一个简单的印-太海气耦合模式

本文基于一层半海洋模式和SVD(Singular Value Decomposition)大气模式构建了一个简单的海气耦合模式, 引入热通量的作用, 分析ENSO影响热带印度洋地区的动力学和热力学耦合过程。其中, 使用统计大气模式, 由给定的SST(Sea Surface Temperature)异常得到风应力异常, 进而驱动海洋环流反馈给SST, 完成海气的动力耦合; 使用块体经验公式由SST异常和风场异常计算热通量异常, 直接作用于SST, 实现海气的热力学耦合。动力耦合实验揭示, 太平洋第一EOF(Empirical Orthogonal Functions) 模态与观测基本吻合。并且模拟Ni?o 3指数存在两年左右的谱峰周期。这说明, 海气动力学耦合是ENSO生成的主要因素。热力耦合的加入是为了考察ENSO影响热带印度洋的热力学效应。同时考虑动力和热力耦合的实验结果表明, 热带太平洋暖异常中心更加接近观测值, 热带印度洋出现海盆尺度海温正异常。这意味着热带太平洋的ENSO信号通过海气界面的热量交换实现对热带印度洋地区的遥强迫, 导致印度洋海盆尺度增暖。     

热带西太平洋上层热结构和海流异常及其对副高的影响

本文以中美双边TOGA考察期间所获得的资料为主,说明了1986/1987年埃尔尼诺期间,热带西太平洋上层热结构和海洋环流的异常变化.讨论了这些异常变化对西北太平洋副热带高压的影响.在埃尔尼诺期间,(1)热带西太平洋东部(以165°E断面的次表层温度资料为代表),高于29℃的表层暧水沿经向扩展,使大面积的海表面出现温度正距平;(2)在热带西太平洋西部(以137°E断面的次表层温度资料为代表),表层暖水(T>28℃)的横截面积变小;表层温度出现负距平;(3)165°E断面的上层东向流增强;(4)从黑潮源地,即18°20'N以南、130°E以西至菲律宾沿岸的热带洋域向北的暖水流量变小.在这些异常变化发生时,西北太平洋低空(1 000hPa)的大气辐散加强,这有利于西北太平洋副高的加强.     

近赤道西太平洋低空纬向风异常对ENSO事件的指示性

本文计算了近赤道西太平洋Ponape岛1961～1986年历年逐月850hPa矢量风的纬向与经向分量及其距平值,并分析了其与ENSO事件的关系.结果发现,当该岛纬向风距平(3个月滑动平均)值达到+2m·s-1并持续2～3个月时,则其后东太平洋多即有埃尔尼诺现象发生.进一步分析该岛纬向风距平与西太平洋Truk岛海面水位距平和东太平洋赤道SST距平之间的时滞关系,结果发现,三者之间依次存在着十分显着的时滞相关,表明在西太平洋低纬大气与东太平洋赤道海温之间可能存在着一种由动力异常导致热力异常的物理过程.利用中美西太平洋海气联合考察获得的1986～1988年埃尔尼诺期间165°E断面CTD和ADCP等实测资料,对这种可能过程做了分析和讨论.     

一个区域耦合海气模式及其实验

本文研制了一个区域的简单耦合海气模式,并用来模拟热带太平洋ENSO循环.模式由一层大气模式和一层海洋模式构成.大气模式由运动方程和热力方程组成;海洋模式由运动方程、连续方程和海温方程组成.非绝热加热与风应力构成海气间耦合媒介项,其中大气对海洋的影响以风应力为主,海洋对大气的影响以非绝热加热为主.在理论分析和数值实验的基础上,成功地实现了简单海气耦合模式的正常运转,并且应于对1982-1983年埃尔尼诺现象的数值模拟.对该事件从发展到衰弱的全过程,特别是中期与成熟期获得了良好的模拟效果,显示出本模式的模拟能力,也验证了热带太平洋区域耦合海气作用对ENSO循环的重大贡献.     

