北太平洋年代际涛动与太阳活动的联系

采用逐次滤波法分析了北太平洋海洋大气系统年代际振荡特征及其主要影响因子,探索太阳活动对于北太平洋海洋大气系统年代际变化的影响。结果表明,太阳活动是北太平洋海洋大气系统周期性年代际振荡的重要影响因子,具体反映在：1）北太平洋年代际涛动（PDO,Pacific Decadal Oscillation）存在与太阳活动密切相关的22年周期和11年周期,是PDO仅次于趋势项最重要的周期成分,其方差贡献率分别为20．9％和6．7％。研究发现北太平洋年代际涛动变化对于太阳活动的响应方式与太阳活动强弱程度有联系,太阳活动水平强时PDO与太阳磁场变化符号相同并且振荡幅度大;太阳活动水平弱时PDO与太阳磁场变化符号相反并且振荡幅度小。2）滤除持续下降趋势之后,北太平洋冬季阿留申低压活动区海平面气压（SLP,Sea Level Pressure）表现出与太阳磁场磁性指数（MI,Magnetic index）基本反相的周期性振荡,滤除22年周期之后11年周期也比较清楚,其方差贡献率分别为13．4％和1．1％。3）滤除持续升温趋势以后北太平洋100hPa冬季大气温度距平场表现出与太阳磁场磁性指数基本一致的周期性振荡,滤除22年周期之后11年周期也比较清楚,其方差贡献率分别为15．1％和1．1％。研究结果说明,在太阳活动对于大气温度场的影响过程中,黑子磁场磁性变化是决定性的,即决定了温度变化符号,MI绝对值的变化即太阳磁场强度变化影响其量变。     

北太平洋涛动和东亚冬季风对ENSO影响差异分析

北太平洋涛动(NPO)和东亚冬季风(EAWM)二者是热带外重要的气候系统,不仅对我国甚至对整个东亚气候都有重要影响,对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响也越发受到关注.本研究利用HadISST海温资料以及美国国家环境预报中心(NCEP)月平均气象场再分析资料,采用相关回归等统计方法分析研究了冬季NPO和EAWM对次年...     

冬季北极涛动异常对北太平洋风暴轴的可能影响

基于美国国家海洋和大气局气候预测中心公报的北极涛动(Arctic Oscillation,AO)指数逐月数据以及美国国家环境预报中心和大气研究中心的1986—2017年逐日再分析资料等,运用回归和合成分析等方法,分析了北极涛动与北太平洋地区风暴轴的时间演变特征、两者之间的联系及AO异常影响风暴轴的可能机制。结果表明:1)风暴轴经度指数与纬度指数有显著正相关性,两者具有同步变化的特征,而这两者与风暴轴强度指数都呈负相关,但不显著。AO指数与北太平洋风暴轴强度呈显著正相关,且AO指数与风暴轴经度、纬度指数也呈正相关,但并不显著。2)在北极涛动强正(负)位相年份,风暴轴区域天气尺度滤波方差强(弱)、500 h Pa高度场上东亚大槽减弱(加深)、急流偏北偏强(偏南偏弱)、扰动动能增强(减弱)、斜压性增强(减弱)。可能影响机制是,异常变化的AO影响东亚大槽,改变急流强度,使斜压性发生变化,进而对风暴轴产生影响。     

北太平洋涛动与El Nino的关系及其年代际变化

基于HadISST海表温度和NCEP/NCAR的海平面气压等再分析资料,研究了北太平洋海平面气压主模态与El Nio的关系。结果发现:阿留申低压模态是对El Nio事件的同期响应,而北太平洋涛动模态可以诱导热带太平洋产生类似中部型El Nio的海温异常,且具有提前4~12个月的预报意义。冬春季的北太平洋涛动处于正位相时,阿留申低压与夏威夷高压同时减弱,北太平洋背景风场减弱。夏威夷高压东南侧西南风异常减弱北太平洋东北信风,使加利福尼亚海区SST暖异常,在"风-蒸发-SST"机制的作用下,异常暖海温向热带太平洋传播,使赤道地区海温升高并产生西风异常,热带太平洋产生类似中部型El Nio的异常海温。El Nio类型的年代际变化可能受到北太平洋涛动的影响,当北太平洋涛动信号活跃时,中部型El Nio事件的发生频率大。     

