西北太平洋水汽输送异常及其与中国夏季降水的耦合模态

基于长时间序列的大气资料,计算了西北太平洋地区的水汽输送通量,分析了水汽输送通量场的时空变化特征,并给出了西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常的耦合模态.结果显示:西北太平洋水汽输送通量场具有显著的经向型、辐散型和纬向型3个主要的空间型,这三种模态的年循环特征都很显著.夏季,西北太平洋水汽输送通量异常以辐散型为主,且具有显著的准两年周期振荡特征和明显的年代际变率;在西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常前三类主要的耦合模态中,水汽输送通量异常以纬向型和辐散型为主.分析表明,西北太平洋水汽输送通量变化是影响中国东部降水异常的重要因素之一,而西太平洋暖池区、黑潮流域和中国近海尤其是南海海域则是向中国输送水汽的关键区域.这可为西北太平洋海气相互作用过程及其对中国气候的影响研究提供了必要的科学依据.     

太平洋中的主要起伏模态

对海洋中起伏运动(heaving)信号的时空分布研究能够帮助我们更好地了解气候系统中的年际和年代际变率。文章通过再分析资料和模式对太平洋区域的heaving主要模态进行了研究。研究结果表明: 太平洋区域主要存在两种heaving模态: 第一模态主要表现为赤道东西两侧的温跃层异常信号反位相; 第二模态表现为赤道区域和副热带区域的温跃层异常信号呈现反位相变化的规律。本文对这两个主要heaving模态所涉及的物理过程进行详细讨论, 结果表明: 东西反位相模态主要是受赤道波动调节的结果; 而经向结构模态则主要是由赤道地区的波动和副热带区域的风应力旋度异常作用共同导致。此外, 我们还讨论了heaving模态可以通过海洋波动以及Ekman输送等过程对海盆尺度的热输送(振幅约为5×10¹⁴W)以及海洋热含量(振幅约为1.5×10²⁰J)的再分配起到了关键的调制作用, 进一步表明heaving模态对全球气候变化有着重要的作用。     

ITF in a coupled GCM and its interannual variability related to ENSO and IOD

1 Introduction Indonesian Throughflow (ITF) connects the Indian and Pacific Oceans at low latitudes. There is the well- known interannual variability, El Ni%o, over the tropical Pacific. The recent finding of Indian Ocean Dipole (IOD) (Saji et al., 1999; …     

热带太平洋气候变率的三类模态及与ENSO强度变化的关系

基于Kaplan等重建的1856—2001年全球海表水温距平(SSTA)资料，用小波变换分析了热带太平洋SSTA的气候变率，对热带太平洋SSTA分别进行2—8、8—30和30—100a带通滤波，然后进行EOF分解。结果发现，ENSO模态具有5a左右的年际变化和15a左右的年代际变化2种显著周期，当二者位相相同时，ENSO事件加强，当二者位相相反时，ENSO事件减弱，当年际变化不明显时，显著的年代际变化也可单独导致ENSO事件；热带太平洋SSTA气候态变率以西太平洋暖池和赤道两侧的热带中东太平洋明显海温同号异常为主要特征，具60a左右的周期，其相位变化与气候跃变及El Nifio事件的类型有密切联系；长期增温倾向加大了El Nifio事件的振幅。文章最后指出，ENSO事件强度变化是由年际、年代际和气候态等3类模态变率共同作用的结果，在ENSO预报模式中考虑并引入年代际和气候态变化对ENSO循环的影响，是提高ENSO预测水平的有效途径之一。     

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.     

Review on North Pacific Subtropical Countercurrents and Subtropical Fronts: role of mode waters in ocean circulation and climate

A Subtropical Countercurrent (STCC) is a narrow eastward jet on the equator side of a subtropical gyre, flowing against the broad westward Sverdrup flow. Together with theories, recent enhanced observations and model simulations have revealed the importance of mode waters in the formation and variability of North Pacific STCCs. There are three distinct STCCs in the North Pacific, maintained by low potential vorticity (PV) that mode waters carry from the north. Model simulations show that changes in mode water ventilation result in interannual to interdecadal variations and long-term changes of STCCs. STCCs affect the atmosphere through their surface thermal effects, inducing anomalous cyclonic wind curl and precipitation along them. Thus, mode waters are not merely passive water masses but have dynamical and climatic effects. For temporal variability, atmospheric forcings are also suggested to be important in addition to the variability of mode waters. STCCs exist in other oceans and they are also flanked by mode waters on their poleward sides, suggesting that they are maintained by similar dynamics.     