热带太平洋海气热交换年变化特征的分析

本文用块体动力学公式计算了热带太平洋潜热、感热通量,并用EOF方法分析了这两类热通量的时空分布以及影响它们的因素.结果指出,热通量的模态1反映了太平洋海气热交换的基本气候特征,中、西太平洋的暖池就是这种气候特征下的具体反映;模态2说明了海气热交换与海流和海陆分布有密切联系;模态3反映了下半年海气热交换的加强,为热带太平洋ITCZ的活动提供了能量.东太平洋,感热通量和海气温差分布型十分相似,而西太平洋,则取决于全风速的量值.潜热通量的时空分布主要取决于全风速的时空分布,和比湿差的分布型相差较大.赤道以北中、西太平洋风速异常是导致气候异常的关键.北半球ITCZ云带是由其海面热通量变化所决定;西太平洋SPCZ云带是由其海表温度和海气温差所决定.     

海温距平的ENSO模和类ENSO模的三维结构

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,深入揭示了ENSO模的海洋三维结构及其年际和年代际变率。研究结果指出,ENSO海洋模随深度呈明显规律变化。在热带太平洋,它由热带中东太平洋表层显著海温异常分布型随深度增加逐渐过渡为热带西太平洋次表层显著反号海温异常分布型;在赤道太平洋以赤道西太平洋暖池次表层海温显著异常与赤道中东太平洋表层海温反号显著异常为主要特征。El Nino期间,热带中东太平洋表层为强海温正距平中心,西太平洋暖池次表层为强海温负距平中心,在年际尺度上,160°E以西的西北太平洋副热带海域还存在一个与西太平洋海温异常变化反号、与热带东太平洋同号的区域;La Nina期间正好相反。ENSO循环主要由ENSO年际变率所决定,年际ENSO模具有东部型ENSO事件的海温异常分布特征,其循环是东部型冷暖事件之间的转换,在200m以浅,它具ENSO模相同的三维结构和3-5年的显著年际变化周期;年代际类ENSO模具有中部型ENSO事件的海温异常分布特征,年代际ENSO循环是中部型冷暖事件之间的转换,其影响主要限制在200m以浅的海洋上层,具有ENSO模相似的三维结构和9-23年的显著周期。     

ENSO非对称性对热带降水的影响研究

利用1966—2015年多种海气资料,分析了热带太平洋海域的ENSO非对称性表现,结果表明:在赤道东太平洋,ENSO暖事件强度大于ENSO冷事件,而在赤道中、西太平洋上与之相反,即在振幅强度和发生位置上存在不对称。研究还发现,在厄尔尼诺年的冬季,热带印度洋-太平洋海域整体上呈现出"正-负-正"的降水异常分布形势,而在拉尼娜年冬季,则呈现出"负-正-负-正"的降水异常分布形势,并且,降水距平的正负异常中心在厄尔尼诺年与拉尼娜年冬季存在纬向不同程度的偏移,表现出ENSO冷暖事件年冬季降水异常的非对称性。通过定量计算降水对热带海域的贡献,得到赤道中太平洋的降水量主要来源于厄尔尼诺年,赤道东太平洋的降水则主要来源于拉尼娜年,而热带印度洋及赤道西太平洋的大部分降水由中性年贡献。此外,对热带印度洋-太平洋划分厄尔尼诺强度与热带降水线性与非线性区域,发现在赤道西太平洋和赤道中太平洋及其偏东区域线性关系较为明显。     

南海夏季风爆发与西太平洋暖池区热含量及对流异常

利用1955～1998年逐月的上层海洋热含量资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发与热带西太平洋暖池区热含量异常的关系,并对影响过程进行了探讨.结果表明:(1)热带西太平洋暖池区是热带上层海洋热含量变化最大的区域,暖池区的热含量的变化与ENSO关系密切,是ENSO循环的重要组成部分,也是影响南海夏季风爆发最明显的地区.(2)南海夏季风爆发与前期(特别是前期冬、春季)暖池热状态的变化有密切关系,当前期暖池热含量高时,南海夏季风爆发早,反之爆发晚,这与由暖池变化所产生的上空大气的对流活动密切相关;4月暖池区热含量高(低)是预报南海夏季风爆发早(晚)的一个很好指标.(3)西太平洋暖池区热含量正异常时,辐散中心位于南海—西太平洋,对流强,西太副高弱且位置偏东,季风环流(印度洋纬向环流和经向环流)和Walker环流为正距平环流;正距平的季风环流有利于低空西到西南气流的加强,南海夏季风爆发早,反之爆发晚.由暖池变化所引起的大尺度季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发的一个重要动力机制.     

