太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的季节变化

本文对西太平洋低纬地区科罗尔等五个测站200百帕与850百帕高度风场资料作了分析。结果表明,西太平洋低纬地区经向垂直环流圈的季节变化与所在经度范围内的南北向海温梯度的季节变化一致。而纬向垂直环流圈的季节变化则与印度洋——太平洋低纬地区东西向海温梯度的季节变化一致,并且落后于海温梯度一个月。这一现象表明,赤道太平洋东部与热带印度洋西部的海温变化均与太平洋低纬地区纬向环流的变化有密切的关系。单单强调赤道太平洋东部海温的热力作用是不够的。     

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。     

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。     

赤道太平洋-印度洋海洋上层海温分析

用来自美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料,通过对1955-2001年赤道印度洋和太平洋上层0-400m的海温月平均距平分析,讨论了该两大洋海温之间的联系,得到了一些有意义的结果.赤道印度洋和太平洋虽然有马来半岛、苏门答腊岛、爪哇岛等岛屿阻隔,但海洋上层海温距平在东西方向上的分布是连续的,基本呈正负正或者负正负的分布格局,这3大冷暖中心分别位于赤道中印度洋、赤道东印度洋-西太平洋和赤道中东太平洋,正负区域的交界处分别位于印度洋80°E和太平洋160°-135°W附近,正好对应于赤道印度洋和太平洋温跃层深度的不连续处,在该不连续处赤道印度洋的温跃层深度变化大于太平洋的温跃层深度变化.在赤道印度洋和太平洋的3大冷暖中心中,赤道东印度洋-西太平洋的冷暖中心是一个系统,在太平洋它的移动路径是由赤道西太平洋出发,沿着赤道向东,到赤道东太平洋转向北,到10°N再转向西,到赤道西太平洋再转向南回到赤道西太平洋,组成一个逆时针回路;而在印度洋则是由赤道东印度洋出发,向赤道西北印度洋移动,和赤道中南印度洋组成一个逆时针回路;而且这2个移动回路是同时存在的,由赤道东印度洋和西太平洋开始分别同时完成冷暖中心交替的时间大约是10个月.     

季风转换期印度洋经向热输运的年际变异及其机理

本文采用SODA3.4.2再分析数据和POP2海洋模式研究了季风转换期间（春季和秋季）热带印度洋经向热输运异常（Meridional Heat Transport Anomaly, MHTA）的年际变异特征。春季MHTA存在两个主要模态,即一致模态和辐合辐散模态:一致模态表现为热带印度洋上层一致的向北输运,受热带印度洋海温一致模相关的赤道反对称风场（赤道以北/南为东北风/西北风异常）调控;辐合辐散模态则呈现关于赤道对称的表层辐散次表层辐合特征,受控于赤道以南的热带西南印度洋和副热带东南印度洋海温偶极子。然而,秋季MHTA仅表现为辐合辐散模态,受到印度洋偶极子期间赤道东风和赤道外反气旋式风应力异常影响。此外,POP2敏感性试验也验证了印度洋海温模态影响下异常风场对MHTA的调控作用,即反对称的风引起一致向北的MHTA,赤道东风异常引起MHTA表层辐散、次表层辐合现象。因此,热带印度洋海气耦合模态年际变化对印度洋上层热量再分配有着重要的意义。     

南印度洋副热带偶极子型海温异常与全球环流和我国降水变化的关系

用1951~2001年观测资料,研究了南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常对全球500hPa环流和我国降水的影响.结果表明,冬季IOSD激发出极显著的南北半球环绕太平洋的波列结构(CP),其年际变化周期是2.0和6.5 a,与赤道中东太平洋海温也有密切联系.北半球冬季异常峰值后的第二年春季欧亚中高纬度地区500 hPa环流出现显著的EUP型低频流型持续异常,同时中太平洋和北美地区出现CPNP流型和澳大利亚南部的南半球中高纬地区呈现极显著的西南太平洋遥相关型(SWP).当冬季赤道南印度洋副热带呈极显著的西负东正海温距平分布时,后期春季欧亚中高纬地区负EUP型遥相关波列持续偏强,导致东亚大槽明显偏弱,长江以北地区(特别是黄河中上游地区)多雨.反之,春季东亚大槽加强且稳定,我国东部地区大范围少雨.它反映了南印度洋地区海气系统相互作用与东亚热带内外环流低频变化的联系.因此,上一年冬季南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常强度是预测春季华北地区旱涝变化的重要因子之一.     

