基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控,但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性,定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数,并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2～3年和准5年的周期振荡,20世纪八九十年代后,由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强,致使副热带高压特征指数的2～3年周期振荡加强;从位相关系看,先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强,其后影响赤道东太平洋海温升高,同时暖水向东传,使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高,在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究,进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联,为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。     

PDO对西太平洋副热带高压年代际东退的可能贡献

以往的研究已证实,西太平洋副热带高压(副高)在1970s后期减弱东退.基于大气模式(CAM4)的理想型海温强迫试验,结果表明:副高的东退可能是大气对于正位相太平洋年代际振荡(PDO)的相应.伴随着PDO转变为正位相,西太平洋至印度半岛以及热带东太平洋的对流加热增强,大气表现为Gill型响应,在亚洲大陆至西太平洋上空低层产生气旋性异常,有利于副高东退.同时,高层产生反气旋异常,使得东亚西风急流加强和向南扩展,进而调节西太平洋上空的次级环流,进一步有利于副高东退.     

关于西太平洋副热带高压的重直环流结构和年际变动特征及其机制研究

本文采用1998年南海季风试验期间的高质量高分辨资料和美国NCEP提供的40年再分析资料以及相关的海温和副高参数资料,研究了西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其与东亚副热带夏季风和外强迫的关系,发现在月平均图上,西太平洋副高中心（或脊线）附近看不到下沉气流,但在侯平均图和日平均图上线附近的若干区域下沉流明显,这表明西太平洋副高的准定常和瞬变部分的环流结构特征有显著不同,在副高北侧东亚副热带季风雨带上有暴雨发生时,其凝结潜热激发的经圈环流对相应经度上的副高脊线附近的下沉气流有显著贡献,分析表明,脊线附近高（低）空的下沉气流分别来自副高北（南侧）,表明副高是中高续和低纬度系统相互连结的纽带,相关统计指出,夏季西太平洋副高的三个参数（面积,强度和脊线纬度）与长江中下游降水存在很高的相关,降水偏多（少）,副高面积偏大（小）,强度偏强（弱）,脊线偏南（北）,这说明与降水相应的凝结潜热对副高的年际异常有重要影响,近海海曙和东亚海陆热力差指数与夏季长江中下游降水和 副高三参数均存在显著的相关,这表明东亚经向和纬向海南热力差是影响副热带夏季降水和西太平副高年际变化的基本因子,数值试验结果指出,近海海温异常所形成的感热加热能在其侧激发一个宾反气施环流,从而影响副高的强度（面积）的南北位置。     

关于西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其机制研究

采用１９９８年南海季风试验期间的高质量高分辨资料和ＮＣＥＰ提供的４０年再分析资料以及相关的海温和副高参数资料，研究了西太平洋副热带高压的垂直环流结构和年际变动特征及其与东亚副热带夏季风和外强迫的关系。发现在月平均图上，西太平洋副高中心（或脊线）附近看不到下沉气流，但在候平均图和日平均图上脊线附近的若干区域下沉气流明显。这表明西太平洋副高的准定常和瞬变部分的环流结构特征有显著不同。在副高北侧东亚副热带季风雨带上有暴雨发生时，其凝结海热激发的经圈环流对相应经度上的副高脊线附近的下沉气流有显著贡献。分析表明，脊线附近高（低）空的下沉气流分别来自副高北（南）侧，表明副高是中高纬和低纬度系统相互联结的纽带。相关统计指出，夏季西太平洋副高的三个参数（面积、强度和脊线纬度）与长江中下游降水存在很高的相关，降水偏多（少），副高面积偏大（小），强度偏强（弱），脊线偏南（北），这说明与降水相应的凝结潜热对副高的年际异常有重要影响。近海海温和东亚海陆热力差指数与夏季长江中下游降水和副高三参数均存在显著的相关，这表明东亚经向和纬向海陆热力差是影响副热带夏季降水和西太平洋副高年际变化的基本因子。数值试验结果指出，近海海温异常所形成的     

