美国家天气局谈今年的厄尔尼诺现象

据美国家天气局称,厄尔尼诺——南方涛动(ENSO)已在热带太平洋地区发展成熟,其对美国天气造成严重影响的可能性不断增大.气象局气候分析中心主任David Rodenhuis说,厄尔尼诺现象是春、夏、秋、冬四季中"大于年变化周期的最重要的气候事件".气候分析中心得出的最新诊断结果表明:最近两个月中赤道太平洋对流强烈发展意味着太平洋增暖事件(即ENSO)成熟期的开始,与此发展阶段相对应的是菲律宾、印度尼西亚及澳大利亚北部的许多地方已观测到比正常年份干燥的状况,而在中赤道太平洋、墨西哥北部、美国南部及南美中部已观测到比正常年份潮湿的状况.这次ENSO表现了同上次事件(1986.7)有某些相似的特征,也具有一些不同的演变特征.相同方面包括:12月赤道太平洋中部和东部海面变化异常加剧,160°E～160°W赤道附近观测到大于2℃的海温距平,在赤道太平洋中部和东部海洋,     

耦合模式FGOALS_s 模拟的亚澳季风年际变率及ENSO

本文评估了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 (LASG/IAP) 新一代耦合气候模式FGOALS_s对亚澳季风和ENSO的模拟。结果表明, FGOALS_s可以模拟出亚澳季风的主要气候态特征。FGOALS_s模拟的ENSO事件振幅为观测值的70%, 同时它合理再现了ENSO周期的非规则性。FGOALS_s可以定性模拟出ENSO的主要空间特征。当赤道东太平洋SST升高时, 印度洋和西太平洋海表面气压升高, 而东太平洋海表面气压降低。FGOALS_s的主要缺陷在于模拟的ENSO峰值多出现在春季和夏季。与ENSO振幅偏小相反, FGOALS_s模拟的亚澳季风年际变率振幅大于观测。但是观测中亚澳季风年际变率与ENSO暖位相的显著负相关关系, 在模式中没有得到合理再现, 原因部分可归之于耦合模式在ENSO锁相模拟上的缺陷。由于模式模拟的ENSO峰值出现在北半球春季和夏季, Walker环流异常下沉支移动到西北太平洋, 其激发出的异常反气旋位置较之观测要偏东, 导致印度季风降水和El Niño的负相关关系不显著; 在北半球冬季, 由于模式中的赤道东太平洋SST暖异常较弱, 亚澳季风响应也偏弱。此外, 由于赤道东太平洋SST异常向西伸展, 观测中位于澳洲季风区的辐散中心向西偏移, 最终导致模式中澳洲季风降水与ENSO的负相关同样不显著。     

热带太平洋年代际平均气候态变化与ENSO循环

文中用观测的热带太平洋海表温度资料、风应力资料和OLR资料，通过多时间尺度分析，将与ENSO有关的变化分为3个主要的分量，一是2～7a的ENSO循环尺度，二是8～20a的年代际尺度，三是20a以上的平均气候态变化。讨论了热带太平洋这种平均气候态变化的主要特征以及与ENSO循环的关系，并用耦合模式的数值试验来研究平均气候态的变化对ENSO循环的影响。结果表明热带太平洋的平均气候态在20世纪70年代后期发生了一次由冷态向暖态的变化，主要增暖区是沿赤道以及热带东太平洋的，海表温度变化最大中心可以达到0.6℃。伴随着海表温度的变化，赤道西太平洋的西风距平加强，赤道东太平洋的东风距平也加强，在赤道中太平洋形成了一个加强的辐合中心。年代际平均气候冷暖态的变化对ENSO最直接的线性影响是使ElNio位相增加，而形成ENSO冷位相和暖位相的不对称。另一方面较暖的平均气候态可能引起海洋和大气之间的耦合加强，导致ENSO循环振荡有所加强。     