基于CMIP5资料的热带大洋非均匀增暖及其成因的分析

利用第五次耦合模式比较计划(coupled model intercomparison project phase 5,简称CMIP5)中的月平均资料,基于合成分析、相关分析等现代气象统计方法,对热带太平洋、印度洋和大西洋年平均海温增暖不均匀特征及其成因进行分析。9个海洋模式集合的平均结果表明:在全球增暖背景下,3个热带大洋的海温增暖均表现出不均匀性,且增暖原因存在较大差异。热带太平洋赤道及其以北地区以海洋动力作用为主,赤道以南地区则以大气热力作用为主,而且海水上翻/下沉运动对海温增暖的作用在东、西太平洋之间存在明显差异;热带印度洋大面积海域的海温变化难以通过海气热通量交换来解释,海水上翻/下沉运动与温度平流对海温增暖的作用比较一致(二者同时利于海温增暖);热带大西洋赤道附近地区的海温增暖是表层温度平流和上翻/下沉运动共同作用的结果,赤道以北的大西洋海温变化则以温度平流的作用为主,而赤道以南的大西洋海温的变化主要是海水上翻/下沉作用引起的。     

西太平洋近赤道地区风场的变化与埃尔尼诺

本文利用综合海洋大气资料(COADS)分析了西太平洋赤道地区风场的变化与埃尔尼诺的关系,发现埃尔尼诺发生前该地区纬向风有持续的东风距平,经向上有由赤道吹向高纬的经向风异常,造成了西高东低和赤道低两侧高的海平面分布.而在埃尔尼诺年该地纬向为西风距平,经向有由高纬指向赤道的经向风异常,造成暖水在赤道附近堆积.由此产生的开尔文波是东太平洋海面温度(以下简称海温)变暖的重要原因.特别值得指出的是,在埃尔尼诺年西太平洋赤道地区两次西风距平的峰值,两次由北向南的越赤道气流和两次近赤道台风的高潮对应于东太平洋海温的两个正距平高峰.     

2010/2011年中部型La Nia事件形成机理及其垂直环流异常

应用TAO(Tropical Atmosphere Ocean project)热带太平洋实测海温和风场资料,分析研究了2010/2011年La Nia事件的变化特征,讨论了此次过程中赤道太平洋次表层异常海温的变化特征及其传播过程,以及上层海温场的异常变化机理。结果表明,2010/2011年的La Nia事件与传统事件不同,是一次明显的中部型La Nia事件(简称CPP La Nia),其爆发过程主要存在两个不同机制的响应过程:一是西太平洋暖池(WPWP)区域次表层异常冷海温通过赤道潜流的作用沿温跃层东传,导致赤道东太平洋上层海洋温度场出现异常降温:二是赤道中东太平洋出现强的距平东风,通过上升流作用,导致冷海温上传影响中太平洋上层异常海温场。前者是导致La Nia事件的必要条件,后者则是形成此次中部型La Nia事件的关键过程。由分析结果还表明,日界线以东赤道太平洋纬向风变化对中西太平洋上层海温场变化有重要影响,是导致此次中部型事件爆发的重要机制。文章进一步分析了此次中部型La Nia事件过程中热带垂直环流的变化,结果表明经向和纬向大气环流都表现出明显的异常。     

