冬季南极涛动对欧亚大陆地表气温的影响

基于1962~2011年NCEP/NCAR逐日再分析资料,本文研究了北半球冬季南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）对欧亚大陆地表气温的影响及其物理过程。线性回归结果表明,在扣除冬季ENSO信号后,1月AAO与2月欧亚大陆地表气温呈显著正相关关系。当1月AAO处于正位相时,东南太平洋出现显著的位势高度正异常,这对应着南半球副热带高压的增强。该高度正异常在空间上从南半球向北扩展至北半球东太平洋地区,在时间上可一直持续到2月,它在南北半球相互作用过程中起重要作用。2月,北半球东太平洋高度正异常随高度向北倾斜,在对流层上层位于美国西南侧,该位置对应着北大西洋风暴轴入口处。进一步的相关分析表明,美国西南侧的高度正异常与地中海西北侧的瞬变波活动显著正相关,进而对应着斯堪的纳维亚半岛地区的高度负异常的形成。该负异常通过向下游频散波能量,引起贝加尔湖西侧高度正异常,形成典型的负位相斯堪的纳维亚环流型。该环流型对应60°N附近的西风异常,抑制了北侧冷空气南下,进而引起欧亚大陆地表气温正异常,反之亦然。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

南极涛动与西沙夏季气候的关联性

利用近53a(1960—2012年)南海西沙群岛永兴岛气象站的观测资料以及同期的NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了近53a西沙夏季气候变化特征及其与春、夏季南极海平面气压的可能联系,并初步分析了南极涛动(AAO)对西沙夏季气候的影响。结果表明:近53a来西沙夏季平均降水持续减少、气温明显升高、风速显著减弱;降水、气温和风速还表现出准2a的年际变率及7~11a的年代际变率。回归分析和相关分析结果均表明,当春、夏季南极海平面气压偏强(弱)时,西沙夏季降水偏多(少)、气温偏低(高)、风速偏强(弱)、空间分布型类似于负(正)位相的南极涛动(AAO)。春、夏季AAO处于正位相,一方面在年代际尺度上导致东亚夏季风减弱,另一方面在年际尺度上导致印度季风减弱,从而使得西沙夏季降水偏少、气温偏高、风速偏弱。     

北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构.作者利用1958年1月～1999年12月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律.     

冬季平流层北极涛动对江南气温的影响

利用ERA—interim及NCEP—DOE两种再分析资料,分析了冬季北极涛动（Arctic Oscillation,AO）与我国江南地区地表气温相关的时空结构。结果表明：1）2月30hPa的Ao指数与江南地区地表气温的同期相关系数最高,这与AO指数和江南地区地表气温的标准差均在2月极大有关。2）30hPa的正AO事件加强时,贝加尔湖地区对流层易出现显著的正位势高度异常,有利于东亚地区出现向南、向下的异常风场,与之对应,西伯利亚高压向南扩展,有利于北方冷空气南侵至我国江南地区,造成局地气温负距平;反之亦然。     

南极海冰涛动与ENSO的关系

对近30年南极海冰密集度资料的EOF和SVD分析,发现南极地区在罗斯海外围和别林斯高晋海的海冰密集度场存在着“翘翘板”的变化特征,并与ENSO有密切联系。由此定义两个海冰关键区的差值为南极海冰涛动指数（ASOI）,ASOI超前SOI和Nino3指数2个月时,其正、负相关系数达到最大,并通过α=0.001的信度检验。ASOI高、低指数阶段对应的南半球海平面气温、气压场和风场的合成分析表明,海冰关键区的异常变化可能引起温度、气压、风场的响应而影响南太平洋的洋流,进而对ENSO的发生、发展产生影响。     

南极涛动和南极绕极波的年代际变化

用1951年1月～2002年12月共624个月的海平面气压、 温度和850 hPa西风的NCEP再分析资料, 分析定义了南极涛动指数 (简称AAOI) 和850 hPa的南极涛动西风指数 (简称Uaaoi), 并讨论了它们的长期变化趋势和年代际跃变及其对南极绕极波的影响。结果表明, AAOI和Uaaoi的变化非常相似, 两者的同期相关系数高达0.218 (624个月), 超过了99.9%信度检验。当AAOI为高指数时, Uaaoi也为高指数, 即西风增加; 当AAOI为低指数时, Uaaoi也为低指数, 即西风减弱。AAOI和Uaaoi都有明显的长期趋势, 倾向率分别为0.01915/10 a和0.009249/10 a。1972年是跃变点, 跃变前AAOI的年平均值为-3.9691 hPa; 跃变后为2.9107 hPa。而在60°S 附近, 跃变前年平均西风为-1.09 m/s, 跃变后为0.93 m/s, 二者差达2.02 m/s。它们的主要振荡周期为3～5年。对50°S～60°S平均纬圈的海平面气压 (sea level pressure, 简称SLP) 和温度 (624月) 作3～5年滤波, 它的经度时间剖面图表明: 近50多年来南极绕极波均为自西向东的行波, 绕南极一周跃变前约4.4年, 跃变后约3.6年。南半球的SLP和温度经3～5年滤波后, 它的EOF展开第一特征向量的空间型表明: 跃变前以3波振动为主, 跃变后以2波振动为主。     

