印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

印度洋赤道潜流年际变化特征及其与印度洋偶极子的联系

印度洋赤道潜流(equatorial undercurrent,EUC)是赤道流系的重要组成部分,对印度洋物质输运和能量交换有着重要意义.基于SODA 3.4.2海洋再分析数据,对印度洋EUC的三维空间结构和年际变化特征进行分析,并揭示其年际变率与印度洋偶极子(Indian Ocean dipole,IOD)的联系.结...     

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。     

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。     

孟加拉湾障碍层年际变化及其与印度洋偶极子事件的联系

利用1980−2015年SODA温盐资料,结合Argo数据分析了印度洋偶极子(IOD)事件年份孟加拉湾障碍层的变化特征及其形成机制。结果表明,IOD事件年份孟加拉湾障碍层变化显著。纯的正IOD(纯pIOD)年份及伴随型pIOD年份盛期(9−11月),除孟加拉湾内西南海域障碍层厚度略变厚约5 m外,赤道海域、安达曼海至孟加拉湾北部障碍层厚度均变薄5～15 m,此障碍层距平盛期形态在纯pIOD年份随pIOD消亡迅速消退,但在伴随型pIOD年份维持至翌年3−5月才开始弱化。纯的负IOD (纯nIOD)年份障碍层厚度变化特征与pIOD年份大体相反。进一步分析表明,IOD事件年份赤道风场距平的远地强迫造成等温层深度的变化是湾内障碍层变化的主因。在伴随型IOD年份,受ENSO事件的影响,赤道风场距平在IOD消亡后仍得以维持3个月以上,使得湾内障碍层距平形态持续更久。除赤道远地强迫外,湾内局地风场的Ekman抽吸作用以及混合盐度变化对障碍层厚度年际变化也有一定影响。     

1998～1999 年间负位相印度洋偶极子事件的长波动力机制研究

使用美国海洋环境预报中心(NCEP)逐日的表面风场和热通量强迫的大洋环流模式(LICOM)研究了1998~1999年负位相印度洋偶极子(IOD)事件期间赤道印度洋环流长波动力机制的年际变化.模式能够很好地模拟出高度计资料的海面高度异常.使用垂直模分解方法对模式输出进行赤道波分解,结果表明:西边界反射在负位相IOD事件发生、发展和衰亡过程中起了重要作用.虽然西边界反射在正、负位相IOD期间均起到了重要的负反馈作用,但两者的来源机制却是不同的.在1998~1999年负位相IOD 事件期间,西边界处产生的两个上翻的开尔文波均来自赤道罗斯贝波在西边界处的反射.第一个上翻的开尔文波主要在西印度洋和中印度洋发生作用,由于受到西风异常强迫的下沉的开尔文波的影响,它并没有成功到达东印度洋,但是却一定程度上削弱了中东印度洋的下沉异常;而第二个上翻开尔文波成功到达东爪哇沿岸终止了那里的下沉异常,最终终止了负位相IOD事件.首次从赤道长波动力学角度解释了1998~1999年负位相IOD事件的结束机制,有利于进一步了解IOD对印度洋周边气候甚至太平洋的影响.     

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。     

前期热带太平洋、印度洋持续性海温异常事件对菲律宾低层大气环流的影响

利用NCEP/NCAR的1951~2010年逐月再分析资料和NOAA气候诊断中心的1951~2010年的海表温度扩展重建资料,在诊断分析的基础上结合数值模拟试验探讨了前期秋季开始持续的热带海温异常事件对菲律宾低层大气环流的影响。结果表明:1)相比于西南印度洋海温异常事件和北印度洋海温异常事件,前期秋季印度洋上与9月至次年6月的菲律宾异常反气旋(PSAC)关系最为密切的是印度洋偶极子事件(IOD);2)在前期秋季单纯El Nio事件发生时,11月至次年5月在菲律宾海地区均表现出明显的异常反气旋性环流特征。在没有El Nio事件影响时,单纯正位相IOD事件下从11月到次年4月菲律宾海地区依然表现出异常反气旋性环流特征,但再分析资料表明其强度要较El Nio情形下的偏弱;3)当正位相两事件伴随发生时,两事件对El Nio具有协同作用,在该作用下菲律宾海地区的反气旋异常环流相对于单纯某种海温异常事件表现得更加强大,且持续时间更长,甚至到8月仍表现出显著的反气旋环流特征。     

热带印度洋-太平洋热力异常联合模及其指数定义研究

根据1955-2003年的全球海洋上层热含量资料,利用经验正交函数(EOF)分解法分析了热带印度洋-太平洋上层热含量距平场的时空变化.结果表明,无论在印度洋还是在太平洋,上层热含量距平场都存在着一种显著的东西向偶极型振荡,其年际变化与ENSO循环有密切的联系.据此定义了热带印度洋-太平洋热力异常联合模指数,功率谱分析和10 a滑动的t检验结果表明,该联合模具有显著的年际和年代际变化,并在1976年前后经历了一次由冷到暖的气候跃变.进一步分析还发现,该联合模的变化特征能较好地反映太平洋ENSO事件和印度洋偶极子事件的基本信息.     