Argo资料的全球上层海温年和半年周期振荡的空间分布特征

利用小波分析方法,对2003-2008年周平均的Argo(地转海洋学实时观测阵)海温资料进行了分析,给出了全球上层海温年周期和半年周期振荡的空间分布特征.结果表明,南北半球中高纬地区以表层海温的年周期变化为主,在低纬度地区,表层海温以半年周期为主,而温跃层附近海温既有年周期也有半年周期(赤道太平洋、东南印度洋和赤道西大西洋以年周期为主;赤道东、西印度洋以半年周期为主).南北半球中高纬的年周期海温和北半球中纬度的半年周期海温在表层范围最大,显著性最高,强度最强,位相最前.随深度的增加,范围减小,显著性降低,强度减弱,位相滞后.信号主要集中在水深50 m以上,影响深度在150m以浅;赤道附近的太平洋和热带东南印度洋的年周期海温以及赤道东、西印度洋的半年周期海温在水深100m范围最大,显著性最高,强度最强,位相最前,信号主要集中在温跃层附近,影响深度均可达500m.     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。     

热带大洋春季海气耦合模态及其与ENSO的关系

在北半球的春季,热带三大洋的海洋–大气系统年际变化会对同期太平洋厄尔尼诺–南方涛动(ElNi?o-Southern oscillation,ENSO)产生响应,同时也能通过区域海洋–大气耦合过程影响ENSO的发展。基于国际公开使用的海表温度资料和降水资料,通过联合正交经验分解方法分析,可以发现全球大洋春季存在两种显著的海气耦合模态。第一模态表现为:在热带中东太平洋,海表温度增暖、降水增多;在热带大西洋和热带印度洋,降水呈现经向偶极型分布以及跨赤道的海表温度梯度异常;即伴随ENSO在春季消亡期的空间型态,大西洋出现经向模态,印度洋出现反对称模态。第二模态表现为:太平洋经向海表温度和降水模态,即太平洋经向模态。回归分析结果表明, ENSO盛期的大气环流调整引起了热带大西洋和印度洋降水辐合带异常,并通过海面风场异常激发海盆内部的海洋–大气反馈,引起春季经向模态。进一步研究发现,冬、春季大西洋和印度洋热带辐合带分别位于赤道以北和以南,导致两个海盆经向模态的降水异常相对赤道呈反对称分布。在春季,太平洋经向模态的暖中心延伸到赤道上,引起西风异常,为后续El Ni?o的发展提供了有利条件。文章揭示了...     

热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征

根据1955~2003年次表层海温、海洋上层400m热含量和混合层深度资料,采用EOF分析方法,研究热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征及其与厄尔尼诺、印度洋偶极子、热带辐合带分布和活动的关系。结果表明:海表温度SST的分布和变化不能代表海洋上层热含量的分布和变化,热含量HST的分布与混合层MLD分布比较相似,尤其在热带印度洋和东太平洋,MLD季节变化比HST和SST提前2~3个月左右。太平洋10°N附近HST带状强扰动区和赤道地区HST反相变化是热带太平洋上层海水温度扰动最主要特征。HST的强扰动区主要由60~300m次表层海温距平的扰动引起,80m左右扰动最强,这种扰动沿着斜温层由上向下,自东向西传递,上半年增温,下半年降温,具有明显的年周期变化。这种变化对ENSO循环期间热含量异常信号传播的影响值得关注。热带太平洋HST的扰动变化和太平洋的ITCZ和SPCZ的移动和变化也有一定的关联。印度洋的西北部和东南部次表层海温距平呈年周期的反相振荡,但这种固有振荡和印度洋偶极子DMI振荡反相,这可能是导致印度洋大部分偶极子生命史都很短的原因之一。     

印度洋近赤道地区风场的变化与ENSO

本文利用综合海洋大气(COADS)资料,计算了0°—10°N、70°—120°E和0°—10°S、7O°—120°E两地区1950—1979年逐月纬向和经向风的平均值,并与东太平洋表面海温(以下简称海温)进行了相关分析,得出在ENSO发生前,印度洋赤道地区有纬向西风偏强和经向北风偏强,与南印度洋的气旋性环流加强相联系,ENSO发生时,异常情况完全相反,同时分析了30°—40°N、120°—140°E地区经向风的变化与ENSO的关系,在ENSO发生前,印度洋赤道地区的西风偏强和赤道以北的北风偏强与印度尼西亚地区的高海温异常有关,而东亚强的冬季风可影响印度尼西亚纬向西风的异常.     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.     

