热带印度洋偶极子事件和副热带印度洋偶极子事件的联系

分别对热带印度洋偶极子事件和副热带印度洋偶极子事件的时间序列进行了周期分析。结果表明,热带印度洋偶极子事件的主要振荡周期为2 a和4 a,而副热带偶极子事件的主要振荡周期为8 a;对整个印度洋海区的海表温度距平进行2~8 a的带通滤波,发现未滤波之前,2个事件的相关性很低,而在进行了滤波之后,2个事件的相关性有很大的提高,并且当副热带印度洋偶极子事件超前热带印度洋偶极子事件9个月时,二者具有很强的相关性。通过对温度场和风场的分析,从物理上解释了2个事件之间的相互联系。     

ENSO and Indian Ocean dipole mode in three coupled GCMs

The simulated ENSO and Indian Ocean dipole (IOD) mode events from three coupled GCMs with the same oceanic component model, CPMO, CPM1 and FGCMO, are compared. The only difference between the CPMO and the CPM 1 comes from the coupling scheme at the air-sea interface, e.g., flux anomaly coupling scheme for the former and direct coupling scheme for the latter. The FGCMO is also a directly coupled GCM, but its atmospheric component model is the NCAR CCM3 rather than the NCC T63AGCM as in the other two coupled GCMs CPMO and CPM1. All three coupled models show E1Nifio-like interannual variability in the tropic Pacific, but the FGCMO shows a bit stronger amplitude of E1 Nifio events and both the CPMO and the CPM1 show much weaker amplitude than the observed one. In the meanwhile, the quasi-biennial variability dominates in the FGCMO simulations, and 4 a and longer periods are significant in both the CPMO and CPM 1 models. As the E1 Nifio events simulated by the three coupled GCMs, the simulated Indian Ocean dipole mode events are stronger from the coupled model FGCMO and weaker from both the CPMO and CPM1 models than those from observation.     

First and second baroclinic mode responses of the tropical Indian Ocean to interannual equatorial wind anomalies

The combined and individual responses of the first and second baroclinic mode dynamics of the tropical Indian Ocean to the well-known Indian Ocean Dipole mode (IOD) wind anomalies are investigated. The IOD forced first baroclinic Rossby waves arrive at the western boundary in three months, while the reflected component from the eastern boundary with opposite phase arrives in five to six months, both carry input energy to the west. The inclusion of the second baroclinic mode slows down the wave propagation by mode coupling and stretches the energy spectrum to a relatively longer time scale. The total energy exists in the equatorial wave guide for at least five months from the forcing, as much as 10% of that of the atmospheric input, which mainly dissipates at the western boundary. The individual responses of the ocean to IOD interannual wind anomaly show that the significant modes of oceanic anomalies are confined to a wave guide of 10° on either side of the equator.     

热带印度洋偶极子发生和演变机制的数值研究

对中国科学院大气物理研究所(IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的第三代海洋模式(L30T63 OGCM)进行了改进。分析了该模式1959年1月—1998年12月的40a积分结果，以此研究热带印度洋偶极子发生、发展和消亡的物理机制。对数值模拟结果的分析表明，赤道印度洋表面异常东风引起的异常环流结构是偶极子发生、发展的主要动力学原因，其表面异常东风转换为异常西风所引起的异常环流结构调整是偶极子消亡的主要动力学原因；海气界面热通量异常的交换对热带印度洋海表温度距平偶极子模态的形成和演变起着重要的作用；垂直输送作用是热带印度洋次表层海温偶极子模态发生和演变的主要物理机制。     

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料,分析发现,上年秋季尤其是11月的赤道(热带)印度洋偶极子(tropical Indian Ocean dipole,TIOD)模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析,结果表明:上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致,显示出从高纬度到低纬度"+、-、+"的相关分布,反映出当上年11月TIOD正位相(负位相)时,次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显(不明显)、中纬度30°～37°N低值系统活跃(不活跃),西太平洋副热带高压偏强(弱)、位置偏南(北)的重庆夏季典型的降水偏多环流特征;前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时,两个事件的作用相互叠加,使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南,造成重庆夏季降水的异常偏多。     

印度洋偶极子预报技巧在多模式中的对比研究

本文采用北美多模式集合产品数据,分析了印度洋偶极子指数在不同模式中实际预报技巧和潜在可预报性的差异,并进一步探究其可能的原因。结果表明,印度洋偶极子的有效预报时效在不同模式中差别较大,从2个月到4个月不等。其中东极子海温异常在不同模式中预报技巧的差别较西极子海表面温度异常更明显,表明模式误差和初始误差对东极子海表面温度异常演变的影响更为显著。另外,印度洋偶极子的实际预报技巧和潜在预报技巧存在明显的线性关系,潜在预报技巧高的模式,其实际预报技巧也高。最后,本文诊断、分析了厄尔尼诺对印度洋偶极子预报技巧的影响,发现在厄尔尼诺和印度洋偶极子相关性较高的气候模式中,印度洋偶极子实际预报技巧也较高。     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.     