西北太平洋海气界面热通量时空分布特征研究

基于第三版本HOAPs (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data)海表面温度、潜热通量、感热通量、海表面空气比湿以及海表面风场5个参量的18 a(1988～2005年)逐月平均资料,利用经验正交函数和奇异值分解方法分析了异常潜热和感热通量场在西北太平洋的时空分布特征及造成这种分布的主要影响因素.EOF的分析结果表明,异常潜热通量场主要体现为第一第二两个模态的变化,第一模态显示整个海域呈同相变化且在时间上呈准年周期变化,第二模态则描述了分别位于10°N,25°N和40°N的3个极值中心并伴随多年振荡,由因子载荷分布可知热带太平洋是第二模态的行为中心,因此该模态可能与ENSO事件相关.异常感热通量场则主要表现为第一模态的变化,在时间上呈准年周期变化并伴随有多年时间尺度的振荡.奇异值分解方法的分析结果表明异常海表面风场是异常潜热和感热通量场时空变化的重要影响因素.     

南海海面高度变化及其与太平洋上涛动信号的关系

本文使用循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法分析了南海海面高度(SCS-SSH)的时空变化模态,并对它们与太平洋海盆尺度振荡的关系进行了探讨分析。结果表明,SCS-SSH的第一个CSEOF模态是季节变化模态,其变化强度受到一个与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关的低频信号的调制,即在厄尔尼诺期间季节变化的幅度减弱(最大可降低30%,1997/98)而在拉尼娜期间季节变化增强。SCS-SSH的第二个CSEOF模态是年际-年代际尺度的低频变化模态,其空间模态的月与月之间的差异微弱,而时间模态和太平洋年代际振荡(PDO)指数高度相关。然后,我们使用独立成分分析(ICA)方法提取了太平洋中的五个主要振荡成分,并检验了它们对SCS-SSH变化的各自影响。分析表明,纯粹的ENSO模态(类似于太平洋东部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化的影响比较微弱,而ENSO的红化模态(类似于太平洋中部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化具有明显影响。由于ENSO的红化模态是PDO信号的一个主要成分,这一结果解释了为什么在影响SCS-SSH的低频变化上PDO比ENSO更重要。径向鞍型振荡模态、黑潮延伸体处的增温模态、以及赤道的降温模态也由ICA方法提取出来,但它们对SCS-SSH低频变异的影响微弱。进一步的分析表明,太平洋的涛动信号可能以不同的方式来影响南海海面高度变化和海表温度变化。     

20世纪太平洋海温变化中人为因子与自然因子贡献的模拟研究

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室(LASG/IAP)发展的气候系统模式FGOALS_gl对20世纪太平洋海温变化的模拟,讨论了自然因子和人为因子对20世纪太平洋海温变化的相对贡献。观测资料表明,20世纪太平洋平均的SST变化主要分为3个时段:20世纪上半叶的增暖,40—70年代的微弱变冷,70年代之后的迅速增暖。20世纪太平洋SST变化的主导模态是全海盆尺度的振荡上升模态,其次为PDO振荡型,在70年代末PDO存在明显的年代际转型。通过全强迫试验、自然强迫试验、控制试验对上述现象进行归因分析,结果表明,人为因子和内部变率都对第一次增暖有贡献,而人类活动(主要是温室气体的增加)是70年代之后太平洋SST迅速增暖的主要原因。分区域来看,在两个增暖时段中,影响黑潮延伸体区SST变化的主要是自然因子和内部变率,影响其它海域SST变化的则主要是人为因子。全强迫试验可以较好的模拟出前两个模态的空间分布及时间序列。在没有人为因子的影响下,PDO成为太平洋海温变化的主导模态,其年代际转变发生在60年代中期,意味着人为因子是全海盆振荡增暖的主导原因,并且它使得年代际转型滞后了10a。因此,自然因子是导致SST年代际转型中的主导因子,人为因子有"调谐"作用。     

太平洋年代际海洋变率研究进展

随着“气候变率与可预报性研究”（CLIVAR计划）的实施，年代际气候变率研究已经成为国际气候研究的一个新热点，由于海洋特别是海洋次表层具有巨大的热损性，海洋环流在年代际气候变率中所起的作用已得到越来越多的重视。但迄今为止，海洋以什么方式参与到年代际气候变化中，海洋次表层在年际和年代际时间尺度上起到什么作用这些与海洋环流有关的问题仍未得到解决，而这些问题的解决将有助于建立一种完备的年代际气候变化机制的理论，文章通过对近10a来国内外在该领域内研究进展的回顾，提出了一个关于太平洋年际变化（如ENSO循环）和年代际变化（如PDO循环）相互作用的猜想，为今后在国内开展相关研究提供了一些设想。     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

Principal Modes and Related Frequencies of Sea Surface Temperature Variability in the Pacific Coast of North America

