北太平洋局地海洋-大气相互作用的主模态

本文分析美国国家大气研究中心(NCAR)的CCM3-ML耦合模式100 a积分模拟结果,依据对该模式结果中SSTA与海面风异常的最大协方差分析,证实的确存在北太平洋局地大气影响海洋和海洋"反馈"大气的主模态;指出通过局地海洋-大气的相互作用,冬季马蹄型海温异常可以持续到夏季,冬季大气对马蹄形暖海温异常可能的响应为高压异常,春夏季对马蹄形暖海温异常可能的响应为低压异常。     

东北太平洋冬季风的异常与埃尔尼诺

东太平洋南美沿岸热带地区海温的经向季节性变化十分显著.冬季中高纬地区的冷水南侵,赤道北侧的暖水带南移造成暖水浸入赤道南,造成南美沿岸的海温升高.本文指出海温的季节变化受东北太平洋冬季风影响十分明显,埃尔尼诺发生年和次一年冬季,持续偏强的东北风对于冬季赤道北暖水的南浸,进而对埃尔尼诺的发生、发展和维持起着重要作用.     

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。     

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。     

北太平洋海洋环流遥相关现象

本文着重分析北太平洋海面温度(以下简称海温)的功率谱和相关场特征.结果表明,在赤道东太平洋上,海温的演变表现出显著和一致的准3.5年振荡特点.这一特征振荡还能影响到其他海域的海温变化,并在北太平洋中部和西北太平洋地区激发出一些明显的遥相关现象,从而把热带太平洋上的埃尔尼诺现象与中、高纬度的海洋环流过程紧密联系起来.最后,文章还对各关键海域上的海温异常及其遥相关的可能机制作了深入探讨.     

IPCC耦合模式对北太平洋海-气系统冬季重现的模拟

冬季重现(再现)是中高纬度大尺度海表温度重要的持续性特征,是热带外海洋特有的现象。北太平洋大气环流也存在这一现象,它可能会强迫产生这一海域海温的冬季重现。本文利用IPCC 20C3M耦合模式资料,评估了耦合模式模拟北太平洋海–气系统冬季重现的能力。北太平洋海温冬季重现的空间范围是海盆尺度的,中部重现时间比其周围晚。大气环流场的冬季重现主要是在北太平洋中部,它与海温冬季重现关系密切。大多数IPCC耦合模式基本上可以模拟出太平洋海温大范围的冬季重现现象。与重现范围的模拟相比,耦合模式对重现时间地理差异的模拟都比较差。各模式对大气环流冬季重现时空分布特征的模拟较差,大部分模式未能模拟出大气环流场中主要的重现区域。而且,大气环流冬季重现对海温重现的可能影响并没有体现在这些耦合模式中。耦合模式对北太平洋大气冬季重现的模拟还有待改善。     

北太平洋海洋异常加热主要型及其与海面水温的关系

本文用经验正交函数(EOF)对北太平洋海面加热场进行了分型,讨论了第一和第二特征向量场的时空分布特征,并分析了与北太平洋海温场的关系。结果指出,冬季第一特征向量场以北太平洋中西部和东部的特征值反号为主要特征,夏季则以全区的特征值同号为基本特色。同时指出,在北赤道流和北太平洋海流区,海温的变化对海面加热场主要型有重要影响,尤其在夏、秋季节;在其它海域,无论是冬季还是夏季,两者均无明显的联系。     

热带印度洋SST海盆模态的“充电/放电”作用——对夏季南亚高压的影响

根据观测资料和海气耦合模式初值试验结果,通过比较分析热带太平洋SST主模态(ENSO模)和热带印度洋SST主模态(海盆模)对夏季南亚高压的影响,揭示了印度洋海盆模的"充电/放电"作用:赤道中东太平洋海温异常首先对印度洋进行"充电",形成热带印度洋SST对太平洋EN-SO的响应模态——海盆模。该模态在ENSO发生翌年春季达到峰值位相,而且有很好的持续性,可以从春季持续到夏季,该暖(冷)模态可以引起大气的"Matsuno-Gillpattern"响应,并通过亚洲夏季平均西南季风的异常水汽输送等使得夏季南亚高压偏强(弱),即为"放电"过程。而赤道中东太平洋海温异常对夏季南亚高压的直接影响并不显著,并指出了夏季南亚高压和超前3~12个月Nio3指数之间高的显著正相关关系只是一个表象,并不是太平洋海温异常对南亚高压的直接影响结果,而是通过印度洋海盆模态的"充电/放电"作用引起的。     