Thermohaline intrusions in the thermocline of the western tropical Pacific Ocean

The existing high-resolution hydrographic data in the western tropical Pacilit; Ocean are used to explore the spatial distribution and primary characteristics of thermohaline intrusions in the thermocline. Statistics show that the vertical scales of intrusions are 20-40 m in the upper thermocline （22.0-26.0δ0） and 40-80 m in the lower thermocline （26.0-27.2δ0）. In the upper thermocline, the most intensive intrusions exist at the equatorial front （EF） where north/sonth Pacilic water masses converge, anti Ihe westward spreading of the north Pacilic tropical waler （NPTW） in the Philippines Sea also produces patches of intrusions surrounding its high-salinity tongue. In the lower thermocline, intrusions are also strong at the tropical front （TF） which is the boundary between the north Pacilic subtropical/tropical waters. At the bottom of the thermocline （at about 27.0δ0）, intrusions mainly exist near the western boundary, which are produced by intermediate water convergence through the advection of subthermocline western boundary Ilows. Most strikingly a ＂C＂-shape distribution of intrusions at around 26.4δ0 is revealed, covering the vicinity of the EF the TE and the Mindanao Current （MC）, i.e., tile western boundary pathway ol the norlh Pacilic subtrnpical cell （STC）. Synoptic section analysis reveals that intrusions are more prominent on the warm/sally flank ot the fronts, implying more cross-front tongues of cold/fresh water. Among the intrusions, those at the EF are of best lateral coherence which implies a unique driving mechanism involving near-inertial velocity perturbations near the equator.     

热带印度洋降水的年际变化特征分析

对热带印度洋海区逐月降水资料的分析表明,热带印度洋海区降水年际变化的主要特征表现为东、西方向反位相的偶极子模态,该模态与热带印度洋海区低空纬向风场异常有较强的相关,并且与太平洋ENSO事件存在显著相关。另外对偶极子型降水主要模态的周期分析表明,偶极子型降水距平还存在1.5 a和4 a左右的变化周期。     

热带印度洋海温异常与ENS0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)资科,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儡极子(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ENS...     

东亚冬夏季风对热带印度洋秋季海温异常的响应

利用多年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋秋季海表温度距平(SSTA)与后期东亚冬夏季风强度变化的关系。结果表明,热带印度洋秋季SSTA的主要模态是全区一致(USB)型和偶极子(IOD)型,USB型模态主要代表热带印度洋秋季SSTA的长期变化趋势,而IOD型模态主要反映热带印度洋秋季SSTA的年际变化。热带印度洋秋季海温气候变率中既存在着明显的ENSO信号,也有独立于ENSO的变率特征,独立于ENSO的热带印度洋秋季SSTA变化的主要模态仍是USB型和IOD型。前期秋季USB模态与东亚冬季风及东亚副热带夏季风之间为负相关关系;与前期正(负)IOD模态相对应,南海夏季风强度偏弱(强),而东亚副热带夏季风强度偏强(弱)。USB型和IOD型模态对后期东亚冬、夏季风强度变化的影响是独立于ENSO的,但ENSO起到了调节二者相关显著程度的作用。     

Decadal variation of thermocline-sea surface temperature feedback in the tropical Indian Ocean and the underlying mechanisms

The thermocline-sea surface temperature (SST) feedback is the most important component of the Bjerknes feedback, which plays an important role in the development of the air-sea coupling modes of the Indian Ocean. The thermocline-SST feedback in the Indian Ocean has experienced significant decadal variations over the last 40 a. The feedback intensified in the late twentieth century and then weakened during the hiatus in global warming at the early twenty-first century. The thermocline-SST feedback is most prominent in the southeastern and southwestern Indian Ocean. Although the decadal variations of feedback are similar in these two regions, there are still differences in the underlying mechanisms. The decadal variations of feedback in the southeastern Indian Ocean are dominated by variations in the depth of the thermocline, which are modulated by equatorial zonal wind anomalies. Whereas the decadal variation of feedback in the southwestern Indian Ocean is mainly controlled by the intensity of upwelling and thermocline depth in winter and spring, respectively. The upwelling and thermocline depth are both affected by wind stress curl anomalies over the southeastern Indian Ocean, which excite anomalous Ekman pumping and influence the southwestern Indian Ocean through westward propagating Rossby waves.     

