赤道印度洋上层环流辐合辐散的年际变异成因分析

印度洋上层海气相互作用对印度洋和太平洋气候系统有重要影响。目前针对印度洋气候态环流特征已有较为全面的研究,但针对印度洋环流的年际变化及其季节性差异的特征分析和具体作用机制,仍缺乏深入的研究。本文利用1979—2007年Simple Ocean Data Assimilation(SODA)再分析资料研究了赤道印度洋表层辐合辐散的年际变异及其季节依赖性。结果表明,以赤道为中心,印度洋上层异常海流,在经向上形成显著的辐合(辐散)现象,究其原因主要是赤道纬向风异常形成的Ekman流所导致。进一步分析表明,热带印度洋异常纬向风的成因与太平洋-印度洋的热力强迫过程作用有关,并且不同的热力强迫过程呈现出显著的季节差异性。此热力强迫过程,具体可分为3种类型:第一类是太平洋纬向海表热力差异的遥强迫作用,主要发生在冬末春初,热带太平洋的纬向热力差异通过调节Walker环流,在印度洋激发出一个异常的次级环流,对应的大气低层形成纬向风异常;第二类是东-西印度洋海表热力差异的局地强迫作用导致的局地环流,使赤道印度洋上空形成纬向风异常,此过程在春末夏初较为显著;第三类是太平洋-印度洋热力差协同作用的结果,使赤道印度洋盛行异常的纬向风,此过程在秋季起主导作用。     

印度洋偶极子及其可预报性研究进展

主要介绍印度洋偶极子(IOD)的时空特征、演变机制和可预报性的研究进展。IOD是东西热带印度洋反相的海温异常,是热带印度洋的年际海温变率最主要的两种异常结构之一。关于IOD的演变机制,特别是ENSO在其中所起作用,一直是学界争论的热点。一些学者认为,IOD是ENSO通过遥相关作用对热带印度洋造成的影响;另一些学者则认为,IOD是热带印度洋内部海气振荡的产物。本研究重点讨论这两种观点的相关证据以及IOD与ENSO的关系。此外,现有多数模式对IOD的预报时效小于3~4个月,潜在的预报时效则大于5个月,但这些对IOD的可预报性研究尚处于起步阶段,还有很大发展空间。     

北印度洋的经向热输送与热收支的季节与年际变化

探讨赤道以北印度洋的热量收支及变化机制。根据积分10年(1987～1996)的全球海洋模式(MOM 2 )资料,利用积分形式的热量平衡方程,系统地研究了北印度洋的经向热输送和热量收支的季节与年际变化。主要结论为:在季节尺度上,越赤道的经向热输送和赤道以北印度洋热含量变化有年循环特征,而海面净热通量呈现半年周期变化特点;在年际尺度上,热含量的变化主要由经向热输送的变化引起,其它项的影响较小;经向热输送集中在上5 0 0m ,尤其在15 0m以上;在总的经向热输送中,经向翻转环流的贡献起主要作用,涡动项的贡献比较小;某一纬度上经向热输送异常以及此纬度以北印度洋总的海面净热通量异常与此纬度上纬向积分的纬向风应力异常有很好的相关关系;还分析了10°N阿拉伯海和10°N孟加拉湾的经向热输送与越赤道的经向热输送的关系,以及海面净热通量各分量的变化特点。     

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。     

热带印度洋上层热含量异常场的年际变率分析

利用1950-2006年间日本气象局月平均温、盐度资料,分析了热带印度洋热含量异常场的年际时空变化特征,并分别探讨了热含量年际变异与ENSO、印度洋偶极子(IOD)、南印度洋偶极子(SIOD)和热带印度洋纬向风异常的关系.结果表明,热带印度洋热含量异常场的年际振荡是由空间结构不同但变化周期相近的两个主要模态构成的,这两...     

