ENSO知识讲座 第三讲 南方涛动、瓦克环流和厄尔尼诺

１ 南方涛动 气象学上的三大涛动是指南方涛动（ＳＯ）、北太平洋涛动(ＮＰＯ）和北大西洋涛动（ＮＡＯ）。每个涛动系统都是由一组一个高压和一个低压的大气活动中心组成。 这里重点介绍一下南方涛动。Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄｓｓｏｎ于１８９７年注意到澳大利亚悉尼的大气压力变化是与阿根廷布利诺斯艾里斯反位相的。其后，Ｌｏｃｋｙｅｒ和Ｌｏｃｋｙｅｒ父子进一步确认了此现象，并估计大概有３．８年的振荡周期。图１说明该震荡具有的两个作用中心，一个位于热带西太平洋和东印度洋，另一个位于热带东南太平洋。这两个作用中心的海平面气…     

南方涛动年际变化的周期

一、前言自从半个世纪前沃克发现并命名了“南方涛动”(SO)以来,许多气象学家和海洋学家相继对南方涛动现象进行了大量研究。到60年代后期,许多学者又把它与厄尔尼诺(ElNino)现象联系起来,统称为厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)现象。已有的研究结果表明:南方涛动远远不是仅仅涉及到东南太平洋上的高压带与北澳大利亚到印度尼西亚低压带间海平面气压波动,它已被看成是全球尺度的年际气候变化的一个最突出的标志,并且它和热带海平面的气压变化、季风降雨及北美和热带以外的其他地区的冬季环流变化有关。此外,还有的研究把它与印度的干旱、北半球的大气平均温度、渔业捕获量和农业     

模拟南方涛动的ARMA模式

本文依据南方涛动指数(SOI),使用Box-Jenkins的建模方法得到一个模拟和预测南方涛动的ARMA(1,1)模式。用该模式拟得到的南方涛动指数序列与原指数序列拟台得很好,预测结果也与实际较一致。因此,可以用南方涛动指数的ARMA(p,q)模式来模拟和预测南方涛动和埃尔尼诺事件。     

北太平洋海温与南方涛动的相关分析

有关热带太平洋的海洋学和气象学近年来已列为理论和“诊断”研究的课题之中。从事这方面的大量工作是探讨埃尔尼诺和南方涛动(SO)相互作用的复杂机理问题。本文着重讨论南方涛动与北太平洋海温相关场的时滞关系以及它们的时空变化,表明在不同海域、不同季节中都存在较大的差异。     

北太平洋涛动和东亚冬季风对ENSO影响差异分析

北太平洋涛动(NPO)和东亚冬季风(EAWM)二者是热带外重要的气候系统,不仅对我国甚至对整个东亚气候都有重要影响,对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响也越发受到关注.本研究利用HadISST海温资料以及美国国家环境预报中心(NCEP)月平均气象场再分析资料,采用相关回归等统计方法分析研究了冬季NPO和EAWM对次年...     

北太平洋热带的低频振荡——北方涛动

北方涛动是近几年在北太平洋热带地区发现的一种东西向的大气涛动.本文试图对北方涛动的空间结构和时间变化(包括季节变化和年际变化)的基本特征及其与热带太平洋海温、降水、信风和沃克环流等的联系作进一步的分析研究.经验正交函数(EOF)分析的结果,不仅进一步证实了北方涛动存在的真实性,而且还揭示了它的大尺度特征及其在北太平洋大气环流年际变化中占有头等重要的地位.据延伸的1921-1946年资料的分析表明,北方涛动仍然非常明显,说明它不是某一时期特有的现象,而是北太平洋热带地区大气环流固有的一种低频振荡.北方涛动3-4年的年际振荡与热带太平洋海温、降水、信风和沃克环流关系密切.并且它在这一频带与南方涛动发生强烈的耦合.我们认为,东赤道太平洋之所以是全球热带海洋中海温年际变化最大的地区,以及该区的海气相互作用之所以能够产生世界性年际气候变化最强的信号,可能与它们之间强烈的耦合作用不会没有关系.     

北极海冰与南方涛动的相关分析

本文根据1953～1984年的北极海冰覆盖面积指数和南方涛动指数资料,分析了北极各海区海冰覆盖量与南方涛动的时滞相关关系,统计了北极海冰正距平年和负距平年南方涛动指数的平均情况。初步结果表明,北极各区海冰与南方涛动之间均存在明显的相关关系,时滞相关的最大值从南方涛动早于海冰7个月(Ⅰ区,+0.48)到晚于海冰39个月(整个北极,+0.38)不等,对北极海冰正距平年和负距平年的统计结果也证实了这些相关特点。     

北太平洋冬季海平面气压场的主要特征及与季节性南方涛动的相互联系

本文用复经验正交函数(CEOF)分析方法,研究了1899～1980年北太平洋冬季海平面气压场的时空结构,指出北太平洋中部的高、低纬度地区分别为二个半永久性大气活动中心(阿留申低压和副热带高压)。并指出该地区的空间波是一行波,其传播方向是自西北向东南的准纬向方向,且高低纬度地区气压距平变化是反位相关系。 采用多维谱分析方法,探讨了各季节的南方涛动指数(SOI)与气压场的振荡特性,结果表明它们之间存在准3.5年的耦合振荡,且以南方涛动变化超前气压场为主要特点,冬季更为显著。     

热带大西洋西部纬向风异常与埃尔尼诺南方涛动的发生

本文分析了埃尔尼诺南方涛动(ENSO)现象发生前期,热带大西洋西部高、低层纬向风的变化,发现埃尔尼诺南方涛动发生前热带大西洋西部低层东风分量与高层西风分量都有明显增强.根据这种关系,可能提前3-8个月预报出埃尔尼诺南方涛动的发生.文中根据统计事实,讨论了它们之间可能存在的内在联系及物理过程.     