热带西太平洋暖池和副热带高压之间的关系

文中研究了热带西太平洋暖池和西太平洋副热带高压的季节性变化和年际变化关系。结果表明,西太平洋暖池面积和副热带高压面积指数季节变化趋势基本一致,暖池中心的纬向移动与副热带高压西伸脊点相反,而经向移动和５００ｈＰａ副热带高压脊平均位置的南北季节性变化非常一致。西太平洋副热带高压的年际变化落后暖池大约３个月左右,用暖池２８℃或２９℃面积指数可以很好地预测出当年６,７,８三个月西太平洋副热带高压的面积指数。     

2003 年陕西暴雨与西太平洋副热带高压的关系

利用实时资料和中央气象台提供的副热带高压资料,对2003年汛期陕西暴雨和500hPa副热带高压的活动特征关系统计分析,并对ECMWF、T213数值预报产品对副高的预报能力作了客观分析。结果表明,汛期7、8、9月副高偏强,副高脊线在25～28°N、西脊点在104～112°E进退,是陕西关中陕南多阴雨、暴雨频繁的主要原因;陕西连续暴雨产生于副高脊线沿25～28°N持续西伸、持续东移经过105°E时段。ECMWF对副高的进退、热带气旋路径预报准确率较高。     

21世纪以来西南地区干季降水与西太平洋副热带高压年代际变化的关系

利用1961-2011年观测资料分析了西南地区干季(11月至次年4月)降水的变化特征,发现西南地区干季降水在2000年前后发生了年代际尺度的转折,其前后降水空间分布呈现相反的分布特征,特别是21世纪以来降水显著偏少,干旱加剧,降水量显著减少的区域主要在云南大部及其周边地区。西南干季降水和西太平洋副热带高压的负相关在20世纪90年代后期明显加强,而21世纪以来副热带高压表现出明显的年代际增强,即面积增大、强度增强、西伸脊点位置偏西。西南干季降水与副热带高压关系的增强,以及副热带高压本身的年代际增强,对西南干季降水减少造成显著的影响,是西南干旱加剧的可能原因。     

年际时间尺度上北太平洋副热带高压对ENSO的影响

利用NCEP/NCAR大气再分析资料、Hadley中心海表面温度资料和美国马里兰大学（UMD）的SODA6海洋再分析资料,针对北太平洋副热带高压的完整系统（简称副高）,定义了定量化表征500 hPa高度场和海平面气压场（SLP）副高的面积及强度指数,揭示了在年际时间尺度上超前于ENSO事件的SLP副高异常特征及其对ENSO事件建立的触发作用。通过相关及合成分析的研究结果表明,在年际时间尺度上,前期SLP副高的异常变化可以触发ENSO事件,而与SLP副高相联系的热带西太平洋表面风场异常变化起着重要的作用。     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

GAMIL CliPAS试验对夏季西太平洋副热带高压的预测

利用GAMIL CliPAS"两步法"季度预测试验,检验了后报的1980～1999年北半球夏季西太平洋副热带高压(简称副高)的年际变化,检查了Seoul National University(SNU)动力统计预测系统对SST预测准确度,并讨论了影响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格点大气模式(GAMIL)对副高预测效果的可能原因.500 hPa位势高度可预报性指数表明西太平洋副高具有较高可预报性.集合平均基本能再现西太平洋副高的变率特征,但最大方差的位置和强度与观测稍有区别.观测证据显示,副高存在2～3年变率和3～5年变率.且2～3年变率比3～5年变率强.GAMIL能够准确预测观测副高的3～5年变率,尽管其强度要强于观测.这与试验所用的预测海温能够很好表现赤道中东太平洋(5.5°S～5.5°N,190.5°E～240.5°E)海温的年际变率有关.同时,GAMIL预测的副高2～3年变率较之观测显著偏弱,这可能与SNU预测的海洋大陆地区(5.5°S～0.5°N,110.5°E～130.5°E)SST的2～3年变率偏弱有关.分析表明,SNU预测海温的这种弱点,与SNU海温统计预测模式所用的历史海温(OISST)本身对海洋大陆地区2～3年变率的刻画能力较弱有关.     