热带印度洋降水的年际变化特征分析

对热带印度洋海区逐月降水资料的分析表明,热带印度洋海区降水年际变化的主要特征表现为东、西方向反位相的偶极子模态,该模态与热带印度洋海区低空纬向风场异常有较强的相关,并且与太平洋ENSO事件存在显著相关。另外对偶极子型降水主要模态的周期分析表明,偶极子型降水距平还存在1.5 a和4 a左右的变化周期。     

印度洋赤道潜流年际变化特征及其与印度洋偶极子的联系

印度洋赤道潜流(equatorial undercurrent,EUC)是赤道流系的重要组成部分,对印度洋物质输运和能量交换有着重要意义.基于SODA 3.4.2海洋再分析数据,对印度洋EUC的三维空间结构和年际变化特征进行分析,并揭示其年际变率与印度洋偶极子(Indian Ocean dipole,IOD)的联系.结...     

印度洋-太平洋海温的年际、年代际异常及其对亚洲季风的影响

运用EOF分析方法,对近50a的印度洋-太平洋SST的年际、年代际变化特征进行了分析,并在此基础上进行了数值试验.研究表明:在近50a中,SST的第一气候模态与年代际尺度变化相对应,并经历了两次气候突变,分别在1956年和1976年前后.第二气候模态与ENSO事件相对应,其空间分布反映了厄尔尼诺发生时SST的异常分布.中国东部降水以及亚洲季风异常不仅与ENSO事件有关,而且受到年代际气候背景场的影响.诊断和模拟结果具有较好的一致性.     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅰ.年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

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、夏季印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50 a的SODA资料对1月(冬季)和7月(夏季)印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化进行研究。通过对2类典型年份的合成分析指出:1月份正异常年对应的经向翻转环流偏强,向北的经向热输送增加;7月份正异常年对应的经向翻转环流则偏弱,向南的经向热输送减少;1月份和7月份的负异常年皆与其正异常年相反;越赤道经向翻转环流有明显的年际变化,平均周期在4 a左右;经向翻转环流的年际变化和海面风场的变化密切相关。提出了反映1月和7月此环流年际变化的几个指数。     

北印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50a(1950~1999)的SODA资料对北印度洋(7°S以北)越赤道的经向翻转环流及其年际变化进行了研究。结果表明,就年平均而言,上层向北的入流在越过赤道后最终通过Ekman层向南返回构成环流圈;在赤道附近的混合层,表层存在与Ekman流相反的流动。向北的入流主要通过西边界流实现,深度可达500m,向南的流动在西部较强。此环流有很明显的年际变化,周期约为4a;它的变化与海面风应力的变化是密切相关的。提出了反映此环流年际变化的2个指数。     

赤道东印度洋和孟加拉湾障碍层厚度的年际变化及其影响机制

Interannual variability(IAV) in the barrier layer thickness(BLT) and forcing mechanisms in the eastern equatorial Indian Ocean(EEIO) and Bay of Bengal(BoB) are examined using monthly Argo data sets during 2002–2017. The BLT during November–January(NDJ) in the EEIO shows strong IAV, which is associated with the Indian Ocean dipole mode(IOD), with the IOD leading the BLT by two months. During the negative IOD phase, the westerly wind anomalies driving the downwelling Kelvin waves increase the isothermal layer depth(ILD). Moreover, the variability in the mixed layer depth(MLD) is complex. Affected by the Wyrtki jet, the MLD presents negative anomalies west of 85°E and strong positive anomalies between 85°E and 93°E. Therefore, the BLT shows positive anomalies except between 86°E and 92°E in the EEIO. Additionally, the IAV in the BLT during December–February(DJF) in the BoB is also investigated. In the eastern and northeastern BoB, the IAV in the BLT is remotely forced by equatorial zonal wind stress anomalies associated with the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO). In the western BoB, the regional surface wind forcing-related ENSO modulates the BLT variations.     