印度洋偶极子及其可预报性研究进展

主要介绍印度洋偶极子(IOD)的时空特征、演变机制和可预报性的研究进展。IOD是东西热带印度洋反相的海温异常,是热带印度洋的年际海温变率最主要的两种异常结构之一。关于IOD的演变机制,特别是ENSO在其中所起作用,一直是学界争论的热点。一些学者认为,IOD是ENSO通过遥相关作用对热带印度洋造成的影响;另一些学者则认为,IOD是热带印度洋内部海气振荡的产物。本研究重点讨论这两种观点的相关证据以及IOD与ENSO的关系。此外,现有多数模式对IOD的预报时效小于3~4个月,潜在的预报时效则大于5个月,但这些对IOD的可预报性研究尚处于起步阶段,还有很大发展空间。     

热带西南印度洋上升流区季节和年际变化研究及与印太系统海气相互作用

用59年Ishii再分析温度资料,讨论了热带西南印度洋(SWTIO)上升流区的季节和年际变化以及与上升流区有关的温度距平的变化,同时分析了其与热带印太海气系统的关系,结果显示SWTIO 上升流在南半球冬、夏季比较强,春季最弱。它的范围在5°~1°S,在东西向从50°E可以伸展到90°E。该上升流区的变化与温跃层的温度距平有密切的关系,并存在明显的5 a振荡周期。SWTIO上升流区温度距平的5 a周期振荡是由热带东印度洋温度距平在最大垂直温度距平曲面(MTAL)上向西沿着11.5°~6.5°S传播过来的,它与热带太平洋的温度距平传播方式不同。SWTIO上升流是热带印太海气系统的一个重要组成部分,印度洋偶极子 超前SWTIO上升流区温度变化5个月,最大相关系数达到0.57,NINO3区指数超前SWTIO上升流区指数2个月达到0.49。当热带印太区域的大气风场改变,影响热带太平洋和印度洋表层SSTA,出现ENSO和DIPOLE,进一步向西传播到SWTIO次表层,导致SWTIO上升流区出现改变。     

基于ECCO数据研究上层海洋盐度对印度洋偶极子事件的不对称响应

本文利用海洋观测资料和全球海洋环流模式数据（Estimating the Circulation and Climate of the Ocean, ECCO）研究了赤道印度洋上层海洋盐度的年际变化及其相关的海洋动力过程。研究结果表明,上层海洋盐度年际变化主要受印度洋偶极子事件影响,且盐度变化在正、负印度洋偶极子事件中存在不对称特征,其在偶极子正事件中表现更强烈。进一步研究表明,赤道印度洋上层盐度变化主要受纬向平流输运调控,尤其是Wyrtki急流对盐度变化有重要影响。在正印度洋偶极子事件期间,Wyrkti急流减弱甚至消失,流场负异常的强度明显较负偶极子事件期间的流场正异常强度强。印度洋偶极子存在正偏度是造成盐度和流场在正、负印度洋偶极子事件中存在不对称性的主要原因。     

基于WOA18数据集的印度洋等密度面年代际变化研究

基于WOA18(World Ocean Atlas)温盐数据集,分析印度洋等密度面的气候态分布,而后选取1985—1994年、1995—2004年和2005—2017年3个时段,分析等密度面的年代际变化。研究给出了11个等密度面深度的气候态分布,其中σ₀=26.00 kg/m³的等密度面(参考压强为0 dbar)在 40°S附近露头,随着位势密度的增大,等密度面露头区逐渐南移直至消失;位势密度大于σ₀=26.95kg/m³且小于等于σ₂=37.00kg/m³的等密度面最深处均位于马达加斯加南侧,在北印度洋的深度变化不大。重点分析了σ₀=26.00 kg/m³,σ₁=31.87 kg/m³(参考压强为1 000 dbar),σ₂=36.805 kg/m³(参考压强为2 000 dbar)3个等密度面深度和盐度的年代际变化,研究表明两者均存在显著的年代际变化。对于σ₀=26.00kg/m³等密度面,深度先变浅后加深,年代际变化主要位于30°S—40°S(等密度面深度快速变化区);等密度面盐度在1995—2004年和1985—1994年的差异与2005—2017年和1995—2004年的差异中基本呈现相反的变化。 σ₁=31.87kg/m³和σ₂=36.805kg/m³的等密度面深度年代际变化都集中于40°S—50°S海域;总体上盐度的年代际变化前者表现为减小,后者表现为增加。     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。     

