南方涛动与赤道太平洋海温相互作用的季节变化及时滞性

一、引言有关研究表明,海气之间的相互作用存在着季节变化和时间滞后性. 南方涛动与赤道太平洋海温之间的响应过程,是一个对全球气候有着重大影响的海气交换事实.弄清它们之间的时空关系对探     

北太平洋500hPa高度场与赤道东太平洋海温,南方涛动的关联

本文采用经验正交函数展开和波谱分析方法，讨论了１９５３年１月至１９７７年１２月北太平洋５００ｈＰａ高度场分布特征及其演变周期，并讨论了它们分别与赤道东太平洋海温，南方涛动指数关系。计算结果表明，北太平洋５００ｈＰａ高度场的年际变化异常型主要为高度场大范围偏高，此异常型具有６０个月，４０个月，和２０个月显著周期，且在６－０个月，４０个月周期上同赤道东太平洋海温，南方涛动指数有显著关联；     

赤道东太平洋海温、南方涛动和我国东部降水的谱分析

本文主要采用波谱分析方法对1957年1月至1977年12月赤道东太平洋海温(180°—90°W、5°N—10°S)、南方涛动指数和我国东部降水作了分析。通过功率谱的计算得到如下结果:(1)赤道东太平洋海温变化存在3.4年的振动周期。(2)南方涛动指数的变化存在3.4年和1年的振动周期。(3)我国华北、长江中、下游和华南地区降水分别存在1、2.3和3.4年的周期。利用交叉谱计算位相差,表现出海温与南方涛动在3.4年周期上近乎反向变化,海温的变化落后于南方涛动。南方涛动在3.4年周期上超前华南降水。华北降水在周期为1年的振动上落后于南方涛动。本文还对赤道东太平洋海温和南方涛动的年际变化作了简单分析。     

FGOALS耦合模式对赤道太平洋海温和降水年循环的模拟评估

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）研发的全球气候系统模式（FGOALS）的4个版本（FGOALS-g2、s2、g3、f3-L）对赤道太平洋地区的海温、降水气候态和季节循环的模拟能力。本文从海气耦合机制和热量收支的角度对耦合模式结果和相应的大气模式比较计划试验（AMIP）进行了对比分析,探讨了造成这一地区海温和降水模拟偏差的原因。结果显示,上一代模式g2和s2的海表温度均方根误差大于2°C,新一代模式g3和f3-L模拟的均方根误差降低50%,为1°C左右。因为新版本中赤道太平洋地区的净短波辐射平均态误差的减小,海洋上层热量动力输送过程的改善和净短波辐射与海温回归关系改进,赤道太平洋地区海温的平均态,南北温度和降水的不对称性都更加接近观测。f3-L比g3在上述方面改进更多,海温也更加合理。但是新一代版本模拟的降水均没有显著改进,赤道北侧ITCZ的降水偏大4 mm d?1。对流降水带来的凝结潜热释放加强了南北非绝热加热梯度,越赤道南风偏差抵消了一部分因为短波辐射偏大带来的海温偏暖,这说明海温平均态的改善是模拟误差相互抵消的结果。在季节循环的模拟方面也存在类似的现象,f3-L和g3中的海温年循环有所改进但较观测振幅仍旧偏弱。这是因为f3-L和g3模拟的经向风和潜热的年循环振幅比前版本要偏强,误差加大的同时也更大地抵消短波辐射的年循环偏差。g2和s2模拟的海温在赤道东太平洋则存在一个虚假半年循环分量,这主要是由潜热通量半年循环偏差所引起的。     

西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国160站月平均降水和气温资料, 分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明:最近50年, 西太平洋海温指数 (WPI) 与南方涛动指数 (SOI) 之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI-SOI相关关系不显著时, 在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低) 海温-反气旋 (气旋) 异常环流系统, 不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系; 与此相对应, 冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI-SOI相关显著 (不显著) 时段, 冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强)。     

厄尔尼诺与南方涛动

厄尔尼诺和南方涛动是一个全球性的气候事件。一次强厄尔尼诺和南方涛动的发生会在全球许多地区几乎同时导致大气候异常,并对南美甚至北美的海洋生物系统产生危害。厄尔尼诺归因于秘鲁沿岸海水的冬季增温,每2～7年这种增温现象明显地扩展到中、东太平洋。南方涛动是活动...     