气候系统模式FGOALS_gl模拟的赤道太平洋年际变率

本文分析了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 (LASG/IAP) 发展的气候系统模式FGOALS_gl对赤道太平洋年际变率的模拟能力。结果表明, FGOALS_gl可以较好地模拟出赤道太平洋SST异常年际变率的主要特征, 但模拟的ENSO事件振幅偏大, 且变率周期过于规则。耦合模式模拟的气候平均风应力在热带地区比ERA40再分析资料的风应力强度偏弱30%左右, 由此引起的海洋平均态的变化, 是造成模拟的ENSO振幅偏强的主要原因。FGOALS_gl模拟的ENSO峰值多出现在春季或夏季, 原因可归之于模式模拟的SST季节循环偏差。耦合模式可以合理再现ENSO演变过程, 但观测中SST异常的东传特征在模式中没有得到再现, 这与模拟的ENSO发展模态表现为单一的 “SST模态” 有关。模拟的ENSO位相转换机制与 “充电—放电” 概念模型相符合, 赤道太平洋热含量的变化是维持ENSO振荡的机制。在ENSO暖位相时期, 赤道中东太平洋与印度洋—西太平洋暖池区的海平面气压距平型表现为南方涛动型 (SO型), 200 hPa位势高度分布表现为太平洋—北美遥相关型 (PNA型)。     

黄河中游地区汛期严重旱涝气候特征的演变

本文利用黄河中游地区15个台站1951～1995年7～9月降水量资料讨论汛期(7～9月)的严重旱涝气候特征，发现黄河中游地区的严重旱涝年各有8年和7年，严重雨涝主要发生在盛夏7、8月份，严重干旱则多为夏秋连旱。雨涝60年代最多，随之渐少；干旱自20世纪50年代随时间而增多，进入80年代以后，气候呈变干的趋势。严重雨涝和严重干旱表现为年代际的气候振荡。严重雨涝(严重干旱)年份，亚洲范围500hPa距平场呈北负南正(北正南负)分布，副热带高压偏强、偏北且偏西(偏弱、偏南且偏东)。严重干旱年份多发生在ENSO事件的发展阶段，赤道中东太平洋海温异常偏高，西北太平洋漂流区海温明显偏低。严重雨涝年份，赤道中东太平洋海温虽为负值，但信号很弱。     

热带太平洋西风异常对ENSO事件发生的作用

本文从观测资料对80年代两次ENSO事件产生过程中，热带太平洋西风异常及其对赤道中、东太平洋表层海温增暖的作用进行了分析和比较。分析结果表明:在这两次ENSO事件的产生过程中，赤道西太平洋上空均有较大的西风异常，并且它由赤道西太平洋向赤道中、东太平洋传播，随着西风异常从西向东传播，赤道中、东太平洋的表层相继增温。分析还表明，1982／1983年ENSO事件发生过程中，热带太平洋西风异常的强度要比1986／1987年热带太平洋西风异常强得多，这使得1982／1983 ENSO事件的强度比1986／1987_ENSO事件强得多。为了说明热带西太平洋西风异常对赤道中、东太平洋ENSO事件发生的作用，本文还利用IAP太平洋环流模式对西风异常在ENSO事件产生过程中的作用进行了数值模拟。模拟的结果说明了热带太平洋的西风异常对赤道太平洋暖水的向东传播和赤道中、东太平洋的增温起了很重要作用，这与观测事实分析一致。     