南印度洋副热带偶极子型海温异常与全球环流和我国降水变化的关系

用1951~2001年观测资料,研究了南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常对全球500hPa环流和我国降水的影响.结果表明,冬季IOSD激发出极显著的南北半球环绕太平洋的波列结构(CP),其年际变化周期是2.0和6.5 a,与赤道中东太平洋海温也有密切联系.北半球冬季异常峰值后的第二年春季欧亚中高纬度地区500 hPa环流出现显著的EUP型低频流型持续异常,同时中太平洋和北美地区出现CPNP流型和澳大利亚南部的南半球中高纬地区呈现极显著的西南太平洋遥相关型(SWP).当冬季赤道南印度洋副热带呈极显著的西负东正海温距平分布时,后期春季欧亚中高纬地区负EUP型遥相关波列持续偏强,导致东亚大槽明显偏弱,长江以北地区(特别是黄河中上游地区)多雨.反之,春季东亚大槽加强且稳定,我国东部地区大范围少雨.它反映了南印度洋地区海气系统相互作用与东亚热带内外环流低频变化的联系.因此,上一年冬季南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常强度是预测春季华北地区旱涝变化的重要因子之一.     

3～5月份东印度洋上层水文要素特征分析

利用中国科学院"实验1"号调查船2010~2012年东印度洋3个航次的走航断面观测数据,分析了春季孟加拉湾南部和赤道东印度洋上层海洋的水文结构特征,同时结合卫星遥感资料和世界海洋图集2009(world ocean atlas 2009,WOA09)气候态温、盐资料,探讨了孟加拉湾南部海水经向地转输运的变化以及温跃层的波动。结果表明,在3~5月份,即印度洋冬季风向夏季风转换期间,赤道西风的爆发成为这一海域最关键的驱动力,将阿拉伯海的高盐水向东输运,使赤道纬向压强梯度力转为西向,减弱了赤道潜流并引起向北的经向地转输运。在孟加拉湾湾口,赤道的波动强迫导致了经向输运由南向转为北向,来自阿拉伯海的高盐水与孟加拉湾的低盐水在此汇集,形成了明显的盐度梯度;波动强迫还使得孟加拉湾湾口呈现出一个向西移动并减弱的气旋涡流场。在波动和表层盐度差异的影响下,湾口温跃层维持着向西下倾斜的状态,即使是在印度洋东岸海水堆积时,也没有显示出如赤道断面温跃层那般的大幅度加深。     

热带东印度洋春季浮游植物群落结构空间特征分析

基于2013年3月至5月采集的热带东印度洋海域(10.0°S～4.0°N, 83.0°～97.5°E)浮游植物水样样品,分析了其种类组成、优势类群、细胞丰度等群落特征参数,综合比较了水平和垂向上浮游植物种类及丰度的差异性,初步探讨了其成因。结果表明：2013年春季热带东印度洋微型浮游植物共鉴定出306种,主要由硅藻、甲藻、金藻、蓝藻、裸藻和隐藻六大门类组成,其优势类群主要以粒径较小的隐藻、微型甲藻、菱形藻、环沟藻等为主。水平分布上,各水层浮游植物细胞丰度分布趋势相似,但斑块特征明显,其高值区位于88°E断面赤道以南次表层水域(30 m、75 m),局部区域细胞丰度值可达10⁴ cells/L以上;与其毗邻的东南部、东部水域为低值区,并向赤道延伸。垂直剖面上,硅藻和甲藻广泛分布在各取样深度,但分布特征有明显的空间差异和规律,0 m、30 m大部分站位硅藻种类比例在0.2～0.3甚至更低,甲藻在0.7～0.8,随着水层加深(75 m、100 m、150 m、300 m),硅藻种类占比上升到0.5～0.6,甲藻降低到0.4～0.5,无论硅藻还是甲藻种类数75 m层最丰富。30 m和75 m水层细胞丰度明显高于其他水层。甲藻是热带东印度洋微型浮游植物种类和细胞丰度的重要贡献者,低生物量海域表现的更为明显,贡献率大于80%。该研究将极大丰富东印度洋浮游植物群落空间特征基础信息较匮乏的现状,为量化、评估该海域的生物资源提供数据支撑。