西北太平洋海面高度异常对热带气旋的响应

采用一种海面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)对热带气旋响应的合成分析方法,即根据热带气旋的路径位置和运动方向对海面高度异常进行插值、旋转和平均,得到不同热带气旋强度下,以热带气旋最佳路径点为原点的海面高度异常场.利用该方法,基于Aviso卫星高度计数据和中国气象局热带气旋最佳路径数据,得到了199...     

两类La Nia季节演变过程的海气耦合特征对比

利用1951—2010年逐月的HadISST海表温度资料、SODA次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了东太平洋(EP型)La Nia和中太平洋(CP型)La Nia的海气耦合特征在季节演变过程中的差异。EP La Nia海表温度异常中心在发展年夏季出现于南美沿岸,随后向西移动,盛期最大海表温度异常中心位于赤道东太平洋,而CP La Nia海温异常中心少动,基本维持在160°W附近,其强度更强,持续时间更长。受海温分布形态影响,热带大气对两类La Nia的响应非常不同,成熟期间CP型在中太平洋偏旱的强度和范围比EP型大,且略偏西。发展年夏、秋季,北半球位势高度响应较弱;冬季,负PNA位相易伴随两类La Nia出现,但异常活动中心的位置和强度不同,在北大西洋其大气响应几乎相反,这些差异会引起显著不同的区域气候异常。     

拉尼娜期间中西太平洋鲣栖息地分布特征

鲣是大洋中重要经济种类,主要分布于太平洋中西部海域,其渔场和资源丰度易受海洋环境因子影响。根据1995-2014年中西太平洋金枪鱼围网船队在主要作业海域（15°S~10°N,120°E~155°W）的生产数据,结合弱、中、强拉尼娜条件下的海表温度（SST）和海面高度（SSH）数据,运用算术平均法（AM）建立基于SST和SSH的栖息地指数综合模型。结果表明,在栖息地综合指数（HIS）大于0.6的海域,各拉尼娜时期作业比重均在60%以上。利用弱拉尼娜（2005年12月-2006年3月）、中拉尼娜（2011年10月-2012年3月）和强拉尼娜（2010年6月-2011年4月）数据进行模型验证,分析认为作业渔场主要分布在HSI大于0.6的海域,作业次数所占比重分别为53.9%、66.5%、63.6%。在中西太平洋区域,随着拉尼娜强度的增加,资源丰度上升,其渔场分布向东北和东南方向扩散。研究表明,基于SST和SSH各强度拉尼娜时期的栖息地模型均可较好预测中西太平洋鲣渔场,并为以后拉尼娜期间中心渔场的分析提供参考。     

厄尔尼诺/拉尼娜信号循环回路及其传播特性研究

基于1992～2001年卫星高度计资料分析了海面高度距平在厄尔尼诺/拉尼娜(El Niño/La Niña)现象中的演变过程,发现:(1)在El Niño过程中,海面高度正距平信号从西太平洋沿赤道海域向东传播至东海岸,然后分成南北两支,北支在10°N附近从东太平洋传回西太平洋的信号最强,到达西太沿岸海域再传回赤道,表明El Niño信号传播在北半球存在一明显循环回路.赤道以南循环圈不及赤道以北环路清晰.东太平洋的季节变化信号主要通过6°N,10°N和8°S附近的3个通道向西太平洋传播.La Niña信号主要从5°N和7°S向西传播;(2)在大洋海盆尺度快速传播信号背景下,存在波长700～800km的慢速传播信号,两类信号将信息在太平洋内传送.传播速度分析表明,慢速传播信号的相速与Rossby波相速相符,而快速传播信号应该是海洋对大气变异的响应.     

南海海平面对两类El Ni?o的不同响应

利用ECMWF ORAS4重构数据,分析了南海海平面异常(SLA)对东部型(EP)El Ni?o和中部型(CP)El Ni?o的不同响应特征。南海SLA在两类El Ni?o期间表现出不同的时空演变规律。对于东部型El Ni?o,南海空间平均的SLA在发展年的秋、冬季显著下降,最低可达-2 cm,并在次年开始上升,至次年冬季可达2 cm。空间分布上,在发展年秋、冬季,除越南东南部海域存在一个正异常中心外,在南海绝大部分海域,SLA均表现为显著的负异常;从次年春季开始,SLA负异常减弱,而越南东南部的正异常开始发展,直至冬季南海大部分海域以正异常为主。对于中部型El Ni?o,南海SLA在整个El Ni?o发展和衰退期间均表现为显著负异常,异常值始终维持在-2 cm左右,并且在空间上表现为全海盆一致的负异常模态。相比于传统的经验正交分解(EOF),季节EOF(S-EOF)能够更好地刻画南海SLA在两类El Ni?o期间的时空演变特征,S-EOF的第一模态表现为中部型El Ni?o模态,而第二模态更多地表现为南海SLA在东部型El Ni?o期间的演变特征。南海海平面在两类El Ni?o期间的...     