The Relationship between Precipitation and Airflow over the Tibetan Plateau in Boreal Summer

Based on the observation data and the reanalysis datasets, the variability and the circulation features influencing precipitation in the Tibetan Plateau (TP) are investigated. Taking into account the effects of topography, surface winds are deconstructed into flow-around and flow-over components relative to the TP. Climatologically, the flow-around component mainly represents cyclonic circulation in the TP during the summer. The transition zone of total precipitation in the summer parallels the convergence belt between the southerlies and the northerlies of the flow-over component. The leading mode of rainfall anomalies in the TP has a meridional dipole structure, and the first principal component (PC1) mainly depicts the variation of rainfall in the southern TP. The wet southern TP experiences strengthened flow-over, which in turn mechanistically favors intensified ascent forced by the flow-over component. In addition, variations in the Indian summer monsoon (ISM) have an important role in influencing the flow over the southern TP, and the ISM ultimately impacts the precipitation over southern TP.     

春季南极涛动对北美夏季风的影响

This study examined the relationship between the boreal spring(April?May) Antarctic Oscillation(AAO) and the North American summer monsoon(NASM)(July?September) for the period of 1979?2008.The results show that these two systems are closely related.When the spring AAO was stronger than normal,the NASM tended to be weaker,and there was less rainfall over the monsoon region.The opposite NASM situation corresponded to a weaker spring AAO.Further analysis explored the possible mechanism for the delayed impact of the boreal spring AAO on the NASM.It was found that the tropical Atlantic sea surface temperature(SST) plays an important role in the connection between the two phenomena.The variability of the boreal spring AAO can produce anomalous SSTs over the tropical Atlantic.These SST anomalies can persist from spring to summer and can influence the Bermuda High,affecting water vapor transportation to the monsoon region.Through these processes,the boreal spring AAO exerts a significantly delayed impact on the amount of NASM precipitation.Thus,information about the boreal spring AAO is valuable for the prediction of the NASM.     

春季青藏高原表面感热加热的年际变化特征及其对印度夏季风爆发时间的影响

本文基于日本气象厅(JMA)的JRA-25再分析资料,分析了春季青藏高原表面感热加热年际变化的时空特征,及其对印度夏季风爆发过程的影响。EOF分析结果表明,春季高原感热加热的年际变化在高原中西部最为明显,这主要与局地地-气温差的年际变率有关。统计分析表明,当春季高原中西部表面感热偏强(弱)时,印度夏季风爆发偏早(晚),且高原中西部表面感热与ENSO事件无显著相关。春季高原中西部感热能够通过改变印度季风区对流层高层和低层的经向热力结构来影响印度夏季风的爆发时间。当春季高原中西部感热偏强时,造成的上升气流在高原以西的印度季风区北部下沉,通过绝热增暖引起局地对流层中上部的异常暖中心,令印度季风区对流层中上部平均温度经向梯度由冬至夏的季节性反转提早。同时,印度季风区北部的下沉运动能够抑制当地降水,令陆面温度升高,并通过非绝热过程造成对流层低层的异常暖中心,进一步增强了印度季风区的海陆热力对比。在印度季风区以北地区对流层高、低层异常增暖的共同作用下,印度夏季风提前爆发。     

青藏高原春夏季对流层温度异常特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,在揭示青藏高原对流层中上层(500~200hPa)温度变化特征的基础上,通过比较与同纬度地区对流层中上层温度的差异,从温度纬向偏差角度定义了一个高原热力指数(TDI),并分析了该指数在春夏季的多时间尺度变化特征。结果表明:1由春到夏,亚洲对流层中上层的暖中心经历了从西太平洋西进到大陆,并逐渐发展控制整个东亚地区,之后东退的过程。春季扰动温度暖中心由我国华南地区逐渐西移至高原南部,中心强度逐渐增大,夏季扰动中心稳定在青藏高原南部;2TDI的年变化曲线呈现出明显的单峰型特征,表明高原的热力作用从4月开始明显增强,并在7月达到最大,9月后又迅速减弱;3各月TDI的最高值、最低值和平均值均表现出夏季大冬季小的特征,夏季TDI变幅明显小于其他季节;4TDI具有明显的年际变化,但春(夏)季该指数存在一定(明显)的月际差异,且无明显的线性变化趋势。     

