大洋流场异常中占有重要地位。冬季第一模态大洋垂直运动所导致的近表层海温异常与春、秋季不同,此时在赤道印度洋呈现正—负—正的经向分布态势,这与印度洋耦极子(Indian Ocean Dipole,IOD)的不同,并是IOD在冬季衰亡的直接原因。第二模态相应的海温异常则在赤道东印度洋呈现北负南正的分布态势。第一模态与南亚冬季风异常密切有关,为印度洋冬季风环流模态。第一、二模态都有明显的年际变化和年代际变化,年际变化均为3~5年,主要的年代际变化则分别为约18、22年,此外两者还均有约13年的年代际变化。本文第一、二模态年代际变化的主周期也是冬季北太平洋和冬季热带太平洋流场异常第二、一模态的主周期。     

10月份热带印度洋海气耦合的统计动力诊断

本文将热带印度洋10月份的大气风场和海洋上层流场看作一个整体, 对其作了动力统计诊断, 即作了复EOF分析, 考察了其年际和年代际变化, 并揭示其与印度洋偶极子 (IOD) 和ENSO的关系。结果表明: 在同一模态中, 海洋模态表现出很强的赤道俘获现象, 而大气则无此现象; 第一模态为印度洋偶极子模态; 第二模态为ENSO前期在印度洋的延伸模态。前2个模态的风场都揭示了Walker环流异常的结构; 印度洋海温的年际变化主要取决于印度洋地区的海气耦合状态, 但太平洋的ENSO循环对其也有一定影响。     

亚洲夏季风环流结构与热带印度洋偶极型海温异常

使用T42L28大气环流模式就夏季风时期大气对印度洋海温偶极子型异常的响应进行了数值试验研究,结果表明,印度洋偶极子型海温异常可以引起感热和潜热加热异常并进而形成异常辐合辐散,导致热带印度洋及其邻近地区夏季降水异常。同时此热带扰动可激发或造成中纬度异常波列。通过改变季风区温度场分布,偶极子型海温强迫可以影响大气的正／斜压环流结构和斜压性强弱。强的纬向风垂直切变趋向于靠近海洋异常偏暖的地区。不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常并激发出中纬度的异常波列,但异常类型并未显著反相。     

热带印度洋偶极子的季节性位相锁定可能原因

利用1960年1月～1999年12月Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料和改进的中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的第三代海洋环流模式,以及1949年1月～1999年12月NCEP/NCAR月平均海表面大气距平资料,采用资料合成分析和数值试验相结合的方法,研究了热带印度洋偶极子从发展到成熟的特征。海表温度异常的分析结果表明,正、负热带印度洋偶极子的强度和发生强偶极子事件的次数都在北半球秋季达到最强、最多,与季节循环存在位相锁定。偶极子的数值模拟结果与此分析结果一致,表明海洋表面的大气强迫对激发印度洋偶极子有重要作用。对比试验的结果表明,赤道印度洋上空风应力异常是偶极子形成的主要原因。文中还设计了12个敏感性试验研究在相同大气异常强迫下1～12月大气气候基本态对印度洋偶极子的作用,结果发现大气气候态对偶极子的强度有很大影响,其中9月的大气气候态最有利于印度洋偶极子达到最强。这是由赤道东南印度洋地区东南风和海洋之间的正反馈过程决定的,因此大气基本态是偶极子成熟位相锁定在秋季的一个重要原因。     

Hydrography and Circulation in the Eastern Tropical Indian Ocean during April-May 2011

The distribution of hydrography and circulation in the eastern tropical Indian Ocean(ETIO) during April-May 2011 were analyzed using cruise observations,satellite observations,and historic hydrographic data.It was observed that warm water(28℃) occupies the upper 50-m layer in the ETIO.Low-salinity surface water was observed at the mouth of the Bay of Bengal(BOB),which further extends to the Arabian Sea and off Sumatra via the Sri Lanka coast and the eastern bay mouth.Arabian Sea high-salinity water(ASHSW) is carried eastward along the equator to around 90°E by the equatorial undercurrent(EUC).It also runs south of Sri Lanka(north to 3°N) and in the western bay mouth(west to 87°E) but is much shallower than its counterpart at the equator.It is suggested to be the residual of the ASHSW,which intrudes into the BOB during the preceding southwest monsoon.Our results also show that,in the south of Sri Lanka,just below this subsurface high-salinity water,very-low-salinity water(about 34.8) occurs at depths of 100-200 m.Further analysis suggests that this low-salinity water comes from the BOB.     