北极涛动对ENSO影响的研究进展

北极涛动(AO)是北半球中高纬地区大气环流年际变率的第一主导模态,厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)则是热带太平洋地区年际变化的最强信号。这两个气候系统对全球大范围的天气和气候都能产生显著的影响。总结了近年来关于AO影响ENSO的最新研究进展,试图促进对中高纬度大气系统影响热带系统物理过程的理解。研究表明,春季AO对随后冬季ENSO的爆发存在显著的影响,其中北太平洋中纬度地区的天气尺度波与平均流之间的相互作用及其相关的涡度输送对赤道西太平洋异常西风的形成起着重要的作用。在年代际时间尺度上,研究发现,春季AO对随后冬季ENSO的影响在20世纪70年代初发生了一次显著的年代际变化,该年代际变化与北太平洋地区风暴轴强度的年代际变化紧密相联。研究还揭示了春季AO对ENSO影响的不对称性,即只有当春季AO处于正位相时,才能对随后冬季赤道中东太平洋海温产生显著影响。研究发现春季AO位相变化对前冬NPO与后一个冬季ENSO之间的关系具有显著的调制作用。此外,研究还发现,除春季AO外,11月AO对随后春季和夏季赤道中东太平洋海温也存在显著的影响,这主要和北太平洋地区风暴轴气候态强度的年循环有关。     

热带印度洋海温异常与ENSO关系的进一步研究

用1955年1月-2001年12月美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料、美国NCEP再分析资料和美国气候预测中心(CPC)资料,讨论了热带太平洋ENSO与热带印度洋海温距平以及与印度洋偶极子(Dipole)的关系,研究结果发现:在垂直最大温度距平曲面(MTAL)上,热带印度洋海温距平分布存在着与热带太平洋ENSO密切相关的Dipole现象,其中最大的相关在太平洋ENSO 超前印度洋Dipole一个月.但是,热带印度洋Dipole的分布与Saij定义的位置略有不同,为东北西南向,它们分别在6°-10°S、65°-75°E(西印度洋)和2°-6°N、85°-95°E(东印度洋),它是赤道印度洋的一个主要海温距平系统.另外,在热带印度洋东北部与ENSO相关的海温距平是一个上下不一致的系统,该海温距平并没有伸展到海面,从海面到20-50 m的浅薄水层,则为与赤道西南印度洋相同符号的海温距平分布.因此在海面,海温距平不存在与ENSO有关的Dipole现象,赤道印度洋Dipole只存在于次表层以下,这是赤道印度洋Dipole与ENSO不同之处.这种赤道东北印度洋表层与赤道西南印度洋表层同符号的海温距平现象,有可能是海气热力过程如感热过程造成的.热带印度洋Dipole的周期要小于El Nio,一般为1-6 a.     

华西秋雨准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的关系

利用1959～2011年华西地区气象台站资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料, 采用多锥度—奇异值分解(MTM-SVD)方法, 研究了华西秋雨的准4年周期特征及其与赤道太平洋海表温度的协同变化关系。研究结果表明:华西秋雨具有显著的准4年周期, 其典型循环表现为"偏强, 略偏强, 偏弱, 略偏弱"的特点。在准4年周期上赤道中太平洋海表温度对华西秋雨的协同变化表现为"偏低, 略偏低, 偏高, 略偏高", 这种协同变化从初夏就体现出来, 并一直持续到秋末。同时在准4年周期上, 华西秋雨对ENSO事件也存在一定的响应, 但是主要体现在发生强ENSO事件时。准4年周期的环流分析表明, 夏季到秋季赤道中太平洋海表温度偏低(高)时, 秋季500 hPa高度场出现东亚/太平洋(EAP)遥相关波列正(负)异常, 西太平洋副热带高压偏西(东), 华西地区来自南海西太平洋和孟加拉的水汽输送偏多(少), 华西秋雨偏强(弱)。     

太平洋年代际振荡冷、暖背景下ENSO循环的特征

利用英国气象局哈德莱中心的月平均海温距平资料、美国Scripps海洋研究所联合环境分析中心(JEDAC)的海表和次表层海温观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了太平洋年代际振荡(PDO)不同背景下ENSO循环的特征.结果表明,PDO为ENSO循环提供了一个年代际气候背景,在PDO的暖位相时期,El Nino事件发生的频率较高,强度较强;反之,在PDO的冷位相时期,La Nina事件发生的频率较高,强度较强.而且在不同的太平洋年代际振荡背景下,ENSO循环表现出不同的特征.在PDO冷位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA从西太平洋沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道东太平洋向西扩展到中太平洋,ENSO事件先在赤道东太平洋爆发.在PDO的暖位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA首先出现在赤道中太平洋,然后沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道中太平洋向东扩展到东太平洋,ENSO事件首先在中太平洋爆发.这为ENSO预测提供了新的线索.     