We examined monthly time-series (1950 to 1999) of sea surface temperature (SST) anomalies in 47 quadrants (2° × 2°) along the Pacific coast of North America. Correlation, clustering and principal components analyses were applied to identify the spatial structure in coastal SST. The resulting modes and the individual series were investigated using spectral analysis to identify the most significant time-scales of variability, and the propagation of the main signals was explored by computing the wavenumber-frequency spectrum of each spatial mode. Results showed that coastal SST variability in the northeast Pacific conformed to three main geographical modes. A tropical mode extends from the equator to about the entrance to the Gulf of California. This mode appears related to two low frequency components of the El Niño-Southern Oscillation of about 3 and 5 years. The SST anomaly related to these signals propagates poleward, seemingly at low speeds (≈0.08 m s^?1). A temperate (or transitional) mode, which includes the coastal areas along the California Current System, also shows the 5-year signal plus a decadal-scale component (periods between 10–17 years). Finally, a subarctic mode includes the coastal areas along the Gulf of Alaska and is dominated by the interdecadal variability that is characterized by the Pacific Decadal Oscillation.     

赤道太平洋-印度洋海温异常综合模与次表层海温异常

通过对1958-2001年的SODA海温资料进行经验正交函数分解,得到了太平洋-印度洋海温异常综合模态,该模态在海表及次表层的时空演变特征的分析表明,在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高)。该综合模态既有年际变化特征,还有年代际变化特征,在20世纪70年代中后期由以负指数为主转变为以正指数为主。对1958-2001年强正、负指数事件合成分析结果得知,综合模也存在着显著的年变化特征,在2-4月份偏弱,最强出现在10月份。西太平洋暖池次表层与赤道东太平洋次表层、赤道东印度洋次表层与西印度洋次表层有一种反位相的变化。次表层海温异常在东太平洋、西印度洋分别沿着南北纬10°左右向西太平洋、东印度洋传播并向赤道扩展,西太平洋、东印度洋的次表层海温异常则分别沿赤道向东太平洋、西印度洋传播汇聚。     

A global analysis of multi-mode sea surface temperature pattern

1 IntroductionThe variability of the air -sea system orches-trates a complex climate system of our earth, andthis variability gives rise to an array of naturally oc-curring dynamical modes at different time scales.These modes are important attributes of c…     

全球百年海表面温度年际和年代际变化特征分析

利用100 a(1903—2002年)HadiSST的逐月资料,将全球海表面温度异常(SSTA)作为整体进行经验正交函数分解(EOF分解),提取了控制各大洋SSTA的主导模态和各大洋之间的联合模态,分析了相应的空间分布和时间序列。研究结果表明:SSTA变化最剧烈的海区是赤道中东太平洋、西北大西洋湾流海区和北太平洋黑潮延伸体海区。热带太平洋厄尔尼诺和南方涛动是主导模态并具有2~7 a周期的年际变化;SSTA变化第二主模态和第三主模态都是以大约70 a为周期的年代际变化为主的跨大洋联合模态。第二主模态的空间分布主要表现为中纬度北太平洋和北大西洋反位相、热带太平洋与大西洋反位相的太平洋-大西洋双偶极子型分布。SSTA变化的第三模态主要呈现南北半球海洋反位相的特征,为北太平洋-北大西洋-南大洋联合模态。第四模态基本上是反映各个不同海域特有的局地海洋-大气相互作用模态,该模态的时间序列具有1~4 a周期的年际变化和约9 a周期的年代际变化。     

东亚夏季气候主要模态的年际变化及其机理

主要研究了东亚(中国和日本)夏季气候(降水和气温)主要模态的年际变化及其机理。研究发现,中国区域夏季降水和气温的大尺度年际变化间有很强的耦合:大范围多(少)雨对应大范围低(高)温。奇异值分解的第一个模态的长期变化主要反映了长江中下游地区降水逐年增加(变湿)的趋势而气温逐年降低(变冷)的趋势。在70年代中期以后,长江中下游地区降水和气温耦合变化的准两年分量明显增强。研究表明,影响长江中下游地区夏季降水和气温年际变化的大尺度环流背景异常十分相似,即主要是两个遥相关型:太平洋-日本(PJ)型和欧亚型遥相关型。与夏季东亚梅雨异常相联系的长江中下游地区降水和气温异常是中高纬度干冷空气和低纬度暖湿空气相互作用的结果。热带西太平洋海表温度异常和相关的对流活动的年际变化通过PJ型对东亚地区夏季降水和气温的年际变化产生十分显着的影响。西太平洋对流活动与北半球大气环流遥相关的相互作用有明显的季节性。PJ型不仅是夏季西太平洋对流活动与北半球夏季热带外地区500hPa高度场年际变化耦合相互作用的最重要模态,而且也是两者各自变化的一个十分重要的模态。1984年夏季北半球500hPa位势高度主振荡型分析表明存在着能量从热带西太平洋向东亚北部的PJ型的振荡传播。低纬度的影响可传播到70°N,同时也存在能量从高纬度向低纬度的传播.即从极地传播到70°N。高纬度和低纬度的影响在70°N附近汇合。     