中国海和泰国湾海域海平面的经向涛动

卫星高度计遥感海面高度距平资料(1992-2012年)的分析结果证实中国海(渤、黄、东海及南海)和泰国湾作为一个半封闭的狭长水域,其海平面存在显著的南北经向涛动。涛动呈现明显的季节性,冬季南高北低,夏季北高南低,以渤海和泰国湾的海平面高差作为涛动的测度,其多年平均波动幅度达63cm,较差超过80cm。时间序列分析显示,在季节尺度上这一涛动几乎完全受东亚季风的支配,表明东亚季风的局地强迫是造成季节涛动的主要原因。进一步的分析发现,除季节波动之外研究海域海平面的经向涛动还存在明显的年际变化。不过,与季节尺度的波动有所不同,经向涛动的年际变化不仅是东亚季风区局地作用的结果,而且与太平洋海盆尺度的大气强迫有关,其作用与季风在同一数量级。涛动的年际变化大致滞后各气候因子两个月。采用多输入线性模型做偏相关分析筛选的结果显示,除东亚季风指数之外,研究海域的海平面涛动指数主要与太平洋的南方涛动指数(SOI)和西太平洋遥相关指数(WP)相关。这表明外部强迫既来自热带,也来自中纬度。南方涛动所导致的赤道海域海平面的东西向年际涛动,以及中纬度西风急流年际波动对西北太平洋海平面的作用,都有可能导致研究海域海平面经向涛动的年际变化,其机制有待进一步探讨。     

赤道太平洋海表面温度同南方涛动和副热带高压的相互关系

本文选用1951—1986年赤道太平洋(10°S—10°N,180—85°W)海表面温度(SST)与南方涛动指数及副热带高压特征指数,重点探讨了海洋与大气之间的相互作用过程,得出了起主导作用的因素,认为与选取代表赤道太平洋平均海面温度的海区范围和选用代表南方涛动的两个气压站有直接关系。     

E1 Nio与南方涛动及其对副热带高压的影响

本文分析研究了1949-1977年逐月东太平洋赤道海区海表面温度、1949-1980年逐月南方涛动指数以及1954-1984年逐月北半球西太平洋副热带高压(以下简称副高)特征指数等资料。结果表明:东太平洋赤道海区水温异常增高及降低与副高的异常变化之间存在6-9个月的时滞关系;副高的强弱变化与南方涛动的异常变化之间存在时滞3-5个月的相关关系;而南方涛动又与东太平洋赤道水温的变化存在某种联系,尤其是E1 Nino及反 E1 Nino发生期更为明显,它们之间存在同期到时滞3个月的相关关系。     

南海北部近岸海域风场特征分析与预报研究

南海北部近岸海域北靠东亚大陆,南面广阔的南海海域,地理位置十分独特,具有典型的季风特征.本文对南海北部近岸海域风场与大尺度大气环流特征的相关分析,阐述大气环流异常对南海北部近岸海域风场的影响.研究表明,南海北部近岸海域风场分布具有较强的区域性和季节性;因气候年际变化的强弱,如厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)循环、南海暖池...     

ENSO动力学及数值模拟的进展

最早由Bjerknes(1966,1969)提出和以后的许多研究观测都表明全球大气的年际变化(南方涛动)与热带海洋上层的文化(埃尔尼诺)有密切的耦会关系,简称为ENSO(EI Nino/Southern Oscillation).     

北方涛动和南方涛动与太平洋海温关系的对比分析

本文对太平洋气压场和海温场相互关系的分析,不仅证实了近年来一些研究提出的北方涛动与赤道东太平洋海温变化的关系,而且进一步揭示了北方涛动与太平洋海温相关最显著区域是在赤道太平洋日界线以东附近、Namias海区和加利福尼亚洋流区,而南方涛动与东太平洋和秘鲁沿岸的海温关系密切.并发现南、北方涛动虽处于同一3-4年的振荡系统中,但对各次埃尔尼诺过程而言,南、北方涛动指数的极值和相对强度都不尽一致.分析表明,埃尔尼诺现象的三种不同增温类型与南、北方涛动影响赤道太平洋海温在空间上的差异,以及位相和相对强度的不同匹配状态有相当程度的联系.     

