春季厄尔尼诺快速衰减对华北夏季降水的影响

利用再分析的陆地降水、环流和辐射数据,以及表征大气波动的指数,对比了1951—2020年期间El Niño春季快速衰减年和缓慢衰减年的东亚环流和华北夏季降水异常情况,并从大气波动强度的角度探讨了为何El Niño在一些年份的春季会发生快速衰减。结果表明,相较于其他不发生El Niño衰减的年份,El Niño春季快速衰减年华北7、8月的降水量显著偏多,尤其是8月;而El Niño缓慢衰减年夏季,华北降水相较其他年份偏多不明显。El Niño春季快速衰减年6—8月850 hPa上菲律宾到南海存在异常反气旋,其强度强于El Niño缓慢衰减年;El Niño春季快速衰减年8月500 hPa西太平洋副热带高压(西太副高)显著偏北,而缓慢衰减年西太副高偏北的特征不明显,而是以偏西为主;200 hPa副热带西风急流在El Niño春季快速衰减年8月显著偏北,而在El Niño缓慢衰减年中反而略偏南;El Niño春季快速衰减年6—8月沃克环流显著偏强,相比之下El Niño缓慢衰减年沃克环流偏强的特征要弱很多。上述环流异常特征为El Niño春季快速衰减年华北7—8月降水异常偏多提供了有利条件。通过近地面风场合成分析发现,春季El Niño快速衰减月前后,赤道中西太平洋异常东风爆发非常明显,而El Niño缓慢衰减年的异常东风信号较弱。春季El Niño快速衰减前印度洋对流活动非常强盛,并向海洋性大陆传播,这种对流可能通过不断激发大气波动,继而引发近地面东风爆发,最终导致El Niño出现快速衰减。     

副极地海洋锋区海温异常影响厄尔尼诺的机制研究

基于1979—2021年的ERA5再分析资料,研究了副极地海洋锋区(Subarctic Frontal Zone, SAFZ)海温(Sea Surface Temperature, SST)异常相关的冬季海气相互作用过程及其影响次年冬季厄尔尼诺(El Niño)的机制。研究表明,冬季SAFZ的特征海气异常表现为大尺度的SST暖异常与偶极型的大气环流异常。在SAFZ海气相互作用过程中,海洋首先通过直接的非绝热加热影响低层大气斜压性,随后通过间接的瞬变涡旋反馈使相当正压的位势高度异常在整个冬季内维持。其中,南部的气旋式环流异常通过减弱副热带的平均信风激发太平洋经向模态(Pacific Meridional Mode, PMM)与风—蒸发—SST (Wind-Evaporation-SST, WES)反馈,从而使中纬度SST暖异常南传至热带太平洋中部,随后导致El Niño发生。然而,并非所有的SAFZ暖异常事件都能激发次年冬季的El Niño,中纬度海气耦合异常的初始配置及同期热带太平洋的表现情况将对中纬度信号南传至热带的过程产生较大的影响。     

DEMETER耦合气候模式对西北太平洋纬向风

文章评估耦合气候模式预测台风季节(6～10月)西北太平洋纬向风垂直切变幅度(MWS)的年际变化能力,分析显示欧洲多模式集合气候预测系统计划(DEMETER)中耦合模式数据基本具有回报MWS基本空间分布特征的能力,而回报MWS空间能力的不足区域与模式回报MWS与西北太平洋年台风数(WNPTF)的虚假显著相关区域相一致。过程中还显示西北太平洋低纬海区MWS与WNPTF正(负)相关,而强El Niño年时该海区MWS对应正(负)异常,强La Niña年时则相反;这意味着在台风季节,强El Niño年的WNPTF容易比强La Niña年的WNPTF偏多。在考察MWS的时间变异特征时,将MWS区域平均时间序列(MWS_T)和MWS的EOF第一特征向量对应的时间系数(MWS_PC1)定义为纬向风垂直切变指数,讨论指数与WNPTF、强ENSO间的关系。分析显示,MWS_T(MWS_PC1)分别与Niño3.4指数、WNPTF 显著相关,模式集合较好地再现了这种特征;但对强ENSO信号的响应,两个指数在ERA-40数据中是相反的,而在模式集合中却是一致的。     