INTERDECADAL VARIATION OF THE RELATIONSHIP BETWEEN ENSO AND SUMMER INTERANNUAL CLIMATE VARIABILITY IN CHINA

Interdecadal variation of the relationships between ENSO and the summer interannual climate variability in China is investigated by using techniques of sliding correlation analysis with the tropical Pacific SSTA and the observed surface air temperature and precipitation from stations in China. The results indicate that there are stable and robust relations that the Northern China is relatively dry during the developing phase of ENSO while the Yangtze River valley is relatively wet during the decaying phase of ENSO. On the other hand, interdecadal variations of the relations are also found in other regions. Over the time both prior to the Pacific decadal climate shift (before the late 1970s) and after it (after the late 1970s), during the developing phases of ENSO the summer precipitation anomaly in South China changed from below to above normal, whereas that in Northeast China changed from above to below normal; the summer surface air temperature anomaly in North and Northeast China changed from cooling to warming, whereas that in South China changed to cooling; during the decaying phases of ENSO the North China changed from wetter to dryer while the Huai River valley changed from dryer to normal; North China, Yangtze River valley and South China tend to be warmer. Based on the composite analysis of the NCAR/NCEP reanalyze datasets, significant differences existing in ENSO-related atmospheric circulation anomaly in East Asia during pre- and post-shift periods may be responsible for the interdecadal variation of relationships between ENSO and surface air temperature and precipitation in China.     

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

ABRUPT CHANGES OF THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS INTERANNUAL VARIATION DURING LATE SPRING AND EARLY SUMMER

1INTRODUCTIONThesubtropicalhighpressureisthemostimportantcirculationsysteminlowlatitudes.ItisthereforeoneofthehighlyconcernedsubjectsformeteorologistsbothathomeandabroadtoaddresstheissueofthewesternPacificsubtropicalhigh(tobesimplifiedasWPSH),especiallyforsummer.Thestudyisroughlydividedintothreeaspects[1]:ThefirstonedealswiththepatternwithwhichtheWPSHvaries,whichstudiestheshape,structure,natureandtemporal/spatialchangesetc.;thesecondonediscussesawidescopeoffactorsgoverningtheactivityof…     

NORTHERN HEMISPHERE SUMMER TELECONNECTIONS INTERANNUAL OSCILLATION AND ITS POSSIBLE RELATION TO ENSO CYCLE

The intense of Northern Hemisphere summer East Asia/Pacific and snow-forced pattern teleconnections have been documented in terms of 43-year summer 500 hPa height data. The analysis results show the phase relationship between these summer teleconnections at quasi-4-year oscillation. The possible relation to ENSO cycle at such time scale has also been deduced.     

近赤道海温影响西太平洋副高的小波多尺度分析

利用小波分解、相关分析、解释方差及位相对比方法,分析讨论了近赤道海温与西太平洋副高在不同时间尺度上的结构特征与对应关系.分析表明,不同海域海温变化与副高活动的幅值和位相存在明显的多尺度特征和强度差异,不同海域的海温热力作用分别在不同的时间尺度上显著影响和制约西太平洋副高活动.     

晚春初夏西太平洋副高突变特征及其年际变化

根据热带印度洋和热带太平洋(22.5 S～22.5 N,42.5 E～77.5 W )1951～1995年逐月5 ×5 的海面温度距平资料,首先进行了海面温度距平的平均功率谱分析,获取赤道印度洋和赤道太平洋海面平均温度距平存在准12年和准4年的周期变化;然后,利用多维时间序列的交叉谱分析,进一步分别分析了赤道印度洋和赤道太平洋各格点上海面温度距平在准12年和准4年演变周期各格点之间的演变位相及演变落后时间,获得一些有意义的结论。     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER AND SPRING PRECIPITATION IN SOUTH CHINA AND ITS RELATION TO MOISTURE TRANSPORT