春季北大西洋涛动与夏季西北太平洋热带气旋生成频数关系的年代际变化

The present study reveals the fact that the relationship between the spring(April–May) North Atlantic Oscillation(NAO) and the following summer(June–September) tropical cyclone(TC) genesis frequency over the western North Pacific(WNP) during the period of 1950–2018 was not stationary. It is shown that the relationship between the two has experienced a pronounced interdecadal shift, being weak and insignificant before yet strong and statistically significant after the early 1980 s. Next we compare the spring NAO associated dynamic and thermodynamic conditions, sea surface temperature(SST) anomalies, and atmospheric circulation processes between the two subperiods of 1954–1976 and 1996–2018, so as to illucidate the possible mechanism for this interdecadal variation in the NAO-TC connection. During the latter epoch, when the spring NAO was positive,enhanced low-level vorticity, reduced vertical zonal wind shear, intensified vertical velocity and increased middle-level relative humidity were present over the WNP in the summer, which is conducive to the genesis of WNP TCs. When the spring NAO is negative, the dynamic and thermodynamic factors are disadvantageous for the summertime TC formation and development over the WNP. The results of further analysis indicate that the persistence of North Atlantic tri-pole SST anomalies from spring to the subsequent summer induced by the spring NAO plays a fundamental role in the linkage between the spring NAO and summer atmospheric circulation.During the period of 1996–2018, a remarkable eastward propagating wave-train occurred across the northern Eurasian continent, forced by the anomalous SST tri-pole in the North Atlantic. The East Asian jet flow became greatly intensified, and the deep convection in the tropics was further enhanced via the changes of the local Hadley circulation, corresponding to a positive spring NAO. During the former epoch, the spring NAO-induced tri-pole SST anomalies in the North Atlantic were non-existent, and the related atmospheric circulation anomalies were extremely weak, thereby leading to the linkage between spring NAO and WNP TC genesis frequency in the following summer being insignificant.     

黑潮入侵南海的强弱与太平洋年代际变化及厄尔尼诺-南方涛动现象的关系

在黑潮入侵南海强弱的问题上,到底是太平洋年代际变化(Pacific Decadal Oscillation,PDO)还是厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)现象在起关键作用,目前还存在着较大争议。本文先以高盐水作为黑潮入侵强弱的示踪物,用120°E断面的高盐水数据和北赤道流分叉点(North Equator Current Bifurcation,NEC-Y)的南北变动进行相关分析,接着,进一步用学者所用的黑潮入侵指数(KI指数,Kuroshio intrusion index和NEC指数,North Equatorial Current index)与北赤道流分叉点南北变动进行相关分析。最后,用EMD(Empirical Mode Decomposition)方法和相关关系分析法分别分析了PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点南北变动的关系并用NECP风场数据探讨其影响机制。结果表明:(1)通过对120°E断面的高盐水的KI指数、NEC指数与NEC-Y的相关分析,表明了北赤道流分叉点的南北变动能够很好地指代黑潮入侵南海的强弱;(2)通过PDO指数和Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动的相关性分析,发现PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动都具有较好的相关性,都在0.5水平。这些良好的相关性表明了PDO和ENSO对黑潮入侵南海的强弱都具有重要的影响;(3)当处于厄尔尼诺年(拉尼娜)时,赤道太平洋发生西(东)风异常,使得北赤道流分叉点偏北(南),使吕宋岛东侧的黑潮流速减弱(加强),黑潮入侵南海增强(减弱);当PDO处于暖(冷)阶段时,会加强热带太平洋的西(东)风异常,使得黑潮入侵南海增强(减弱)。     

北方涛动和南方涛动与太平洋海温关系的对比分析

本文对太平洋气压场和海温场相互关系的分析,不仅证实了近年来一些研究提出的北方涛动与赤道东太平洋海温变化的关系,而且进一步揭示了北方涛动与太平洋海温相关最显著区域是在赤道太平洋日界线以东附近、Namias海区和加利福尼亚洋流区,而南方涛动与东太平洋和秘鲁沿岸的海温关系密切.并发现南、北方涛动虽处于同一3-4年的振荡系统中,但对各次埃尔尼诺过程而言,南、北方涛动指数的极值和相对强度都不尽一致.分析表明,埃尔尼诺现象的三种不同增温类型与南、北方涛动影响赤道太平洋海温在空间上的差异,以及位相和相对强度的不同匹配状态有相当程度的联系.     