Effects of Interannual Variability in the Eastern Indian Ocean on the Indonesian Throughflow

The influences of the large-scale interannual variations in the eastern Indian Ocean on the variability of the Indonesian throughflow are investigated by using an ocean general circulation model, driven by the ERS satellite winds from July 1992 to June 1997. The empirical orthogonal function (EOF) analysis of the simulated surface dynamic height variability captures two dominant modes on an interannual time scale, which are quite consistent with the available observations. The first mode indicates large amplitude in the western tropical Pacific and has a strong relation to the El Niño events, while the second EOF exhibits the large amplitude in the eastern Indian Ocean. The simulated net Indonesian throughflow shows an interannual variation of amplitude of about 15 Sv, with large transport from the Pacific to the Indian Ocean during 1994/95 and small transport during 1992 and 1997. It turns out that the net throughflow variation shows a high correlation with the second EOF mode (r = 0.51) for the whole five-year simulation. On the other hand, the correlation with the first mode is rather low (r = ?0.07). However, the relative importance of the EOF modes to the throughflow variability changes with time. The upper-layer transport above a depth of 230 m in the Indonesian archipelago is also affected by the second mode. The difference in the upper-layer transport across 1°S and 110°E generates warm water convergence/divergence with a magnitude of 4 Sv within the Indonesian Seas on the interannual time scale, which shows good correspondence with sea surface temperature variation averaged over the Indonesian archipelago.     

热带三大洋海-气耦合主模态及其相互作用的研究进展

从地球气候系统的角度,回顾了国内外热带太平洋、大西洋和印度洋海洋-大气相互作用研究,特别是有关这三大洋海-气耦合主模态研究已取得的成就;提出了热带印度洋、大西洋在被热带太平洋“充电”的同时,如何通过大气桥“放电”,从而改变热带太平洋海洋动力过程是目前面临的重要科学问题.指出了海洋动力过程在三大洋相互作用中的重要性.     

Vertical structure variability in a seasonal simulation of a medium-resolution regional model of the Eastern South Pacific

A seasonal simulation from a medium-resolution ocean general circulation mode (OGCM) is used to investigate the vertical structure variability of the Southeast Pacific (SEP). The focus is on the extra-tropical Rossby wave (ETRW) variability and associated forcing mechanism. Some aspects of the model mean state are validated from available observations, which justifies a vertical mode decomposition of the model variability. The analysis of the baroclinic mode contributions to sea level indicates that the gravest mode is dominant over most of the domain at all frequencies. Annual variability is on average twice as large as the semi-annual variability which is confined near the coast for all the modes. The first baroclinic mode contribution to the annual cycle exhibits a clear westward propagation north of the critical latitude. The higher-order modes only contribute near the coast where they are associated with vertically propagating energy. The residual variability, which is the energy at all timescales other than annual and semi-annual periods peaks offshore between 20°S and 30°S for all baroclinic modes. The third baroclinic mode also exhibits a relative maximum variability off the coast of Peru south of the critical latitude of the annual cycle (13°S), where the Peru–Chile Undercurrent is the most intense. Sensitivity experiments to the atmospheric and boundary forcing suggest that the residual variability results from the non-linear interaction between annual Rossby waves and the mean flow, while the annual ETRWs in the model result from the summed-contribution from both the local wind stress and remote equatorial forcing. Overall the study extends the classical analysis of sea level variability in the SEP based on linear theory, and suggests that the peculiarities of the baroclinic modes need to be taken into account for interpreting the sea level variability and understanding its connection with the equatorial variability.     

Assessment of the half-century evolution of mechanisms controlling the heat exchange between high and midlatitudes in the annual cycle

We present the results of joint analysis of (1) predominant modes of the low-frequency variability of the atmosphere, (2) mechanisms of formation of annual-cycle anomalies, and (3) sudden extreme anomalies on a planetary scale. NCEP/NCAR reanalysis data over 1958–1998 and operational objective analysis of the RF Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring (Rosgidromet) over 2002–2007 with monthly averaging are used. We have attempted to study the cases of extreme monthly mean anomalies in the atmospheric general circulation and their consequences. The role of interannual winter negative anomalies of the air temperature over continents in stabilizing the annual cycle of the present-day climate (which was observed in the 1950s–1960s) is shown, as well as the role of the deformation of the North Atlantic dipole into the planetary wave oriented from west to east (the deformation was observed in April 1997 and again in 2007) in the weakening of the annual climatic cycle.