春季西北太平洋热带气旋与海温场和大气环流的关系

本文利用1951～1987年286个网格点太平洋月平均海温场及500hPa月平均位势高度场,分析了春季西北太平洋（不含南海）热带气旋与海温场和大气环流的关系。结果表明:前期太平洋海温场与春季热带气旋生成数有显著的相关,并以前一年夏季和前期冬季更为明显。影响春季热带气旋生成的太平洋海温场主要有两个关键区,一个位于赤道东太平洋,为负相关:一个位于北太平洋中部,为正相关。文中还从海温对大气环流影响的角度出发,分析了春季热带气旋活动特多年与特少年前期及同期500hPa大气环流的特征及两者之间的差异。最后利用逐步回归方法作了春季西北太平洋热带气旋长期趋势预报。     

西北太平洋低空环流与海温异常关系的季节性差异

通过资料分析与数值模拟研究了西北太平洋低空环流特征及其与海面温度(SST)异常关系的季节性差异,得到如下结论:1)西北太平洋低空环流的空间尺度和位置在春季和夏季存在明显差异,从春季到夏季,异常环流范围缩小且中心位置向西北偏移; 2)西北太平洋低空环流与西北太平洋局地海温的相互作用存在季节差异,春季西北太平洋冷海温与上空反气旋异常之间存在相互作用,而夏季则以大气影响海洋为主,异常的反气旋/气旋可以加热/冷却其下垫面的海温,大气超前3～4 d影响海洋; 3)夏季异常反气旋环流(WNPAC)的维持主要来自非局地海温异常(北印度洋暖海温与中太平洋冷海温异常)的强迫,这两个海区对WNPAC的影响也存在季节性差异,北印度洋的影响主要体现在晚春至盛夏,而中太平洋则主要在晚夏发挥作用。     

夏季赤道中东太平洋海温和北极海冰异常对大气环流影响的数值模拟

利用菱形截断15波的9层全球大气环流谱模式设计了若干数值试验,分别研究了赤道中东太平洋海温偏暖、北极不同区域海冰偏多以及海温偏暖同时海冰偏多对夏季北半球大气环流的影响,结果表明北极海冰偏多和赤道中东太平洋海温偏暖,对夏季北半球大气环流具有同等效应,海冰和赤道海温任何一方的变异均可显着影响大气环流,其中亚洲-北美型和欧亚型遥相关是极冰和赤道海温影响北半球夏季大气环流异常的主要动力学途径。本文结果再一次证实了赤道和极地之间的热力差是决定大气环流的最基本因子。     

北太平洋海温的遥相关型

本文研究了北太平洋海水表面温度的遥相关型,指出:北太平洋海温有3个遥相关区,分别在西风漂流区、亦道东太平洋区和阿拉斯加湾区。这3个相关区的结构十分类似于大气中的PNA结构。用赤道东太平洋和西风漂流区之间的海温差作为太平洋海温指数PTI,它能代表北太平洋65％海区的海温变化,可以作为太平洋海温场PNA结构的变化指数,用来监视剧Nino和反E1 Nino事件的发生和发展。     

埃尔尼诺和南方涛动

本文利用综合海洋大气资料(COADS),对印度洋、太平洋近赤道地区的风场,气压场和海温场进行了综合分析。指出由于南印度洋和东南太平洋赤道地区海平面气压的seesaw现象,导致印度洋和太平洋赤道地区风场同样出现了seesaw现象。风场的seesaw又导致印度尼西亚和东太平洋赤道地区的海温出现seesaw。埃尔尼诺是海洋对印度洋的季风系统和太平洋的信风系统联合的强迫响应。     

1994年西太平洋副高异常的前期特征分析

本文通过相关普查，分析了影响夏季西太平洋副热带高压的北太平洋海温场和北半球５００ｈＰａ高度场的前期特征，找出了影响１９９４夏季酉太平洋副热带高压异常的强信号及其所在区域．以较高的信度和精度建立了夏季逐月副高强度和脊线位置两特征量的预报方程，进一步发现，中、东部太平洋海温场存在与副高强度高相关的对偶相关区，该区同前一年６月加利福尼亚寒流和北赤道暖流间形成的海温梯度相对应，而初夏副高脊线位置则决定于前一年１０～１２月赤道东太平洋一线的海温分布．     