西太平洋近赤道地区风场的变化与埃尔尼诺

本文利用综合海洋大气资料(COADS)分析了西太平洋赤道地区风场的变化与埃尔尼诺的关系,发现埃尔尼诺发生前该地区纬向风有持续的东风距平,经向上有由赤道吹向高纬的经向风异常,造成了西高东低和赤道低两侧高的海平面分布.而在埃尔尼诺年该地纬向为西风距平,经向有由高纬指向赤道的经向风异常,造成暖水在赤道附近堆积.由此产生的开尔文波是东太平洋海面温度(以下简称海温)变暖的重要原因.特别值得指出的是,在埃尔尼诺年西太平洋赤道地区两次西风距平的峰值,两次由北向南的越赤道气流和两次近赤道台风的高潮对应于东太平洋海温的两个正距平高峰.     

晚第四纪热带西太平洋海气CO2交换影响因素

探究海气CO₂交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ¹¹B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO₂交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO₂)和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。     

热带西太平洋海水热结构对1986—1987年ENSO事件的响应

本文利用热带西太平洋中、美海气第1至第4航次联合考察资料,分析讨论了1986—1987年El Ni(?)o/Southern Oscillation(ENSO)事件期间该区热结构的变化。分析表明,事件期间热带西太平洋暖水域海水热含量显著降低,它与140°W和Nino_1+Nino_2区的SST距平变化恰成反位相关系。此外,温跃层在此期间内上升了50—100m,上混合层明显变浅。这种温跃层的异常上升是与事件期间此区西风异常的出现和赤道两侧正的风应力旋度增大有着密切关系。     

ENSO事件次表层海温的两个模态及其对大气环流的影响

利用SODA海洋同化资料和NCEP再分析大气资料,分析了热带太平洋次表层海温异常(subsurfaceoceantemperatureanomaly,SOTA)与厄尔尼诺与南方涛动(ElNi?o-SouthernOscillation,ENSO)循环的联系,及SOTA对大气环流的影响。回顾传统ENSO研究,指出存在的问题,提出了ENSO影响大气研究的新思路,得到以下结果:(1)以SOTA为基本资料的研究发现, ENSO事件有两个模态,主要出现在冬季的第一模态对冬季及夏季亚洲-北太平洋-北美地区上空中高纬大气环流有重要影响,主要出现在夏季的第二模态对该地区上空夏季热带和副热带大气系统有重要作用。(2)ENSO事件通过与ENSO相联系的热带太平洋海面温度异常(ENSO-relatedseasurface temperatureanomaly,RSSTA)对大气的异常热通量输送,强迫Walker环流和Hadley环流变化,导致热带和北太平洋及周边地区上空大气环流异常,进而影响相关地区冬季和夏季的气候。(3)海表面温度异常(seasurfacetemperatureanomaly,SSTA)包含RSSTA和大气异常导致的海温变化(sea temperature anomaly caused by atmospheric anomaly, STA)两部分, RSSTA是ENSO事件过程中海洋内部热动力结构调整导致的海面温度变化,在海洋对大气的热输送过程中,它随ENSO事件演变不断更新;STA是大气受RSSTA海洋异常加热后导致的大气环流异常对海面温度的影响,在海洋浅表层STA对RSSTA有重大影响。本文最后讨论了ENSO事件期间热带海洋对大气热输送过程,指出ENSO事件通过海洋内部热动力结构调整产生RSSTA,它直接对大气异常加热,导致大气环流和气候异常,局地海气之间负反馈过程产生STA,反过来抑制RSSTA。结果还指出,人们常用的SSTA变率实际上主要由秋冬季节RSSTA主导,丢失了春夏季ENSO信息,用SSTA研究ENSO事件存在局限性,这也可能是ENSO事件春季预报障碍的原因之一。     

厄尔尼诺/南方涛动现象对热带西太平洋大气外强迫的响应

利用1个热带太平洋中等海气耦合模式,针对厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)现象对热带西太平洋季节内振荡(MJO)和季风的响应进行了研究.数值试验的结果表明:热带西太平洋的MJO和季风这类周期比ENSO周期短的大气外强迫对ENSO的影响随强迫强度的不同具备不同的表现形式:当MJO或季风很弱时会使ENSO振幅加强;当为中等强度时,几乎对ENSO没有影响;当MJO或季风较强时,ENSO振幅加强,锁相时间从冬季转移至秋季;外强迫非常强时,会因为短周期外强迫形成的海洋波动干扰了ENSO循环,ENSO循环振幅减弱或消失.     