黄河中游降水与太平洋海温、南方涛动的关联

本文采用经验正交函数(EOF)展开和波谱分析方法,讨论1957年1月至1977年12月黄河中游降水分布特征及其演变周期,并讨论了它们分别与亦道西、东太平洋、北太平洋海域海温及南方涛动指数关系。计算结果表明,黄河中游降水的年际变化异常型主要为榆社一带以及西峰镇以南以西地区降水偏多(偏少),其余四周降水偏少(偏多)。这种异常型具有20.7个月(准两年)及12.4个月(准一年)显著周期。该月降水同上述有关洋面上月海温及南方涛动指数有较强的关联,在20.7个月周期上它们关联尤为明显。     

夏季亚洲-太平洋涛动的耦合模式模拟

亚洲-太平洋涛动是夏季欧亚大陆东部(15°—50°N,60°—120°E)与北太平洋上空(15°—50°N,180°—120°W)温度场反相变化的现象。亚洲-太平洋涛动指数由对流层上层(500—200 hPa)温度定义,反映了亚洲-太平洋纬向热力差异。基于一个全球海-气耦合模式FGOALS_gl的20世纪气候模拟试验结果,讨论了其对20世纪亚洲-太平洋涛动指数变化的模拟能力。结果表明,较之ERA-40再分析资料(1960—1999年),模式很好地刻画出上层温度场的平均态和主导模态的空间型。从趋势上看,模式对北太平洋上空温度的年代际变化和趋势模拟较好,但未能模拟出亚洲东部陆地上空的降温趋势。从频谱分析结果看,模拟的亚洲-太平洋涛动指数2—3,a的年际变率与再分析资料相当,5-7 a周期的变率较弱。模式能够较好地模拟出与亚洲-太平洋涛动指数相关的亚洲季风区气候异常。在20世纪模拟中,外强迫因子会改变耦合系统的年际变率,在自然因子强迫下亚洲-太平洋涛动指数的功率谱向低频方向增强,人为强迫因子的作用则相反。自然强迫因子和人为强迫因子在不同时期对亚洲-太平洋涛动年际和年代际变率的作用不同。在年际变率中人为强迫因子能够控制亚洲-太平洋涛动的变率使其不致过大;在年代际变率中人为强迫因子会增强自然强迫下亚洲-太平洋涛动的变率。模式上层温度的主导模态受ENSO调制,可能影响亚洲-太平洋涛动的年际变率。因此,模式对ENSO模拟能力的缺陷是制约模式对流层上层温度及亚洲-太平洋涛动指数变率的重要因素。     

赤道东太平洋海气耦合多年振荡的一个简单模式

本文根据赤道东太平洋地区大气和海洋的环流特征,提出了一个局域纬向平均的海气耦合的振荡模式。分析表明,由于冷水涌升加大了海洋混合层的热惯性,“云-辐射-海温”反馈能激发出周期为三年左右的海气耦合振荡。在“天气噪声”的随机强迫下,系统具有与实测值符合得较好的功率谱分布。      

十五世纪以来南方涛动指数与北太平洋海温场的重建

本文利用中国近五百年旱涝等级资料,用典型相关的方法重建了15世纪以来的南方涛动指数（SOI）和北太平洋海温（SST）场。在SOI的重建中校准了1913—1973年校准期方差的40%,在1852—1912年的独立验证期验证了方差的20%;在北太平洋SST的重建中校准的方差较高,其中赤道东太平洋SST的校准方差达60%,在近100年的定性检验中效果也很好。说明用中国历史时期的旱涝资料能够在一定程度上重建出历史时期的ENSO事件。通过对15世纪以来SO和SST重建值的分析发现,ENSO事件不但具有明显的周期性,而且还有250年左右的阶段性变化。SO和SST不仅存在2—7年公认的周期,而且历史上SO还有10.6年、赤道东太平洋SST还有25—28.5年及100年左右与太阳活动有关的周期、进一步分析还得出,18,19世纪及20世纪前期SO低指数事件发生相对较少,15世纪后期、16、17世纪及20世纪后期SO低指数事件发生较多;且历史上的低指数多发期与气候上的冷期一致,而低指数少发期则与气候上的暖期一致;气候上的干旱（湿润）期则与东太平洋长期偏冷（暖）、西太平洋长期偏暖（冷）相对应。     