Typical Surface Seasonal Circulation in the Indian Ocean Derived from Argos Floats

This study investigates the surface circulation in the Indian Ocean using Argos float data over the period 1979-2011.The Argos observations manifest some new phenomena.The climatological annual mean circulation shows that the surface current becomes much stronger after turning around in shore in the western Indian Ocean.In the tropical Indian Ocean,the Great Whirl(GW) to the east of Somalia develops quickly in spring(April-May) as the monsoon reverses to move northward,becoming strongest in summer(June-September) and disappearing in autumn(October-November).The west end of the Agulhas retroflection can reach 18°E,and it exhibits a seasonal variation.At approximately 90°E,the Agulhas Return Current combines with the eastward South Atlantic Current and finally joins the Antarctic Circumpolar Current.     

热带印度洋偶极子事件期间印度洋大气的变化——大气流函数场和势函数场的分析

大气环流的变异是热带印度洋偶极子（IOD）事件研究中的一个重要问题。本文从风场旋度分量和散度分量角度出发,利用观测资料和大气环流模式,对IOD事件发生时热带印度洋海区上空的大气环流变化进行了分析,揭示出风场不同分量在IOD事件期间的变化特征。研究结果表明,热带印度洋大气环流系统在IOD事件期间,旋度分量和散度分量在垂直方向上呈现明显的一阶斜压形式,而在水平方向上呈现明显的对称分布特征。对低空（850 hPa）来说,无辐散流函数距平场在IOD事件正位相期间表现为关于赤道对称的一对反气旋式环流;无旋度分量在IOD事件正位相期间的响应表现为东印度洋辐散、西印度洋辐合;大气环流的两种分量场均可以在赤道印度洋地区产生距平意义下的纬向东风,正是这种形式的距平东风使得IOD事件依靠海气系统正反馈机制得以维持和发展。而高空（200 hPa）大气环流形式刚好与850 hPa相反。     

热带印度洋海温异常单、偶极模态及其相互作用

利用最近50多年的GISST和NCEP的OISST海表温度资料研究了印度洋海温变化的空间分布型和多重时间尺度及其相互作用.结果表明,热带印度洋海温主要存在两种空间分布型,即全海盆符号一致的单极和东、西部符号相反的偶极.单极既存在长期增暖趋势,也存在年际振荡;偶极则以年际变化为主.在去掉由EOF重建的单极后,热带印度洋东、西部海温表现为显著的反相关关系;对17次典型偶极子个例的分析表明,对偶极子本身而言,偶极子的演变更像是一种翘翘板似的局地振荡.单极在长期趋势和年际时间尺度上对偶极的影响是不同的.长期趋势缩短了偶极子的生命期,在冷期,印度洋海温经历了由负单极到正偶极再到负单极的演变,偶极子的异常信号最早出现在热带西印度洋;在暖期,印度洋海温经历了由正单极到正偶极再到正单极的演变,偶极子的异常信号最早出现在热带东印度洋.对年际时间尺度的变化而言,印度洋海温异常由负单极向正偶极再到正单极转换,偶极子位于一种单极向另一种单极的转换过程之中,在此过程中,印度洋海温表现为明显自西向东的传播特征.     

印度洋偶极子向海盆一致模转变的年代际变化及其成因

利用3种百年时间尺度的海温资料,探讨了印度洋偶极子(India Ocean Dipole, IOD)向海盆一致模(Indian Ocean Basin, IOB)年际转变的年代际变化,结果发现1940—1970年几乎不存在这一转变现象,1970年以后该现象则十分显著。研究表明,IOD与ENSO之间海气耦合作用的年代际变化是这一转变现象的主要原因,1940—1970年IOD与ENSO之间发生发展相互独立,而1970年以后联系密切。通过进一步对物理量场的诊断分析,揭示了其中主要的动力机理：1970年以前,热带印度洋上空形成的季风环流异常无法与热带太平洋的沃克环流异常进行耦合,IOD事件发生时无法与热带太平洋产生联系。反之,1970年以后,热带两大洋上空两个纬圈环流异常之间耦合作用强烈,正(负)IOD事件发生时,通过海气相互作用,促进El Ni1o(La Ni1a)发展,印度洋又会受到来自ENSO的正反馈作用。因此这种“齿轮式”耦合模型能一直持续到冬季和次年春季,热带印度洋上空持续受到东(西)风异常的影响和低层环流的引导,西印度洋有次表层暖水的流入(出),加上印度洋本身海盆尺度较小,西边的暖...     

赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温(SST)确实存在着偶极子型振荡的变化特征,它在9～11月最强,而在1～4月最弱;年际变化(4～5年周期)和年代际变化(主要为20～25年周期)也十分清楚.这个偶极子主要有正位相型(海温西高东低)和负位相型(海温东高西低);一般正位相型的振幅强于负位相型.尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子(类似ENSO)有很好负相关.它们的联系主要是赤道大气纬向(Walker)环流.资料分析表明,赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高压和西太平洋副高都有明显关系,表明它对亚洲季风活动有重要影响.     

春季赤道印度洋纬向-垂直环流的变化特征及其与Walker环流的关系

利用1951~2010年20CR（20th Century Reanalysis Version 2）再分析资料和NOAA海表温度资料研究了赤道印度洋纬向-垂直环流的季节性差异、变化特征及其与Walker环流的关系。本文首先分析了四个季节赤道印度洋上空纬向-垂直环流的结构特征,发现春季和秋季存在严格东西方向上的赤道印度洋纬向-垂直环流。随后,针对春季赤道印度洋纬向-垂直环流变化特征作进一步的分析,研究结果表明,春季纬向-垂直环流的强度及其变率在1951~2010年间持续增强,而该垂直环流的中心位置则表现出明显的年代际变化特征:1981年之前垂直环流的中心位置表现为向西移动,而在1981年后则转为向东移。春季赤道印度洋纬向-垂直环流与Walker环流之间的相关关系同样存在年代际转折,1981年之前两者之间并不存在显著的相关,而在1981年之后,两者之间的关系显著增强。不同年代际时段内赤道印度洋纬向-垂直环流与海温的关系也发生了明显的改变,1981~2010年赤道印度洋纬向-垂直环流主要受到前期和同期太平洋上的ENSO型海温信号的影响,而在此之前该垂直环流主要受到前期和同期赤道东印度洋海温的影响。     

印度洋偶极子对东亚季风区天气气候的影响

利用NCEP/NCAR 40年再分析资料和中国科学院大气物理研究所的IAPAGCM-Ⅱ大气环流模式,分析和模拟了印度洋偶极子对东亚季风区天气气候的影响.结果表明,印度洋偶极子对东亚季风区天气气候,特别是夏季,影响显著.印度洋正偶极子位相期间,东亚地区的西南季风爆发偏晚,强度增强,我国大陆降水增多;而印度洋负偶极子位相期间,东亚地区的西南季风爆发偏早,强度减弱,我国的东南部地区有丰富的降水.     

South Indian Ocean Rossby Waves

ABSTRACT

South Indian Ocean Rossby waves (SIO-RW) are identified in the Global Ocean Data Assimilation System (GODAS) 1.5–7?yr filtered sea surface height (SSH) time series. There is a persistent three-year oscillation in the 5°–15°S latitude band from 55° to 85°E. Field correlations show little coupling at 90°E, but as the SIO-RW undulates westward at approximately 0.19?m?s^?1 across the mid-basin, a northwest–southeast axis of warm sea surface temperatures (SSTs) and deep convection forms. Many teleconnections in earlier work are confirmed: interannual pulses of zonal wind in the eastern basin trigger the SIO-RW via anticyclonic wind stress curl. New insights derive from an understanding of links with the upper troposphere. As the SIO-RWs move westward with the onset of an El Niño in the Pacific, increased convection over the north Indian Ocean corresponds to reduced evaporation and SST warming. Mid-tropospheric heating T′?>?2°C over the northwest Indian Ocean accelerates the southern sub-tropical jet to greater than 10?m?s^?1 over the southeast Indian Ocean, reinforcing the anticyclonic vorticity. The downstream acceleration of the jet generates upper-level divergence and moist convection over the western basin, anchoring an atmospheric Rossby wave in a northwest–southeast alignment underpinned by differential propagation of the SIO-RW. As the ocean Rossby wave reaches Africa, the coupling fades and transitions. What distinguishes Indian Ocean from Pacific Ocean Rossby waves are their southern latitude and higher frequency. The tropical mid-tropospheric heating that accelerates the southern sub-tropical jet shifts westward in tandem with the SIO-RW.