基于Argo的热带印度洋上层海温研究

利用2004年1月—2008年8月的月平均Argo再处理资料和NCEP风场资料,对热带印度洋2.5~500 m深度范围内的海温时空变化特征与机制进行了研究。结果表明:表层的阿拉伯海、孟加拉湾和赤道东印度洋是海温高值中心,同时是海温标准差低值中心,海温高的地方海温变化小,两者的分布型一致。在次表层,西南热带印度洋是海温高值区,赤道东西印度洋是海温低值区,次表层的海温变化最大,尤其在10°S~10°N之间的赤道印度洋。热带印度洋不同区域和深度的海温的显著周期不同,主要有1和0.5 a的显著周期。热带印度洋表层海温年周期变化主要受太阳辐射的影响,而0.5 a周期与季风有关。次表层以下海温变化主要是热带印度洋自身内部的动力作用,其1 a周期除了与太阳辐射和风有关,还与Rossby波和沿岸Kelvin波有关;其0.5 a周期除了季风这个主要因素,还与Wyrtki急流有关。海表面风场和LaNi~na是影响2006和2007年的正偶极子强度不同的重要因素。     

太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的长期变化(一)

本文通过统计相关分析,讨论了西太平洋低纬地区纬向垂直环境圈的长期变化与赤道太平洋东、西部海温场之间的耦合关系。 分析结果表明,西太平洋低纬地区纬向环流圈即沃克环流圈和沃克反环流圈的长期变化并不完全受赤道太平洋东西向海温梯度的控制.赤道太平洋东部海温的异常变化以及厄·尼诺现象的出现,与前期西太平洋西部-南海海温变化以及西太平洋纬向垂直环流圈的活动有密切的关系。 赤道太平洋西部的纬向环流圈的异常变化比东太平洋海温的异常变化要早2-3个月,即约一个季度。     

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。     

一个简单的印-太海气耦合模式

本文基于一层半海洋模式和SVD(Singular Value Decomposition)大气模式构建了一个简单的海气耦合模式, 引入热通量的作用, 分析ENSO影响热带印度洋地区的动力学和热力学耦合过程。其中, 使用统计大气模式, 由给定的SST(Sea Surface Temperature)异常得到风应力异常, 进而驱动海洋环流反馈给SST, 完成海气的动力耦合; 使用块体经验公式由SST异常和风场异常计算热通量异常, 直接作用于SST, 实现海气的热力学耦合。动力耦合实验揭示, 太平洋第一EOF(Empirical Orthogonal Functions) 模态与观测基本吻合。并且模拟Ni?o 3指数存在两年左右的谱峰周期。这说明, 海气动力学耦合是ENSO生成的主要因素。热力耦合的加入是为了考察ENSO影响热带印度洋的热力学效应。同时考虑动力和热力耦合的实验结果表明, 热带太平洋暖异常中心更加接近观测值, 热带印度洋出现海盆尺度海温正异常。这意味着热带太平洋的ENSO信号通过海气界面的热量交换实现对热带印度洋地区的遥强迫, 导致印度洋海盆尺度增暖。     

用Matlab中的Neural Network Toolbox仿真赤道东太平洋SST的预报模型

基于ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料和ＣＯＡＤＳ海洋资料中的全球月平均海平面气压场、８５０hPa纬向风场及海洋温度场，利用Ｍatlab中的Ｎeural Network Toolbox仿真环境和ＢＰ模型改进算法比较准确地仿真和反演出了南方涛动指数、赤道纬向风指数和滞后的赤道东太平洋海温之间的动力结构和预报模型。该模型具有很好的拟合精度和可行的预报效果。可在一定时效内预测赤道东太平洋月平均海温的变化趋势。由于所建系统是具有直接因果关系的预报模型，因此不仅可直接用于预测，而且可有效避免类拟非线性微分方程组在积分过程中由于对初值敏感性而可能产生的对预报结果的不确定性。