印度洋对ENSO事件的响应:观测与模拟

观测事实显示,在El Ni(n～)o期间,伴随着赤道中东太平洋表层海温(SST)的升高,热带印度洋SST出现正距平.作者利用海气耦合模式模拟了印度洋对ENSO事件的上述响应,并进而讨论了其物理机制.所用模式为法国国家科研中心Pierre-Simon-Laplace 全球环境科学联合实验室(IPSL)发展的全球海气耦合模式.该模式成功地控制了气候漂移,能够合理再现印度洋的基本气候态.观测中与ENSO相关的热带印度洋SST变化,表现为全海盆一致的正距平,并且这种变化要滞后赤道中东太平洋SST变化大约一个季度,意味着它主要是对东太平洋SST强迫的一种遥响应,模式结果也支持这一机制,尽管模式中的南方涛动现象被夸大了,使得模拟的与ENSO相关联的SST正距平的位置南移,阿拉伯海和孟加拉湾被负距平(而不是正距平)所控制.研究表明,东太平洋主要通过大气桥影响潜热释放来影响印度洋SST变化.赤道东太平洋El Ni(n～)o事件的发展,导致印度洋上空风场异常自东而西传播;伴随着风场的变化,潜热发生相应变化,并最终导致SST异常的发生.非洲东海岸受索马里急流控制的海域,其SST的变化不能简单地利用热通量的变化来解释.证据显示,印度洋的增暖是ENSO事件发生的结果而不是其前期信号.     

近70 a北太平洋夏季SST及其与西太副高变化特征的相关

基于1948—2018年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建海面温度(ERSSTv5)资料集,采用经验正交函数(EOF)分解和交叉小波分析等统计学方法,对北太平洋地区近70 a海表温度(SST)、西太平洋副热带高压(WPSH)的变化特征及其相关性进行分析。第一模态体现了SST显著的年际变化厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象和显著的年代际变化北太平洋年代际振荡(PDO)现象。将WPSH强度距平指数和面积距平指数的均值定义为WPSH综合指数。WPSH综合指数总体呈上升趋势;1977年之前,WPSH强度逐渐减小且振幅较小;1977年之后,WPSH强度逐渐增大且振幅强度较大。通过合成分析发现,WPSH异常偏强年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏暖,WPSH异常偏弱年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏冷。将其与NOAA的月气候指标的Ni?o3.4和PDO指数分别进行交叉小波谱分析,得出:北太平洋SST的年际信号、年代际信号均与WPSH的变化有很明显的相关,WPSH强度和太平洋中部SST存在显著的4～5 a的年际正相关,且随着时间的后移,SST的变化超前于WPSH的变化。     

一个海洋-大气-动态植被耦合模式评估——海洋环流模拟

利用中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS〖CD*2〗AVIM),进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程（AVIM）前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明：耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化,可以改进模式的模拟效果,在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点,使模拟结果更接近实测。由于植被〖CD*2〗大气的双向作用,在季节变化的模拟中,9月的改进效果大于3月的,北半球大于南半球;对于年平均气候态,耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度（SST）的模拟效果得到了明显改善,尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善;在年际变化的模拟中,改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布,加大了赤道太平洋的标准差的模拟,使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前;增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力,较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征,也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象;同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟,对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中,更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系,体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。     