Impact of the central Pacific zonal wind divergence and convergence on the central Pacific El Nio event

The central Pacific(CP) zonal wind divergence and convergence indices are defined, and the forming mechanism of CP El Nio(La Nia) events is discussed preliminarily. The results show that the divergence and convergence of the zonal wind anomaly(ZWA) are the key process in the forming of CP El Nio(La Nia) events. A correlation analysis between the central Pacific zonal wind divergence and convergence indices and central Pacific El Nio indices indicates that there is a remarkable lag correlation between them. The central Pacific zonal wind divergence and convergence indices can be used to predict the CP events. Based on these results, a linear regression equation is obtained to predict the CP El Nio(La Nia) events 5 months ahead.     

两类强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对中国近海鲐鱼栖息地的影响

鲐鱼是中上层鱼类,具有较高经济价值,其种群受到气候和海洋环境的显著影响。本文根据2006-2015年7-9月中国远洋渔业数据中心提供的中国近海鲐鱼捕捞和海表温度以及海面高度两个关键环境因子的数据,构建了基于捕捞努力量的鲐鱼综合栖息地指数模型,分析研究了在不同强度厄尔尼诺和拉尼娜条件下鲐鱼栖息地适宜性的变动规律。通过计算和交叉验证,结果发现,基于算术平均法的栖息地模型能够较好地预测鲐鱼渔场栖息地适宜性指数。空间相关性结果表明,鲐鱼渔场主要作业海域范围内海表温度异常与栖息地指数值呈显著正相关关系,而海表面高度异常与栖息地指数值呈显著负相关关系。不同强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对鲐鱼种群影响不同,具体表现为:相对于中强度厄尔尼诺事件（或中强度拉尼娜事件）,超强厄尔尼诺事件（或强拉尼娜事件）驱动鲐鱼主要作业海域内温度下降（或上升）,海面高度上升（或降低）,鲐鱼渔场适宜栖息地面积显著减小（或增大）,导致鲐鱼单位捕捞努力量渔获量骤减（或显著增加）。研究表明,中国近海鲐鱼栖息地适宜性与厄尔尼诺和拉尼娜事件显著相关,且随着异常气候事件强度的不同而发生变化。     

简易海洋同化数据中的厄尔尼诺现象

为研究在厄尔尼诺现象演变过程中海气相互作用的性态特征,该文再次应用拓展伴随模态分析于简易海洋同化数据(SODA data).结果表明:通过相互作用形成厄尔尼诺/拉尼娜现象的海洋与大气具有明显不同的性态,气候系统中并不存在一个相对独立的热带太平洋大气变异,但是的确存在一个相对独立的热带太平洋海洋变异;原因在于大气是底部界面受热而海洋是顶部界面受热,从而导致前者具有较后者强烈得多的斜压不稳定性和能够覆盖大部分热带太平洋的赤道辐合带; 再次证实了正是直接来自中纬度海域的西风爆发和海面风辐聚导致赤道太平洋上层海水的东向移动和经向辐聚造就了厄尔尼诺所特有的增温信号.     

热带太平洋第二类El Nio事件及其对中国气候的影响

基于热带太平洋次表层海温资料,分析了热带太平洋第二类El Nio事件海温异常的分布特征及其形成机制,讨论了与经典El Nio事件、El Nio Modoki、WP(西太平洋暖池)及CT(冷舌)El Nio事件之间的关系,揭示了第二类El Nio事件对中国降水的影响,得到以下结论。(1)第二类El Nio事件表征为热带太平洋次表层海温异常第三模态,占总方差贡献的4.7%。在海洋表面层,第二类El Nio事件暖期赤道东太平洋为沿赤道西伸的冷舌,热带中西太平洋为环绕冷舌的马蹄型大范围暖区。该型具11a和30~40a年代际振荡及3~4a年际变率,峰值多出现在春季。第二类El Nio事件是热带太平洋异常海面风应力场和赤道两侧的风应力旋度共同作用的结果,在赤道东印度洋-中西太平洋与赤道东太平洋-南美洲上空出现以反号垂直运动为特征的异常Walker环流。(2)El Nio Modoki与第二类El Nio事件有密切关系,它实质上是第二类El Nio事件次表层海温与近海面大气相互作用的结果,捕捉了第二类El Nio事件的主要信息。(3)第二类El Nio事件对中国春季及夏初降水有一定影响。在事件暖期,东海地区存在一个显著的异常反气旋性环流,其南侧的中国南方地区盛行异常东北气流,水汽来源减少,导致该地区少雨,其西侧的异常偏南气流北上直达华北地区,异常多水汽向北输送,并与北方的偏北流场相遇,导致该地区降水偏多。在第二类El Nio事件冷期相反。本文结果还指出,WP与CT El Nio事件是由经典El Nio事件第一模态与El Nio Modoki事件组合而成,它们不是独立的El Nio类型。此外,还讨论了夏半年El Nio事件对大气环流影响的物理过程。