热带风场季内振荡强度与海表温度异常关系研究

利用NCEP/NCAR逐日风场及英国气象局逐月海表温度资料,研究了对流层高低层风场季内振荡强度季节变化特征,探讨了其年际及年代际异常特征与海表温度异常的关系。热带印度洋、热带西太平洋是高低层风场季内振荡终年均活跃的区域。对流层高低层风场季内振荡强度异常与海表温度异常均不存在确定的局地关系。风场季内振荡能量异常与海表温度异常在年代际尺度上具有良好对应关系,20世纪70年代中后期以来,赤道东太平洋海温异常升高,Walker环流减弱,导致亚洲区域季风季内振荡强度减弱,赤道太平洋区域200hPa（850hPa）风场季内振荡在赤道东太平洋增强（减弱）,在印度洋东南部—印尼—中西太平洋的暖池区域减弱（增强）,促进了ElNino事件的增强。对流层高低层风场季内振荡强度年际异常与ElNino事件关系密切,这一特征在低层（850hPa）风场表现更显著。在事件发展初期,热带中西太平洋区域850hPa风场季内振荡异常增强并东移,事件发生之后这些区域能量减弱。大气季内振荡可能是ElNino事件的激发因素。     

我国夏季降水与全球海温的耦合关系分析

利用我国160个台站从1951~2000年的月降水观测资料和NCEP/NCAR的全球海表温度(SST)资料,分析了我国夏季(6、7、8月)降水的时空变化特征及其与海温的相关,并应用奇异值分解(SVD)方法研究了我国夏季降水分布异常与海温变化的耦合关系。结果表明,我国夏季降水异常的雨型分布主要有3种,这些雨型的时间变化除了有明显的年际变化外,还存在显著的年代际变化。尤其是华北地区的降水从1965年左右开始减少,特别是大约1976年后有显著的减少。SVD分析揭示的我国夏季降水和全球海温异常的耦合关系表明,这种耦合关系最主要的时空变化特征表现在年代际变化的时间尺度上。我国华北和东北南部的夏季降水从1976年前后明显减少,与之显著关联的海温异常的关键区包括太平洋、印度洋以及热带和南大西洋。特别是热带中、东太平洋,印度洋,以及热带和南大西洋海水,从1976年前后也明显增暖。本研究揭示的华北持续干旱与印度洋和大西洋海温的年代际变化的耦合关系,在以往的研究中还未见到,因而有必要在今后的研究中加以重视。我国夏季降水和海温的耦合关系,还表现在长江中下游地区的降水异常与太平洋和大西洋海温异常的显著相关上。当南海和黑潮区域以及相邻的热带西太平洋海区海温为正异常时,热带和北大西洋海温也为正异常;而热带中、东太平洋海温为负异常时,长江中下游地区往往偏涝;反之,该地区则偏旱。     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系I.耦合分析

运用CSVD和联合CSVD等较新颖的统计方法,在去除/未去除ENSO影响的思路下,探讨了印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系,结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)影响的情况下,全区一致型的海温异常分布对南海夏季风建立迟早起着重要的作用。当全区温度距平为正(负)时,南海夏季风建立较晚(早)。在去除了ENSO信号的影响后,非ENSO全区一致型和SIODM型是影响南海夏季风建立早晚的两个主要的印度洋海温分布型。对于非ENSO全区一致型的海温分布,当前期海温全区为负(正)距平时,南海夏季风建立较早(晚)。而对于SIODM型的海温分布,则当前期海温距平为西负东正(西正东负)的SIODM型时,南海夏季风建立较早(晚)。     

热带海表风速与海表温度日变化关系分析

利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的微波成像仪(TMI)探测结果,在像元分辨率上同步反演的10年海表温度(SST)和海表风速(SSW)资料,研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著,SST日最小值多出现在早晨03:00(当地时间,下同)至06:00,日最大值多出现在午后17:00至19:00,SST日绝对振幅为1.9~3.4℃,日相对振幅为5%~7%。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响,且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小,当SSW增加至9 m/s之后,SST日绝对振幅变化不再明显;二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下,暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0.16℃;在风速大的情况下,秘鲁沿岸区域平均SST日绝对振幅异常增大了0.17℃,且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。     