Ningaloo Niño/Niña与华南冬季降水异常的联系

利用1979—2017年逐月平均的NOAA ERSST V3b海表温度资料、CN05.1降水资料以及NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了Ningaloo Niño/Niña的基本特征及其与华南冬季降水异常的联系。结果表明,Ningaloo Niño/Niña是副热带东印度洋海温异常EOF第一模态,具有明显的年际变化特征和季节锁相特性。在扣除El Niño/La Niña的影响后,Ningaloo Niño/Niña与华南冬季降水异常存在着密切的联系,即Ningaloo Niño(Niña)年时,华南地区冬季降水增多(减少)。这种影响的可能机制是:Ningaloo Niño/Niña通过影响南支槽的强度变化进而影响华南冬季降水异常。Ningaloo Niño年冬季,澳大利亚西侧海表温度升高,对流增强,使南半球80°~100°E附近的Hadley环流上升支增强,造成经向环流异常,北半球低纬度地区形成一个异常的反环流圈,导致南支槽的增强。南支槽的强度与华南冬季降水呈正相关关系,南支槽强度偏强时,活跃的扰动向下游传播,槽前盛行的西南气流使得充足的水汽自孟加拉湾由西南向东北方向输入,为华南冬季降水偏多提供了条件,Ningaloo Niña年份的情形则与之相反。     

El Niño 事件对不同区域风场异常影响的差异

利用NMC850hPa月平均风场资料,对赤道太平洋-印度洋区域、热带两大洋过渡区域、东亚-西太平洋区域环流异常受El Niño茄事件影响程度作了估计。结果显示,3个区域环流异常受El Niño事件影响差异明显,从而揭示出某些区域环流异常成因的多元性。     

1988年反厄尼诺(La Niña)事件的数值模拟

用中国科学院大气物理研究所高分辨率、自由表面热带海洋环流模式对厄尼诺/南方涛动(El/Southern Oscillation)循环中另一重要位相La Niña事件进行了数值模拟研究。模式区域为南北纬30°之间的热带太平洋,经纬圈水平方向分辨率分别为2°和1°,垂直方向分为不等距的14层;模式中考虑了盐度并引入与洋流切变和层结稳定度有关的垂直扩散参数化方案。在观测到的海表风应力、热量和淡水通量(蒸发与降水之差)驱动下,所发展的模式从1984年积分到1989年。本文给出模式对近十几年来最强的1988年La Niña事件进行数值模拟的结果,着重分析La Niña期间热带太平洋海面起伏、流场和温度场时空演变,以及La Niña和El期间变量场时空结构差别。文中还进行了模式结果和一些观测资料间的比较。     

1951—2015年进入东海的台风频数及登陆点的变化

利用日本气象厅提供的西北太平洋台风最佳路径观测资料,选取东海海区为研究范围,统计处理1951—2015年台风各要素资料,研究进入东海海区的台风频数、台风登陆点位置、台风频数及登陆点位置与太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）及ENSO的关系、影响台风生成和移动的因素等。结果表明：1）每年的7—9月为东海海区的台风高发季,其中8月最高,登陆台风也有相似趋势。2）进入东海海域的台风频数存在较明显的年际和年代际变化趋势。当PDO处于暖位相时,台风频数较小且有上升趋势,反之亦然。El Niño年进入东海海区的台风频数较常年减少,反之亦然。Niño3.4指数与台风频数整体上为负相关关系,相关系数为-0.32且通过90%置信度检验。3）进入东海海域的台风登陆点纬度变化较大,处于24~36°N之间,且有年代际变化特征。当PDO处于暖（冷）位相时,台风登陆点偏北（偏南）且有向北（南）移动的趋势。而登陆点纬度与ENSO的关系较为复杂。4）西北太平洋副热带高压的位置和强度是引起台风频数及登陆点位置变化的主要原因之一。当PDO处于冷位相时,西北太平洋副热带高压强度偏弱,且副高中心向东向北方向移动,导致进入东海的台风频数偏多,且台风登陆点偏北,反之亦然。     

TYPHOON ACTIVITY IN NORTHWEST PACIFIC IN RELATION WITH EL NINO AND LA NINA EVENTS

Statistic and typical-year composition methods are used to study the northwest Pacific typhoon activities in relation with the EI Niño and La Niña events. The result indicates that the typhoon tends to be inactive in the EI Niño years and active in the La Niña years and it is also dependent on the onset and ending time and intensity of the events and areas of genesis of typhoons. With statistic features of the frequency of typhoon activity in the EI Niño and La Niña years and the time-lag correlation between the frequency and sea surface temperature(SST), useful information is provided for the prediction of typhoon occurrence. In addition, the singular values disassemble(SVD)method is applied to study the correlation between the geopotential field and SST field. The result shows that the air-sea coupling in the EI Niño years is unfavorable for the typhoon to develop. Which take place with a smaller number. Opposite situations are found with the La Niña years.     