长江中下游夏季降水与西北太平洋海温的耦合模态分析

利用NOAA_ERSST海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,借用多种统计方法研究了夏季长江中下游地区降水与西北太平洋的耦合关系.奇异值分解(SVD)和相关分析显示出长江中下游夏季降水与西北太平洋夏季海表温度(以下简称"海温")密切相关,而与其他海区没有明显的关系,并且这种关系主要反映年代际变化;夏季多变量经验正交函数展开(MV-EOF)分析结果证明夏季长江中下游降水、东亚-太平洋地区上空850hPa风场、西北太平洋海温之间存在显著的耦合模态,这种耦合模态反映出长江中下游夏季降水异常偏多时,东亚-太平洋上空自南向北有异常的反气旋、气旋、反气旋波列(即东亚-太平洋型遥相关或P-J波列),东亚夏季风偏弱、北界位置偏南.依赖季节的多变量经验正交函数展开(SRMV-EOF)分析结果表明,长江中下游夏季降水与西北太平洋的耦合模态与前期ENSO密切相关:前一年秋季,赤道东太平洋开始出现ENSO信号,冬季发展成熟,同时在菲律宾以东的西北太平洋上空有一个反气旋形成;春季,ENSO开始减弱,西北太平洋出现暖海温异常,反气旋发展;夏季,ENSO信号消失,西北太平洋异常暖海温范围扩大,反气旋发展很强,同时在东亚-太平洋上空出现P-J波列,华南上空的西南风与来自北方的偏北风在长江中下游地区辐合,造成长江中下游夏季降水偏多.     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。     

2012年登陆我国热带气旋的气候特征分析

利用1981—2012年热带气旋数据资料,统计分析了2012年登陆我国热带气旋的特征;并且利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析数据和美国国家海洋大气管理局(NOAA)的avhrr卫星数据,分析了其原因。结果表明,2012年登陆热带气旋登陆地点偏北是由当年夏季西北太平洋副热带高压(以下简称"副高")的脊线位置偏北,热带季风槽位置偏北等因素所造成的。登陆热带气旋强度偏强和北太平洋(30°N、160°—170°E)区域海温表现出很好的正相关关系,与东太平洋(20°N、120°W)区域海温呈现了负相关关系。     

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.     

北太平洋海温和PNA波列

本文研究了500hPa 3-5年周期对北太平洋海温异常的响应,主要结果有:(1)由赤道东太平洋海温、西风漂流区海温和北太平洋所有格点海温的同期相关场,我们发现,北太平洋海温场有三个主要遥相关区,它们分别在西风漂流区、赤道东太平洋区和阿拉斯加湾区,后两个相关区和前一个反位相.这三个相关区的结构十分类似于大气中的PNA结构.用赤道东太平洋区和西风漂流区的海温差PTI能表示海温PNA结构的变化.它能代表大平洋65%地区的海温变化,可以作为监视埃尔尼诺的新指标.(2)太平洋海温指数PTI和滤波后500hPa的同期相关场呈明显的PNA结构;500hPa 3-5年周期对埃尔尼诺和反埃尔尼诺的响应.分别产生+PNA波列和-PNA波列.(3)将埃尔尼诺(反埃尔尼诺)按海水增温(降温)的位置不同分成东部型和中部型.滤波后500hPa对东部型的响应产生PNA波列,对中部型的响应产生EAA波列.说明定常热源的位置不同,大气对其的响应亦有不同的路径.     

2010/2011年中部型La Nia事件形成机理及其垂直环流异常

应用TAO(Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了2010/2011年La Nia事件的变化特征,讨论了此次过程中赤道太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,以及上层海温场的异常变化机理。结果表明,2010/2011年的La Nia事件与传统事件不同,是一次明显的中部型La Nia事件(简称CPP La Nia),其爆发过程主要存在两个不同机制的响应过程:一是西太平洋暖池(WPWP)区域次表层异常冷海温通过赤道潜流的作用沿温跃层东传,导致赤道东太平洋上层海洋温度场出现异常降温:二是赤道中东太平洋出现强的距平东风,通过上升流作用,导致冷海温上传影响中太平洋上层异常海温场。前者是导致La Nia事件的必要条件,后者则是形成此次中部型La Nia事件的关键过程。由分析结果还表明,日界线以东赤道太平洋纬向风变化对中西太平洋上层海温场变化有重要影响,是导致此次中部型事件爆发的重要机制。文章进一步分析了此次中部型La Nia事件过程中热带垂直环流的变化,结果表明经向和纬向大气环流都表现出明显的异常。