Interannual variability of mixed layer depth and heat storage of upper layer in the tropical Pacific Ocean

By using the upper layer data(downloaded from the web of the Scripps Institution of Oceanography ),the interannual variability of the heat storage of upper layer(from surface to 400 m depth) and the mixed layer depth in the tropical Pacific Ocean are investigated. The abnormal signal of the warm event comes from the central and west Pacific Ocean, whereas it is regarded that the abnormal signal of the warm event comes from the east Pacific Ocean in the popular viewpoint. From the viewpoint on the evolution of the interannual variability of the mixed layer depth and the heat storage of the whole upper layer, the difference between the two types of E1Nino is so small that it can be neglected. During these two E1Nino/La Nina events( 1972/1973 and 1997/1998), other than the case of the heat storage or for the mixed layer depth, the abnormal signal propagates from the central and west Pacific Ocean to the east usually by the path along the equator whereas the abnormal signal propagates from the east to the west by the path northern to the equator. For the interannual variability, the evolution of the mixed layer depth corresponds to that of the heat storage in the upper layer very well. This is quite different from the evolution of seasonality.     

印度洋热含量在南海夏季风爆发中的作用

利用Scripps海洋研究所0—400m上层海洋热含量资料和美国环境监测中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)的再分析资料,运用经验正交分解(empirical orthogonal function,EOF)等统计方法,研究在有ENSO影响和去除ENSO影响的情况下,前期春季印度洋热含量如何影响南海夏季风爆发。结果表明,在没有扣除ENSO信号的情况下,热带印度洋热含量EOF分解第一模态呈东西相反变化的空间分布。印度洋东部热含量为正(负)异常、西部为负(正)异常时,南海夏季风爆发较早(晚),印度洋上层热含量主要通过影响热带印度洋上空大气的垂直运动和高低层辐散辐合,进而影响季风纬向环流的强弱,来影响南海夏季风爆发的早晚。在扣除ENSO信号的情况下,印度洋热含量CEOF(conditional EOF)第一模态的空间分布类似于EOF第一模态的空间分布;第二模态表现为除小部分海区外,热带印度洋热含量呈一致变化的海盆模态。这两个模态对南海夏...     

东南印度洋沿岸海温年代际振荡及经向传播探讨

用SODA资料分析了热带西南印度洋上升区温度距平与整个南印度洋温度距平的时滞相关, 发现热带西南印度洋上升区温度距平与65°S, 105°E附近200 m深度的温度距平存在滞后10 a的相关振荡, 同时探讨了其可能的机制为温跃层内的斜压内波驱动, 即65°S, 105°E附近200 m深度的温度距平沿着温跃层上层在东南印度洋沿岸从高纬度向低纬的传播, 传播时间大约为10 a左右, 这种信号在传播过程中表现得较弱, 而在起点和终点的两端振荡比较强。波动的传播相比振荡本身要显得弱。     

南印度洋热带气旋快速增强事件气候特征及其年际变率

利用美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径数据集、美国国家海洋和大气管理局的扩展重构海表温度数据、全球海洋数据同化系统的温度、盐度数据及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心的再分析资料, 分析了1981—2019年南印度洋热带气旋快速增强事件的气候特征和年际变率。结果表明, 南印度洋热带气旋快速增强事件产生频率呈现单峰分布, 主要产生在每年的12月至次年4月。南印度洋热带气旋增强事件的产生位置呈带状分布, 其中3个高值中心分别位于马达加斯加岛东北海域、南印度洋中部海域和澳大利亚西北海域, 这主要是由于热带气旋热潜和垂直风切变两个大尺度环境变量决定的。年际变率方面, 厄尔尼诺-南方涛动对南印度洋热带气旋增强事件产生频率的调制作用是不对称的, 厄尔尼诺年与拉尼娜年南印度洋热带气旋快速增强事件均减少, 但使其减少的物理机制不同。厄尔尼诺年, 热带气旋快速增强事件减少主要是较高的垂直风切变造成的; 拉尼娜年, 热带气旋快速增强事件减少主要是由于热带气旋热潜的降低, 而海表温度、垂直风切变和相对湿度也存在一定贡献。