2009/2010年冬季中国气温异常及其对海表温度的遥响应

基于1958/1959～2009/2010年冬季全球海表温度(HadISST)和中国160站地面月平均温度等资料,利用广义平衡反馈分析方法(GEFA),分析了中国地区2009/2010年冬季气温异常型态与SST异常的关系。结果表明,热带中东太平洋El Niño型和热带大西洋“三极型”对2009/2010年冬季中国地区西南暖东北冷的异常型态(简称LN型)影响显著。 为了验证统计结果的可靠性,利用MPI(Max Planck Institute for Meteorology)全球大气环流模式ECHAM5进行气温异常型态对关键海盆SST变化响应的敏感性试验,结果表明西南地区气温异常对热带太平洋El Niño模态强迫的增暖响应在0.5℃左右;对热带大西洋“三极型”强迫的增暖响应在0.6℃左右,增暖中心的云贵高原一带最大增温幅度达到1℃。对El Niño模态、热带大西洋“三极型”的强迫,东北绝大部分地区表现出冷的响应,气温异常下降分别在0.6℃和0.45℃左右,中国东部地区气温异常型态是热带大西洋“三极型”海温异常和热带太平洋El Niño模共同强迫的结果。这两种海温异常型态使中高纬度地区西风加强,阻挡了来至高纬度地区的冷空气向南方输送,导致西南地区较常年偏暖,而东北偏冷。同时,西太平洋地区出现的海平面气压反气旋式环流异常可能削弱了东亚冬季风。     

副热带北太平洋SST在ENSO冷暖位相转变中的作用

2015/2016年发生的极端El Ni?o事件,与1997/1998年El Ni?o事件具有可比拟的强度,但是2016年事件转变为弱La Ni?a,而1998年事件则为强La Ni?a。本文通过对比这两次极端El Ni?o事件,揭示其转变为不同强度La Ni?a事件的物理机制。混合层热收支分析的结果表明,在El Ni?o衰减年的4~11月,2016年平流反馈和温跃层反馈相对较弱,混合层温度衰减速率慢,其产生的主要原因是赤道中西太平洋的东风异常较弱。进一步分析表明,赤道中西太平洋的东风异常与副热带东北太平洋的海表温度异常（SSTA）有关,该地区的SST在1998年表现为冷异常,2016年为暖异常。副热带东北太平洋冷的SSTA有利于信风加强,从而加强中西太平洋的东风异常;而暖的SSTA使得赤道以北出现西南风异常,从而削弱中西太平洋的东风异常。此外,合成分析也表明,副热带东北太平洋SSTA与转变的La Ni?a的强度具有关联,El Ni?o转变为强La Ni?a的情况在位相转变期伴随着副热带北太平洋冷的SSTA,而El Ni?o转变为弱La Ni?a的情况没有明显的冷SSTA。     

冬季赤道太平洋不同类型海温异常表征指数的再构建

利用1963—2013年Hadley中心月平均海表温度资料,以及NCEP/NCAR再分析资料,根据两类厄尔尼诺事件发生时北半球冬季赤道太平洋地区海温异常的不同空间分布特征,即赤道中太平洋CP型和东太平洋EP型海温异常空间分布,从寻找与之相似的空间型角度出发,设计了一组新的海温异常指数I_(CP)和I_(EP)。与以往ENSO指数相比,新指数组I_(CP)和I_(EP)不仅表示了空间上相互独立的海温异常分布,而且在相同的研究时段内,因时间域上相互独立而能更好地表征和区分两类El Ni?o/La Ni?a事件。据此,采用该新指数组探讨了与中部型和东部型海温异常事件相关的热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,与传统的东部型El Ni?o事件发生时最大暖海温中心位于赤道东太平洋地区不同,中部型El Ni?o事件,异常增暖中心位于赤道中太平洋。中部型时异常Walker环流的上升支向西偏移,异常降水集中于热带中太平洋,不似东部型时异常限定于赤道东太平洋地区。不论哪类事件,海洋性大陆均可受到影响,即CP或EP型El Ni?o发生时,海洋性大陆区域降水偏少。但比较而言,中部型ENSO对海洋性大陆区域的影响更大。     

热带印度洋海温的年际变化与ENSO

文中讨论了热带印度洋海表温度距平空间分布的年际变化与赤道中东太平洋海温的关系。EOF分析的结果表明 ,印度洋海温的变化主要存在全区符号一致的单极型和西部与东南部符号相反的偶极型 ,它们具有显著的年际变化。小波凝聚谱揭示了单极、偶极的变化与Nino3区海表温度距平存在密切关系 ,印度洋海温距平从偶极到单极的变化对应着ElNi no事件从发展到衰减的过程。平均而言 ,印度洋偶极超前Nino3区海温距平约 4个月 ,单极滞后约 6个月。整个热带印度洋 -太平洋地区海气耦合特征的演变表明 ,与ElNino从发展到衰减相联系的热带西太平洋海气耦合相互作用在印度洋海温距平从偶极到单极的演变过程中起着非常重要的作用。     