中国东南春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化

利用中国160站观测降水资料和美国NOAA ERSST海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了中国东南地区春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化。结果表明:东南春季降水异常具有全区一致性,在1950年代末之前有不显著的上升趋势,之后一直呈现下降趋势,其中在1960年代初至1970年代初下降趋势显著,1980、1990年代趋势较为平稳,1999年之后下降趋势增加。在过去64年中,中国东南春季降水与ENSO有显著的相关关系,即在El Ni珘no事件发生的次年春季,东南地区一般降水偏多,其主要机制为ENSO通过影响西北太平洋异常反气旋进而影响中国东南地区春季降水,并且利用前冬季Ni珘no3区海温指数可提前4个月较好地预测东南地区春季降水。进一步分析表明,东南春季降水与ENSO的相关关系具有年代际差异:在1969—1990年间两者相关性较好;而在1951—1968年和1991—2014年间,两者相关性较弱。在不同时间段内,与东南春季降水相应的春季环流系统有较大差异,ENSO作为影响因子的重要性也发生变化。在1951—1968年,影响降水的环流系统主要位于中高纬度,而西北太平洋反气旋位置较为偏东,难以影响到中国东部地区;在1969—1990年,副高和西北太平洋异常反气旋是影响东南春季降水的主要环流系统,反气旋西侧气流是提供水汽的主要来源;在1991—2014年,东南春季降水受到高低纬环流系统共同影响,来自印度洋西风气流和西北太平洋反气旋西侧气流共同为降水提供水汽,ENSO的作用减弱。因此,在中国东南春季降水预测中必须根据不同年代际背景考虑ENSO作为预报因子的可靠性。     

ENSO与南海SST关系的年代际变化

基于NOAA重建的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和NCEP再分析大气资料,研究了ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)与南海SST关系的年代际变化。结果表明:ENSO影响南海SST的冬、夏季"双峰"现象发生了显著的年代际变化,即冬季的"峰值"自20世纪80年代显著减弱,而夏季的"峰值"稳定持续且在20世纪70年代之后增强;冬季"峰值"的减弱可能与冬季西北太平洋反气旋的年代际变化有关,夏季"峰值"的维持和增强可能与20世纪70年代之后印度洋SST"电容器"效应的增强有关。     

华南夏季降水20世纪90年代初的年代际变化及其与南亚高压关系

利用1979—2008年中国160站降水资料、NOAA的CMAP降水资料以及NCEP/NCAR大气再分析资料,应用1978—2008年全球逐月观测海表温度驱动NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行数值模拟,探讨了华南夏季降水的年代际变化特征及其与南亚高压的关系。结果表明,华南夏季降水与南亚高压的东伸脊点关系密切,均在20世纪90年代初存在年代际转变。在1993—2008(1979—1992)年期间,南亚高压位置偏西(东),西北太平洋副热带高压位置偏东(西),华南地区则低层辐合(辐散)异常、高层辐散(辐合)异常,产生异常上升(下沉)运动,华南地区降水年代际偏多(少),这也被数值试验结果所验证。     

南海次表层盐度的低频变化及与太平洋年代际振荡的关系

南海是西北太平洋最大的边缘海, 是联系北太平洋和北印度洋的关键通道。黑潮北上经过吕宋海峡时会将来自西太平洋的信号传入南海, 进而影响南海的水动力环境。研究了南海次表层盐度的空间分布特征、低频变化规律及其与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的关系, 并进一步探究了次表层盐度近年来的变化。结果显示: 1)南海次表层高盐水的位势密度主要介于24~26σ_θ, 受次表层气旋式环流所驱动, 盐度气候态空间分布北高南低, 以吕宋海峡处为起点, 呈逆时针自北向南逐渐降低。2)次表层盐度低频变化显著, 与PDO呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时, 吕宋海峡处西向平流输送加强, 次表层盐度升高; 当PDO处于负位相时, 吕宋海峡处西向平流输送减弱, 次表层盐度降低, 盐度的变化受到水平环流场的直接影响。3)近年来, 南海次表层盐度呈现先降低后升高再降低的趋势, 滞后PDO约10个月, 2006— 2014年初, 盐度呈下降趋势; 2014—2017年初, 盐度呈上升趋势, 且上升速率远大于先前下降的速率; 2017年后盐度再次逐渐降低。     

On the observed relationship between the Pacific Decadal Oscillation and the Atlantic Multi-decadal Oscillation

We studied the relationship between the dominant patterns of sea surface temperature (SST) variability in the North Pacific and the North Atlantic. The patterns are known as the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and the Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO). In the analysis we used two different observational data sets for SST. Due to the high degree of serial correlation in the PDO and AMO time series, various tests were carried out to assess the significance of the correlations. The results demonstrated that the correlations are significant when the PDO leads the AMO by 1 year and when the AMO leads the PDO by 11–12 years. The possible physical processes involved are discussed, along with their potential implication for decadal prediction.     