ENSO事件发展的时空特征

本文利用1951—1988年10°S—50°N太平洋SST资料与EOF分析方法对ENSO事件的发展过程与循环的时空特征进行了分析.分析结果表明EOF第一主分量时间系数的变化可以很好地表示SST距平变化与ENSO事件的发生.并且,第一主分量空间函数分布的变化揭示了一种ENSO事件增温是春季首先始于赤道东太平洋沿岸,随后向西传播到赤道中太平洋的增温过程;而第二主分量空间函数分布的变化揭示了另一种ENSO事件可增温首先始于赤道中太平洋,然后向东传播到赤道东太平洋的增温过程.分析结果还表明,ENSO事件的强度是强弱相间,其周期平均大约为4年左右. 本文还比较了80年代热带太平洋SST的变化及所发生的两次ENSO事件与其它年代所发生的ENSO事件的差别.     

ENSO位相转换对华北雨季降水的影响

利用国家气候中心华北地区站点雨季降水数据及美国国家环境预报中心和大气研究中心（NCEP/NCAR）的再分析数据等资料,采用统计诊断方法,分析了1961~2014年华北雨季降水异常偏多（少）年对应的Ni?o3.4指数变化特征,发现华北雨季降水异常偏多年通常发生在El Ni?o结束且当年转为La Ni?a的年份,而华北雨季降水异常偏少年通常发生在赤道中东太平洋冷水位相结束且当年发展成El Ni?o事件的年份。并且在华北雨季降水异常偏多年,7~8月华北平均日降水量超过10 mm的天数约占25%,日降水量在4~10 mm的天数也约占25%,两者所占比率远高于华北雨季降水异常偏少年。对华北雨季降水异常偏多年的同期环流特征分析显示:西北太平洋副热带高压（副高）北跳偏早且有明显阶段性偏北情况,同时东亚高空副热带西风急流北移,从而造成华北雨季天气过程频繁、降水偏多。进一步诊断环流特征与ENSO位相转换的关系发现:相比El Ni?o衰减年,在El Ni?o转为La Ni?a的年份,7~8月500 hPa日本海到渤海正位势高度距平加强,更符合华北雨季降水偏多年的典型环流特征;同时热带沃克环流显著加强,造成东亚高空副热带西风急流北移更为显著,从而更有利于华北盛夏和雨季降水偏多。文中揭示的现象启示我们在做华北盛夏降水和雨季降水的预测时,需要关注ENSO事件前期的变化速度以及未来的演变特征。     

肇庆持续低温天气的气候背景与前期海气异常特征

根据地面观测、NCEP/NCAR再分析等资料,采用合成分析方法,研究了肇庆持续低温天气的气候背景与前期海气异常特征.结果表明,极涡和中高纬长波脊偏强,南支槽较常年活跃,以及蒙古高压中心偏强是肇庆持续低温天气发生的气候背景.前期11月500 hPa极涡、亚洲中高纬平均脊和东亚槽都较常年偏强,前期7-10月赤道太平洋和北太平洋海温持续明显异常可作为肇庆持续低温天气预报的前兆信号.     

中国气候异常变化与ENSO准四年循环的联系分析

从月资料分析入手，分析了中国大陆地区的降水和气温异常与ENSO的联系。首先用REOF方法对降水和气温的变化进行分区分析，并讨论其年际变化特点。然后对降水和海温场、气温和海温场分别进行CSVD分析，讨论了在ENSO准四年循环的不同位相上，气温和降水的异常变化情况。结果表明：（1)在ElNino期间，我国东部地区，尤其是东北、长江中下游的江南地区降水偏多，容易发生洪涝，华北地区、黄河流域尤其是中部降水偏少，可能发生干旱。其中长江中下游的南部降水与赤道中东太平洋海温在准四年变化上关系密切，当中东太平洋海温达到最高值后约3个月，长江中下游的南部降水出现最大正距平。(2)在ElNino期间，东北容易出现低温天气，而其它地区尤其是河套地区及西南南部易出现高温天气。其中东北地区气温变化与赤道中东太平洋海温在准四年变化上关系密切，当中东太平洋海温达到最高值后约2个月，东北气温的负距平出现最低。LaNina阶段，情况与前述相反。     