热带太平洋海温年际变化对海表风应力的响应及其敏感性试验

在GFDL海洋模式的基础上发展了一个高分辨率的太平洋环流模式,模式较好地模拟出太平洋上层海温的气候状态及其季节和年际变化的主要特征。用观测的1985～1995年海表风应力去强迫模式,清楚地模拟出相应的暖事件和冷事件。敏感性试验揭示,日界线附近持续的西风距平愈强,赤道中、东太平洋增暖愈大,其影响向东传播扩展,5个月左右可达太平洋东岸,传播速度与西风应力距平强度关系不大。     

MJO与北半球高纬地区冬季地表气温异常的联系

基于1979—2016年NCEP-NCAR逐日再分析资料研究了热带季节内振荡(MJO)和北半球冬季高纬地区地表气温(SAT)之间的联系。利用实时多变量MJO(RMM)指数,将MJO分为8个位相,其中位相2(位相6)对应于位于印度洋地区的正(负)对流。不同MJO位相下的SAT合成结果显示MJO第二位相后的5～15 d,北半球高纬地区(60°～90°N、180°～60°W)有明显的负SAT异常;由于热带异常加热信号的改变,在MJO第六位相后的5～15 d该地区则对应于显著的正SAT异常。该地区温度的垂直结构在各个位相下也表现出类似的分布特征。合成的500 hPa位势高度异常场显示,在温度负(正)异常的位相对应有明显的位势高度负(正)异常,这种环流异常主要是由与热带对流异常相联系的向东北方向传播的罗斯贝波列所引起的。通过对波活动通量的计算,推断该东北方向传播的罗斯贝波列很可能是罗斯贝波能量频散的结果。合成的700 hPa比湿异常场和SAT之间在存在着较好的对应关系,考虑到对流层中层的比湿与向下长波辐射之间存在着正相关关系,说明该温度异常也可能与辐射过程相关。上述分析表明与MJO对流相关的大尺...     

Vanishing Horizontal Sea Surface Temperature Gradients at Low Wind Speeds

Sea surface temperature (SST) is a result of multiple interactions in air-sea processes. During days with strong insolation and low wind speed, there may be uneven net heating of the water layer near the surface of the ocean, when there are horizontal temperature gradients at the sea surface. Cooling of the water caused by evaporation, sensible, or longwave radiative, heat loss would be greater from warm water compared to that from relatively cold water. As a result, under low wind speed conditions and clear skies, the horizontal SST discontinuities, occurring at fronts, eddies, or in storm wakes, may diminish or even vanish. This phenomenon is illustrated here with some field and modelling results. The dependence on latitude and mean environmental conditions of the difference in warming on the cold and warm side of SST discontinuities is explored. The time dependence is important for the impact on remote sensing of SST, and it is found to be short enough that substantial masking of SST gradients can occur during the first six hours of the diurnal heating cycle, but the effect would continue to grow if calm and solar heating persist for several subsequent days. An integrated effect of this uneven net heating is seen in the seasonal masking of subsurface temperature gradients in the Gulf of Mexico and Florida Straits.     

南极海冰的变动与赤道SST的关系

本文利用1973—1982年卫星观测的南极海冰资料,借助于谐波分析和谱分析计算方法,探讨了南极海冰与东、西太平洋赤道海温（SST）的关系。发现南极海冰和东太平洋赤道海温都存在准三年振荡周期,并且它们之间还存在着明显的相关关系。     

热带对流和环流季内振荡强度与海表温度关系对比研究

利用外逸长波辐射(OLR）、风场和海表温度(SST)资料, 研究了热带大气季节内振荡(ISO)强度的季节变化特征, 发现热带印度洋和热带西太平洋区域是OLR和风场季内振荡最主要的共同活跃区。对比分析了OLR和风场季内振荡强度与海表温度异常之间的年际异常关系, 发现OLR季内振荡强度异常与海表温度异常之间存在显著局地正相关关系, 即在热带中东太平洋区域、热带西北太平洋区域和热带西南太平洋区域, 当海表温度正(负)异常时, OLR季内振荡增强(减弱),特别在冬春季节这一关系更清楚。除个别区域外, 风场季内振荡强度异常与海表温度异常不存在类似OLR的局地关系。OLR和风场季内振荡强度异常与海表温度异常之间局地和非局地关系的差异, 体现了两种要素特性的本质差异。但两种要素季内振荡强度在El Niño事件发展过程中的变化基本一致, 即在气候场中季内振荡活跃的区域, 事件发生之前季内振荡会增强, 并逐渐向东传播, 事件发生之后这些区域振荡减弱。