The interannual variability of winter and spring precipitation in South China(SC)and its relation to moisture transport are investigated by using the monthly precipitation data of NMIC,NCEP reanalysis datasets and NOAA ERSST analysis datasets from 1960 to 2008.The results show that winter and spring precipitation in SC is less than normal from the 1960s to the start of the 1970s and from the end of the 1990s to the present.Most of rainfall anomalies on the whole regional scale of SC is well in phase during winter and spring,and the frequency of persistent drought is higher than that of persistent flood.Seasonal variations of moisture transport differences of SC between persistent drought and flood events are observed:the differences in winter are characterized by moisture transport from Bay of Bangle(BOB)and South China Sea(SCS),while differences in spring are characterized by that from SCS and North China(NC).There are two types of Ni o3.4 sea surface temperature anomaly(SSTA)related to persistent winter and spring drought(flood)events in SC,which are positive SSTA next to Ni o4(Ni o3)and negative SSTA next to Ni o3(Ni o4).Moreover,the variations of moisture transport from BOB and SC have important effects on persistent drought/flood in SC when the Ni o3.4 index is in the positive phase,while those from western North Pacific(WNP)-SC in winter and those from Philippine Sea(PHS)-SC and NC in spring primarily contribute to persistent drought/flood events in SC when the Ni o3.4 index is in the negative phase,and these stronger(weaker)moisture transports are observed in persistent flood(drought)during winter and spring regardless of the Ni o3.4 index.In conclusion,with the correlation between variations and distributions of Ni o3.4 SSTA and persistent drought/flood events in SC,moisture transport is responsible for the formation of precipitation anomalies.In addition,the moisture transport from SCS is most significantly correlated with persistent drought/flood events during winter and spring.     

华南冬春降水的年际变化及其与水汽输送的联系

利用1960—2008 年华南47 个基准站降水资料和NCEP/NCAR 再分析资料,研究了华南冬春降水的年际变化特征及其与水汽输送的联系。结果表明,1960 年代—1970 年代和1990 年代末至今,华南冬、春降水明显偏少。华南冬春降水异常以“ 全区冬春同号型” 居多,且冬春连旱频率较高。影响华南冬春连续旱/涝的水汽输送存在季节性差异,冬季水汽输送变化主要来源于孟加拉湾和南海,春季水汽输送变化则来源于南海和我国北方。进一步探讨海温异常的影响发现,与华南冬春连续旱(涝)事件相关的Niño3.4 海温存在正、负异常型,海温异常中心分别偏向Niño4(Niño3)区和Niño3(Niño4)区。Niño3.4 区海温正异常时,孟加拉湾和南海水汽输送与华南冬春连续旱涝有密切联系;Niño3.4 区海温负异常时,冬季自西北太平洋经南海的水汽输送及春季自菲律宾海经南海的水汽输送和北方水汽输送对华南冬春连续旱涝有重要影响。以上水汽输送在两种海温异常情况下,连涝(旱)年均异常偏强(弱)。因此,Niño3.4 海温异常的变化及分布与华南冬春持续旱/涝事件存在联系,在此气候背景下,水汽输送异常是影响华南冬春降水异常的重要物理因子,其中南海是水汽输送异常显著相关区。      

RELATIONSHIP BETWEEN WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ENSO AND ITS INFLUENCE ON RAINFALL DISTRIBUTION OF RAINY SEASON IN FUJIAN

1INTRODUCTIONInsummarizingclimotologicalfactorsforprecipitationintherainingseasonsofChina,Lietal.presentedfiveanomaliesthatcouldaffecttheseasonalprecipitation,namely,SSTintheequatorialeasternPacific,thermalconditionsovertheQinghai-TibetanPlateau,Asianmonsoon,mid-latitudeblockinghighandWestPacificsubtropicalhigh.NotonlysubjecttothedirecteffectofmaritimethermalconditionsoftheWestPacific,thesubtropicalhighisalsoinfluencedbythegeneralcirculationandunderlyingsurfacefromtheotherfourfactors…     

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。