近400a 来南方涛动与我国东部旱涝的关系

采用1601～1979年南方涛动指数(SOI)和我国黄河、长江流域各分区旱涝等级资料,计算了各季节的SOI与旱涝等级之间的遥相关及其振荡特性。结果表明,SOI与黄河流域旱涝的遥相关较之与长江流域更为显著,且两者呈反位相。谱分析还揭示了我国黄河、长江流域的旱涝变化具有明显的准3.5a振荡周期,这与各季节的SOI振荡有密切联系。此外,南方涛动变化多超前黄河和长江中游区域性旱涝变化la左右,尤以冬季更为显著。     

南沙暖水变化及其与ENSO和西太副高的耦合关系

南沙暖水域位于南海南部,濒临赤道,处于Walker环流上升区和南北半球气流交换的通道上,是南海海温较高的区域,也是海气相互作用的敏感地区。热带海域海洋及大气环流的变化对该海域海温的变化有着重要影响。 以往的研究表明,南海海温与赤道中、东太平洋水温和西太平洋副热带高压关系密切(钮智旺,1994;陈永利,1996)。南海是一个半封闭性海域,南海海温的变化与热带西太平洋水温之间具有非“承接”性(周发琇,1991),与西太平洋之间的水体交换不可能是引起南海海温变化的主要原因。那么,赤道中、东太平洋海温及副高是通过什么过程影响南海海温呢?它们之间的相互关系如何?西太平洋副热带高压是控制南海海域的主要天气系统，厄尔尼诺和南方涛动是热带太平洋地区海洋、大气中的两种大尺度异常现象,南海海温与它们之间的耦合关系可能就是影响海温变化的过程。本文根据综合海洋大气资料(COADS),分析了南沙暖水的变化与南海海温的关系,并借助功率谱和交叉谱分析了南沙暖水的变化周期以及与赤道东、中太平洋水温、南方涛动和西太副高之间的显著耦合频域及相互耦合振荡关系,以探讨南沙暖水与ENSO(埃尔尼诺-南方涛动)和西太副高之间的内在联系及海温变化的原因,对于研究南沙暖水域及南海海温变化的物理成因有着重要意义。     

北印度洋风暴潮特征及其对气候信号的响应研究

北印度洋是我国“海上丝绸之路”的重要通道,其每年热带气旋活动引起的风暴潮等严重威胁着船舶航行安全和沿岸国家人民生命财产安全。分析研究北印度洋风暴潮的特征,对我国经济发展及北印度洋沿岸国家防灾减灾具有重要的现实意义。利用美国联合预警中心(the Joint Typhoon Warning Center, JTWC)公布的1950~2020年热带气旋资料、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)公布的1950~2020年热带气旋资料与1950~2020年的Niño3.4指数、夏威夷大学海平面中心(University of Hawaii Sea Level Center, UHSLC)公布的北印度洋每小时的水位数据进行分析,结果表明:　(1)北印度洋大于1 m的风暴潮主要分布在孟加拉湾北部,少量分布在孟加拉湾其他区域与阿拉伯海; (2)孟加拉湾北部区域的年际最大热带风暴潮(annual maximum tropical cyclone storm surge, AMTSS)与当月Niño3.4指数、南方涛动指数(southern oscillation index, SOI)相关性较高、受厄尔尼诺-南方涛动(EI Niño-Southem Oscillation, ENSO)的影响明显; (3)北印度洋AMTSS月际分布呈现双峰分布,与热带气旋(tropical cyclone, TC)的月际分布基本一致; (4) La Niña期间影响孟加拉湾北部的热带气旋在数量与强度方面均超过El Niño期间影响孟加拉湾的热带气旋,是La Niña期间风暴潮极值大于EI Niño期间风暴潮极值的重要原因。研究表明, AMTSS对ENSO信号的响应可能为AMTSS提供了潜在的可预测性,这对早期预警和减少风暴潮灾害具有重要意义。     

冬季北极涛动异常对北太平洋风暴轴的可能影响

基于美国国家海洋和大气局气候预测中心公报的北极涛动(Arctic Oscillation,AO)指数逐月数据以及美国国家环境预报中心和大气研究中心的1986—2017年逐日再分析资料等,运用回归和合成分析等方法,分析了北极涛动与北太平洋地区风暴轴的时间演变特征、两者之间的联系及AO异常影响风暴轴的可能机制。结果表明:1)风暴轴经度指数与纬度指数有显著正相关性,两者具有同步变化的特征,而这两者与风暴轴强度指数都呈负相关,但不显著。AO指数与北太平洋风暴轴强度呈显著正相关,且AO指数与风暴轴经度、纬度指数也呈正相关,但并不显著。2)在北极涛动强正(负)位相年份,风暴轴区域天气尺度滤波方差强(弱)、500 h Pa高度场上东亚大槽减弱(加深)、急流偏北偏强(偏南偏弱)、扰动动能增强(减弱)、斜压性增强(减弱)。可能影响机制是,异常变化的AO影响东亚大槽,改变急流强度,使斜压性发生变化,进而对风暴轴产生影响。     

一个预测埃尔—尼诺事件的多元模糊诊断模型

本文利用模糊多元分析方法用500hPa混合多项式展开系数、极地高度自然正交展开的时间系数和南方涛动指数等建立了一个诊断埃尔-尼诺事件统计模型。试报效果理想。