热带西太平洋海域上层海洋热含量的CSEOF分析

基于月平均Argo温、盐度剖面、纬向风和Ni o3.4指数等资料,利用循环平稳经验正交函数(CSEOF)分解法、最大熵谱分析和相关分析等方法,研究了热带西太平洋海域上层(0—700m)海洋热含量的时空变化特征,并探讨了其年际变化的可能原因。结果表明,热带西太平洋海域上层海洋热含量距平场具有显著的东-西向反位相振荡,且这种振荡除了具有较明显的季节变化外,还存在着较强的准2a振荡。此外,热含量距平场还存在着负-正-负的三极式经向模态,该模态除了具有明显的季节变化外,还存在着显著的准4a振荡。进一步分析表明,热含量的准2a振荡与ENSO事件的发生有着非常密切的联系,并对赤道西太平洋纬向风异常有1—2月的滞后响应。     

热带西太平洋纬向风的变化特征及其与埃尔尼诺的关系

本文以热带西太平洋7个岛屿测站为代表,分析了热带西太平洋纬向风的年际变化特征及其与埃尔尼诺的关系。 结果表明,在埃尔尼诺南方涛动现象发生前后,热带西太平洋低、高层纬向风具有不同的特征,低层纬向风与滞后1～6个月的南方涛动指数呈明显的负相关。该地区纬向风异常在太平洋低纬地区海气相互作用过程中可能起着重要的作用。     

南海上层海洋热含量的年际和年代际变化

分析了1959—1988年南海表面至100m垂直平均温度（TAV）资料，结果表明：南海上层海洋热含量存在明显的准两年、4—5年和年代际振动。在E1Nino年，南海上层热含量显著增加。50年代末至70年代初，南海TAV为负距平，此后转为正距平。南海TAV的变化与ENSO事件、东亚冬季风和热带大气环流的变异密切相关。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

1986—1987年厄尔尼诺-南方涛动事件形成发展过程分析

本文利用近期热带太平洋大气—海洋实测资料,对起始于1986年9月的厄尔尼诺(EI-Ni(?)o)-南方涛动(ENSO)事件作了初步分析,发观亦道太平洋月际STS距平、纬向风指数、平均海平面高度距平、南方涛动指数、地球射出长波辐射、大气环流遥相关型和西太平洋副热带高压等在这次ENSO事件发生前后均有显著变化。作者指出,这次ENSO事件中,赤道太平洋海温异常增暖不是象通常那样发生在春季和由南美沿岸向西发展,而是发生在秋季,且首先出现在中赤道太平洋日界线区,而后迅速向东发展,从海温异常增暖的强度和持续时间来看,这次ENSO事件基本属一次中等强度过程。     

热带洋面上最小OLR轴与最大SST轴关系的气候学研究

热带洋面上的SST(海表面温度)是影响大气环流变化及气候异常的重要参数.众所周知的埃尔尼诺事件即是首先从南美海岸的SST异常增温发现的.自有卫星观测以来,OLR(射出长波辐射)亦已成为反映热带洋面上的大气凝结热源、降水量及对流活动等重要现象的参数,而得到了戛来越多的气象学家的重视和广泛的应用[1].事实上,在热带洋面上OLR所反映的云是海气相互作用的产物.海洋对大气的相互作用首先是通过SST的变化来影响大气的.海洋上的大气受热对流产生的云(反映为低OLR)反过来又会阻挡太阳辐射而影响SST.     

埃尔尼诺年西北太平洋强热带气旋发生频数的某些统计特征

近年来,埃尔尼诺现象与西太平洋强热带气旋(中心附近风力>8级)活动的关系,已成为一个热门的研究课题。过去的研究认为,埃尔尼诺现象对西太平洋强热带气旋的活动有显著影响,即埃尔尼诺年西太平洋和南海强热带气旋发生频数较常年明显偏少。但也有人认为,在中等或强埃尔尼诺年期间,西太平洋(1955—1979)、南太平洋(1939—1969年)以及东太平洋(1966—1978年)热带气旋发展频数接近常年,而在非埃尔尼诺年却出现了非常大的正或负偏差。因此,难以看出埃尔尼诺现象对热带气旋发生频数的影响。