GOALS模式对热带太平洋ENSO年际变化特征的模拟评估

文中重点分析了中国科学院大气物理研究所LASG最新发展的全球大气环流谱模式(R42L9)与一全球海洋环流模式(T63L30)耦合形成的全球海洋-大气-陆面气候系统模式(GOALS/LASG)新版本已积分30 a的模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了赤道太平洋海表温度(SST)的年际变化及其纬向传播、赤道东太平洋SST异常与其他洋面SST变化之间的遥相关关系、赤道太平洋浅表层海温的年际变化特征等研究内容.结果表明,COALS模式模拟出了赤道太平洋SST异常出现不规则的年际变化特点;赤道东太平洋SST异常的向西传播过程;赤道太平洋混合层海温变化由西向东、由深层向浅层的传播过程;同时也模拟出了赤道东太平洋SST变化与赤道西太平洋以及与西南太平洋海温之间的反相关关系,与南印度洋和副热带大西洋SST之间的正遥相关关系等实际观测现象.但COALS模式也存在明显的不足,如对赤道东、中太平洋SST异常的年际变化幅度明显偏小,没能模拟出赤道东太平洋的SST变化比赤道中太平洋强的特点;赤道太平洋SST从东向西的传播速度明显比实际观测慢得多,但混合层海温极值变化由西向东的传播速度明显比实际情况快得多;没能模拟出赤道东太平洋SST变化同西北太平洋SST的负相关和北印度洋海温变化的正相关现象,因此也影响了对南亚、东南亚降水年际变化的模拟能力.     

前期青藏高原积雪与ENSO对南海夏季风强度的协同影响

基于1980—2018年罗格斯大学全球积雪实验室积雪面积、英国气象局哈得来中心海温、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代再分析（ERA-5）土壤湿度、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析、美国国家海洋大气管理局（NOAA）气候预测中心降水（CMAP）和全球降水气候计划降水（GPCP）等数据,采用相关、合成和回归等分析方法,分析了前期青藏高原积雪和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）年际尺度变化对南海夏季风强度及降水的协同影响。结果表明:在年际尺度上,青藏高原积雪、ENSO与南海夏季风变率有密切关系,当青藏高原春季积雪西部偏多且东部偏少时,夏季高原西部对流层温度偏低,在高原上空产生异常下沉气流并向外辐散,引起中国南海地区对流层中低层为异常下沉气流。另外,赤道中东太平洋海温异常偏高则会使夏季印度洋海温异常偏高,对流层温度偏高,在西北太平洋产生东北风异常,加强西北太平洋和中国南海上空的反气旋性环流异常。在青藏高原积雪和ENSO共同影响下,夏季850 hPa中国南海上空反气旋异常进一步加强,南海夏季风强度减弱,降水减少。      

全球海洋大气耦合环流模式中的ENSO特征对气候背景态改变的敏感性

文中利用一个高分辨率全球海-气耦合环流模式设计两组长期积分试验,揭示了在不同气候背景态下热带太平洋年际变化特征及模式ENSO循环控制机理的差异。通过分析海表温度、上层海洋热容量和低层风场异常的年际变化特征及其和赤道中东太平洋海表温度异常的关系,揭示了基于不同气候背景场的ENSO循环的不同演变过程。结果表明:ENSO年际变率特征(包括振幅、频率等)对气候背景态相当敏感,在不同的背景场下ENSO循环的控制模态可以明显不同。试验表明,当热带太平洋东冷西暖的背景热力梯度接近多年气候平均时,模式ENSO循环表现为所谓的“时滞振子”模态控制,而随着东西向背景热力梯度显著减小,ENSO循环则可以表现为驻波模态控制。研究结果为认识年代际背景变化影响年际ENSO循环的机理提供了一种启示。