不同PDO位相下El Niño发展年和La Niña年东亚夏季风的季节内变化

基于1957~2017年观测和再分析资料,合成分析了北太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)不同位相下El Ni?o发展年和La Nina年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明,PDO正、负位相作为背景场,分别对El Ni?o发展年、La Nina年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Ni?o发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号,另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常,从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度;反之,PDO负位相则增强了La Nina年热带海气相互作用以及中高纬环流(如东北亚反气旋)的异常。在季节内变化方面,El Ni?o发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常,东北亚位势高度减弱;7月开始,环流形势发生调整,日本以东洋面出现气旋性异常,东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强;8月,随着东亚夏季风季节进程和El Ni?o发展,西太平洋出现气旋性环流异常,东亚副热带位势高度进一步降低,西北太平洋副热带高压(简称副高)明显东退。La Nina年6月异常较弱,主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始,东亚-太平洋遥相关型显著,副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下,均造成东亚地区夏季降水总体上偏少,尤其是中国北方降水显著偏少。     

CMIP5多模式模拟两类El Niño海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验（piControl）模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni?o（即东部EP和中部CP型El Ni?o）的海表盐度（SSS）空间结构差异及其与海表温度（SST）和降水的关系。结果表明:（1）大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni?o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;（2）CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;（3）依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低（高）的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西（偏东）,引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni?o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西。同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡。SSS变化会影响ENSO的发生发展。因此,探讨两类El Ni?o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴。     

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。     

厄尼诺与南海的台风活动

本文对厄尼诺年(赤道东太平洋SST有持续正距平)和反厄尼诺年(赤道东太平洋SST有持续负距平)南海的台风(包括进入南海的西太平洋台风和在南海生成的台风)活动进行了统计分析。结果表明,厄尼诺同南海的台风活动有明显关系:厄尼诺年平均台风数偏少,反厄尼诺年平均台风数偏多,其异常主要发生在8—11月份;在两广沿海登陆的平均台风数也是厄尼诺年偏少,反厄尼诺年偏多,其异常以10和11月最显著;在北部湾海域活动的台风多在8—9月份,也是厄尼诺年偏少,反厄尼诺年偏多。文本也对厄尼诺如何影响南海的台风活动提出了初步看法。      

ENSO对印度洋偶极子非对称性的影响及机制研究北大核心

利用海表温度再分析资料、NCEP/NCAR大气环流再分析资料以及MPI-ESM1-2-LR气候模式PI-Control试验输出数据等,通过对不同强度的厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation, ENSO)事件所对应的印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)事件的分析,探讨了ENSO对IOD偏度的调制作用。结果表明,伴随着赤道中东太平洋明显的正海温偏度,秋季印度洋海表温度存在西正东负的偏度。IOD与ENSO之间呈现出较强的非线性关系,且大部分强的正IOD事件对应着强El Nino事件。强El Nino位相下,IOD事件相关的海温与风场表现出很强的响应,强于La Nina事件产生的响应,表现为强的非对称性;相比较而言,弱El Nino事件与La Nina事件下引起的印度洋海温和风场的强度相当,并没有显著的非对称性。因此,ENSO可通过激发非对称的大气遥相关对IOD强度非对称性产生调制作用,印度洋海表温度偏度很大程度上是由强El Nino事件导致的强正IOD事件所贡献。     

热带太平洋表面水中CO2对El Niño事件响应的数值模拟

文中用一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式模拟了热带太平洋表面水中CO2总量(TCO2)在ElNi     

两类ENSO背景下中国东部夏季降水的环流特征及关键系统

利用全国160站逐月降水资料、74项环流指数、HadISST月平均海温资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,对比分析了两类ENSO事件衰减阶段中国东部夏季降水及相应大气环流的差异,并探讨其可能成因。结果表明:1)EP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负正(负正负)的三极型反相分布;CP型El Ni?o(La Ni?a)事件次年夏季,中国东部降水由北至南呈正负(负正)的偶极型反相分布;2)El Ni?o事件次年夏季,西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)及南亚高压均偏强,EP型西太副高偏西、南亚高压偏东,CP型西太副高范围更大、强度更强;La Ni?a事件次年夏季,西太副高及南亚高压强度偏弱,CP型强于EP型但弱于气候平均;3)El Ni?o事件期间西北太平洋上存在异常反气旋,EP型位置偏南,强度更强,持续时间更长,CP型位置偏北,范围更大;La Ni?a事件期间,西北太平洋区域至中国东南部存在异常气旋,EP型异常气旋的强度及范围均不及CP型;4)两类El Ni?o事件期间异常反气旋的差异可能与印度洋海盆增暖及太平洋海温持续性偏冷有关;两类La Ni?a事件期间异常气旋的差异可能由赤道西太平洋海温持续偏暖造成。