Meridional and seasonal footprints of the Pacific Decadal Oscillation on phytoplankton biomass in the northwestern Pacific Ocean

We used 16 years of multiplatform-derived biophysical data to reveal the footprint of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) on the phytoplankton biomass of the northwestern Pacific Ocean in terms of chlorophyll a concentration (Chl), and to discern the probable factors causing the observed footprint. There were meridional differences in the response of phytoplankton to changes of environmental conditions associated with deepening of the mixed layer during the positive phase of the PDO. In general, deepening of the mixed layer increased phytoplankton biomass at low latitudes (increase of Chl due to increase of nutrient supply), but lowered phytoplankton at high latitudes (decrease of Chl due to reduction of average irradiance and temperature in the mixed layer). The areas where Chl increased or decreased changed meridionally and seasonally in accord with regulation of nutrient and light/temperature limitation by changes of mixed layer depth. The observed PDO footprint on Chl in the northwestern Pacific is likely superimposed on the high-frequency component of the PDO excited by El Niño/Southern Oscillation interannual variability. On a decadal time scale, however, Chl in the northwestern Pacific were more strongly associated with the recently discovered North Pacific Gyre Oscillation.     

西北太平洋超强台风活动特征及其与ENSO的关系

利用1965～2005年西北太平洋热带气旋(TC)资料,对发生在西北太平洋的超强台风(STY)进行统计,总结了超强台风的活动范围及季节演变特征。结合海表面温度(SST)分析了超强台风活动与ENSO现象的关系以及ENSO现象对超强台风活动的影响机制。结果表明:超强台风的数量占全部热带气旋总数的1/5,在7～11月间活动最为频繁,且11月达到超强台风的比例最高,出现频率最高的区域是菲律宾以东洋面上。在El Nio年,由于海温和季风槽的共同作用,热带气旋生成的位置比较偏东,再加上弱垂直风切变的影响,超强台风数量会比较多,La Nia年热带气旋生成的位置比较偏西,超强台风活动区域垂直风切变比较强,超强台风数量会比较少。     

1998年夏、冬季南海的水团及其与太平洋的水交换

根据 1998年夏季和冬季 2个航次的实测资料 ,对南海的水团进行划分和分析 ,并利用1997年 7月和 12月的实测资料 ,对巴士海峡 (吕宋海峡 )和民都洛水道附近的温盐分布进行分析。1998年冬季的资料分析结果表明 ,可将南海外海水划分为 6个水团 ,即南海表层水团 (S)、南海次表层水团 (U)、南海次 -中层混合水团 (UI)、南海中层水团 (I)、南海深层水团 (D)和南海底盆水(B)。 1998年夏季还可在南海中鉴别出黑潮表层水团 (KS)和黑潮次表层水团 (KU) ,但在冬季观测期间无黑潮水越过 119.5°E经线进入南海 ;夏季有苏禄海水在 5 0～ 75 m层经民都洛水道侵入南海。然而 ,1997年夏季和冬季的资料分析表明 :夏、冬两季都有大洋水通过吕宋海峡北段进入南海 ,南段有南海水流入太平洋。这些现象可能与 1998年前后的厄尔尼诺有关。     

ENSO强度模拟差异对全球变暖下热带太平洋大气变化预估结果的影响

热带太平洋海洋大气耦合系统对全球变暖的响应是气候变化的热点问题.前人研究发现,气候模式的模拟偏差对于全球变暖响应结果有重要影响.本文利用美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)的地球系统模式(The Community Earth System Model,CESM)中的大气模式(Community Atmosphere Model version 5,CAM5)设计数值试验,在相同的SST(Sea Surface Temperature)增暖强迫下,通过改变海洋SST的年际变化振幅,来分析热带海洋年际变化强度的模拟对未来热带海区降水和大气环流场未来变化的影响.试验结果表明,随着SST年际变化强度的增加,全球变暖后热带太平洋降水变化的东西不对称性,以及向暖池区域辐合的风场变化等特征都逐渐减弱.进一步的分析发现,不同年际变化信号导致的大气场变化差异主要发生在冬季,是由于热带太平洋SST年际变化主模态ENSO(El Nino Southern Oscillation)的不对称性造成的:在厄尔尼诺年,强(弱)的年际变化信号会造成降水在东太平洋产生较大(小)的变化;而在拉尼娜年和正常年份,年际变化信号的强弱对热带降水变化的影响则不大.当热带海温的年际变化较大时,厄尔尼诺年的海温异常更强,造成的降水和风场的变化特征也会更加显著.     

近50年来长江入海径流量对太平洋年代际震荡变化的响应

太平洋年代际震荡(Pacific Decadal Oscillation)是类似于ENS0型的具有年代际时间尺度变化的太平洋气候变率.PDO既对长期的气候变化趋势产生扰动,又会对年际变化事件(如ENSO)产生重要影响,可使ENSO事件的频率和强度改变,以致影响到ENSO和季风的关系.通过对百年来的PDO数据进行HHT分...     

晚春北极涛动对夏季西北太平洋热带气旋生成频数的影响

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集,本文探讨了1950–2018年期间晚春(5月)北极涛动(AO)与随后夏季(6–9月)西北太平洋上空热带气旋生成频数的关系.研究表明,晚春AO对夏季西北太平洋TC生成有明显的预报指示意义,二者...