夏季青藏高原对流层温度与西北太平洋副热带地区降水的关系

利用1979—2016年CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project)的降水数据以及ERA-Interim再分析资料,通过统计方法研究了夏季青藏高原地区对流层中上层温度年际变率与同期西北太平洋副热带地区降水的关系及其相关的物理过程。结果表明,在年际变化尺度上,夏季高原对流层温度与同期西北太平洋副热带地区降水存在显著的正相关,即当高原对流层温度偏高时,西北太平洋副热带区域的降水偏多,反之亦然。分析研究指出,当夏季高原对流层温度偏高时,高原上空南亚高压显著增强并且向东扩展至日本地区,高原北部对流层出现异常的上升运动,这一异常上升气流随着高度增加逐渐北偏,并在中高纬度地区沿着异常西风气流向东扩展至日本地区,随后向南下沉至日本南部;受该异常下沉运动影响,日本南部对流层低层出现异常反气旋,其东侧的异常北风与西北太平洋低层的异常气旋、反气旋环流存在紧密联系。西北太平洋地区这种异常环流特征为西北太平洋副热带区域的降水提供了有利的动力和水汽条件,从而使该区域降水增多。     

耦合模式对冬春季节南、北极涛动的季节气候预测能力研究

研究评估了耦合气候模式对冬、春季北极涛动(AO)和南极涛动(AAO)的预测效能。结果表明,模式对于北极涛动和南极涛动的模拟能力都是比较强的,其中,对冬季的模拟能力要强于春季。冬季,几乎所有的模式都能很好地模拟出对流层内北极涛动的空间分布形态特点,空间相关系数很高。春季,大部分模式的模拟结果仍然是比较好,与再分析资料结果的空间相关性比较高。对于南极涛动,模式在全年对流层各个层次上都能比较好地刻画其空间分布,且模式在850hPa等压面上的空间模拟效能要稍强于海平面。相对来说,冬季的模拟效果也稍强于其他季节,但是,差异不显著,模式与模式的差别也比较小。另外,模式对于北极涛动和南极涛动的时间序列模拟能力有限,时间序列相关系数只有少数几个模式达到显著性水平。     

The Hindcast of Winter and Spring Arctic and Antarctic Oscillation with the Coupled Climate Models

This study evaluates the ability of the global coupled climate models in hindcasting the Arctic Oscillation (AO) and Antarctic Oscillation (AAO). The results show that the models can well simulate the spatial distribution of AO with better results in winter than in spring. In the troposphere in spring, the simulation of AO on the whole is still relatively good with a comparatively high correlation with the NCEP/NCAR reanalysis. The models can also well reproduce the spatial distribution of AAO throughout the year at all levels of the troposphere, and the spatial simulation is better at 850 hPa than at the surface. Although the simulation is better in winter than in other seasons, the seasonal variation is not so significant and the differences among different models are relatively small. In addition, the capability of the models for “predicting” the AO and the AAO index time series is limited, because only a few models can capture their observed interannual variability at the 95% significance level.     

Interannual Variability of Late-spring Circulation and Diabatic Heating over the Tibetan Plateau Associated with Indian Ocean Forcing

The thermal forcing of the Tibetan Plateau(TP) during boreal spring,which involves surface sensible heating,latent heating released by convection and radiation flux heat,is critical for the seasonal and subseasonal variation of the East Asian summer monsoon.Distinct from the situation in March and April when the TP thermal forcing is modulated by the sea surface temperature anomaly(SSTA) in the North Atlantic,the present study shows that it is altered mainly by the SSTA in the Indian Ocean Basin Mode(IOBM) in May,according to in-situ observations over the TP and MERRA reanalysis data.In the positive phase of the IOBM,a local Hadley circulation is enhanced,with its ascending branch over the southwestern Indian Ocean and a descending one over the southeastern TP,leading to suppressed precipitation and weaker latent heat over the eastern TP.Meanwhile,stronger westerly flow and surface sensible heating emerges over much of the TP,along with slight variations in local net radiation flux due to cancellation between its components.The opposite trends occur in the negative phase of the IOBM.Moreover,the main associated physical processes can be validated by a series of sensitivity experiments based on an atmospheric general circulation model,FAMIL.Therefore,rather than influenced by the remote SSTAs of the northern Atlantic in the early spring,the thermal forcing of the TP is altered by the Indian Ocean SSTA in the late spring on an interannual timescale.     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析 Ⅰ.盛夏高原西部地区的水汽状况

本文使用青藏高原气象科学实验测站观测资料、欧洲中心FGGE-Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料、河流水文资料以及其他一些有关的资料,详细分析了1979年7月青藏高原地区,尤其是高原西部地区的水汽状况、水汽输入的通道,讨论了夏季青藏高原地区高湿状况的维持机制. 通过研究,发现在1979年盛夏青藏高原西部也是一个高水汽区域,有利于大量的湿对流系统活动,但西部比东南部的水汽含量要略低些;潜热加热是夏季高原西部重要的热源之一;除了过去已知的在高原东南和仲巴、定日一带的两条水汽通道外,水汽还可从高原西侧边界进入高原西部.在讨论夏季高原地区高湿状况的维持机制时发现,相对于高原东部,只需要较少的水汽输入就足以维持高原西部大气的高湿状态;高原西部的降水、蒸发和向土壤中渗透是接近于平衡的,水分循环主要是局地的内循环.