印度洋偶极子向海盆一致模转变的年代际变化及其成因

利用3种百年时间尺度的海温资料,探讨了印度洋偶极子(India Ocean Dipole, IOD)向海盆一致模(Indian Ocean Basin, IOB)年际转变的年代际变化,结果发现1940—1970年几乎不存在这一转变现象,1970年以后该现象则十分显著。研究表明,IOD与ENSO之间海气耦合作用的年代际变化是这一转变现象的主要原因,1940—1970年IOD与ENSO之间发生发展相互独立,而1970年以后联系密切。通过进一步对物理量场的诊断分析,揭示了其中主要的动力机理：1970年以前,热带印度洋上空形成的季风环流异常无法与热带太平洋的沃克环流异常进行耦合,IOD事件发生时无法与热带太平洋产生联系。反之,1970年以后,热带两大洋上空两个纬圈环流异常之间耦合作用强烈,正(负)IOD事件发生时,通过海气相互作用,促进El Ni1o(La Ni1a)发展,印度洋又会受到来自ENSO的正反馈作用。因此这种“齿轮式”耦合模型能一直持续到冬季和次年春季,热带印度洋上空持续受到东(西)风异常的影响和低层环流的引导,西印度洋有次表层暖水的流入(出),加上印度洋本身海盆尺度较小,西边的暖...     

Relationship Between Upper-Ocean Heat Content in the Tropical Indian Ocean and Summer Precipitation in China

An analysis of the Ishii ocean heat content(OHC) in the tropical Indian Ocean from the surface to 700-m depth shows that the OHC changes dramatically on the interannual timescale in the Indian Ocean.The first mode of empirical orthogonal function(EOF1) of the OHC shows that there is a strong air-sea interaction pattern in the Indian Ocean with a positive(negative) loading in the east and a negative(positive) loading in the west.This seesaw oscillation pattern influences the summer precipitation in China with a North-South reversed distribution.Composite analysis shows that during a positive(negative) OHC episode,an anomalous cyclonic(anticyclonic) circulation over the western Pacific and South China weakens(enhances) the monsoonal northward flow in the lower troposphere;meanwhile,anomalous meridional circulation connects the descending(ascending) branch over the Southeast Indian Ocean and the ascending(descending) branch in South China as well as a descending(ascending) branch over North China.Analysis of the mechanism behind these features suggests that(1) the accumulation of OHC-induced vorticity is related to the wave activity over the mid-latitudes and that(2) the meridional teleconnection induced by the Indo-Pacific air-OHC interaction appears over East Asia and the western Pacific.Both of these patterns can cause summer precipitation anomalies in China.     

中国南方夏季降水与热带印度洋偶极型海温异常的联系

利用1979-1999年GISST和CMAP月平均资料,用线性回归滤除印度洋偶极子(IOD)指数和ENSO的相互干扰,定义纯IOD指数和纯Nino3指数,将海温距平处理为相对独立的3个部分,通过相关和合成分析得到:6-8月印度洋偶极型海温及热带中印度洋海温异常与中国南方夏季降水都有很好的正相关关系,并且二者对南方夏季降水序列的拟合方差贡献显著,表明热带印度洋海温异常与中国南方夏季降水的关系密切;5月份热带印度洋海温年际变化可以解释60 %左右的南方夏季降水异常,这对南方降水的预测具有非常好的指导意义.在正(负)IOD年,热带印度洋SSTA引起我国南方地区大气异常上升(下沉)运动,中国南方为整层水汽的异常辐合(辐散)区,从而使中国南方夏季降水异常偏多(偏少).     

印度洋偶极子与中国南方夏季降水的可能联系

利用1951—2000年NCEP/NCAR再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站气温资料,采用EOF、合成、相关、奇异值分解等方法讨论了印度洋偶极子（Indian Ocean Di-pole,IOD）对南方夏季降水的影响。结果表明：印度洋海温异常,激发了大气环流的异常,从而导致南方降水异常。当印度洋海温一致变化时,南方降水分布也呈一致;当印度洋上海温距平偶极振荡时,长江流域与华南也出现偶极变化的现象。IOD正位相年,华南降水异常偏多;IOD负位相年,长江流域降水偏多。     

热带印度洋和太平洋增暖对东亚夏季风趋势的相反影响

利用多成员集合试验结果,比较分析了热带印度洋和太平洋增暖各自对东亚夏季风趋势变化的影响。试验所用模式是GFDLAM2大气环流模式,增暖是通过在气候平均海洋表面温度（SST）基础上,叠加随时间线性增加的、相当于实际50a左右达到的SST异常来实现的。结果表明：热带印度洋和太平洋共同增暖有使东亚夏季风减弱的趋势。相比较而言,单独印度洋增暖有使东亚夏季风增强、华北降水增多的趋势,而单独太平洋增暖有使东亚夏季风减弱的趋势,即印度洋增暖与太平洋增暖对东亚夏季风存在相反的、竞争性影响。进一步分析指出,热带太平洋特别是热带中东太平洋的增温可能对20世纪70年代末期开始的夏季风年代际减弱有更重要的贡献;在未来热带印度洋和太平洋持续增暖、但增暖强度纬向差异减小的新情况下,东亚夏季风减弱的趋势可能还将持续。     

赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温(SST)确实存在着偶极子型振荡的变化特征,它在9～11月最强,而在1～4月最弱;年际变化(4～5年周期)和年代际变化(主要为20～25年周期)也十分清楚.这个偶极子主要有正位相型(海温西高东低)和负位相型(海温东高西低);一般正位相型的振幅强于负位相型.尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子(类似ENSO)有很好负相关.它们的联系主要是赤道大气纬向(Walker)环流.资料分析表明,赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高压和西太平洋副高都有明显关系,表明它对亚洲季风活动有重要影响.     

Interdecadal Change in the Interannual Variability of South China Sea Summer Monsoon Intensity

The interdecadal change in the interannual variability of the South China Sea summer monsoon(SCSSM) intensity and its mechanism are investigated in this study. The interannual variability of the low-level circulation of the SCSSM has experienced a significant interdecadal enhancement around the end of the 1980s, which may be attributed to the interdecadal changes in the evolution of the tropical Indo-Pacific sea surface temperature(SST) anomalies and their impacts on the SCSSM. From 1961 to 1989...     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

Decadal Indian Ocean Dipolar Variability and Its Relationship with the Tropical Pacific

A robust decadal Indian Ocean dipolar variability(DIOD) is identified in observations and found to be related to tropical Pacific decadal variability(TPDV).A Pacific Ocean–global atmosphere(POGA) experiment,with fixed radiative forcing,is conducted to evaluate the DIOD variability and its relationship with the TPDV.In this experiment,the sea surface temperature anomalies are restored to observations over the tropical Pacific,but left as interactive with the atmosphere elsewhere.The TPDV-forced DIOD,represented as the ensemble mean of 10 simulations in POGA,accounts for one third of the total variance.The forced DIOD is triggered by anomalous Walker circulation in response to the TPDV and develops following Bjerknes feedback.Thermocline anomalies do not exhibit a propagating signal,indicating an absence of oceanic planetary wave adjustment in the subtropical Indian Ocean.The DIOD–TPDV correlation differs among the 10 simulations,with a low correlation corresponding to a strong internal DIOD independent of the TPDV.The variance of this internal DIOD depends on the background state in the Indian Ocean,modulated by the thermocline depth off Sumatra/Java.     

Decadal and interannual variability of the Indian Ocean Dipole

This study investigates the decadal and interannual variability of the Indian Ocean Dipole （IOD）. It is found that the long-term IOD index displays a decadal phase variation. Prior to 1920 negative phase dominates but after 1960 positive phase prevails. Under the warming background of the tropical ocean, a larger warming trend in the western Indian Ocean is responsible for the decadal phase variation of the IOD mode. Due to reduced latent heat loss from the local ocean, the western Indian Ocean warming may be caused by the weakened Indian Ocean westerly summer monsoon. The interannual air-sea coupled IOD mode varies on the background of its decadal variability. During the earlier period （1948-1969）, IOD events are characterized by opposing SST anomaly （SSTA） in the western and eastern Indian Ocean, with a single vertical circulation above the equatorial Indian Ocean. But in the later period （1980-2003）, with positive IOD dominating, most IOD events have a zonal gradient perturbation on a uniform positive SSTA. However, there are three exceptionally strong positive IOD events （1982, 1994, and 1997）, with opposite SSTA in the western and eastern Indian Ocean, accompanied by an El Nifio event. Consequently, two anomalous reversed Walker cells are located separately over the Indian Ocean and western-eastern Pacific; the one over the Indian Ocean is much stronger than that during other positive IOD events.     

The Connection between the Sea Surface Height Anomaly Preceding the Indian Ocean Dipole and Summer Rainfall in China

The sea surface height anomaly(SSHA) signals leading the fall Indian Ocean Dipole(IOD) are investigated. The results suggest that, prior to the IOD by one year, a positive SSHA emerges over the western-central tropical Pacific(WCTP), which peaks during winter(January-February-March, JFM), persists into late spring and early summer(April-May-June, AMJ), and becomes weakened later on. An SSHA index, referred as to SSHA_WCTP, is defined as the averaged SSHA over the WCTP during JFM. The index is not only significantly positively correlated with the following-fall(September-October-November, SON) IOD index, but also is higher than the autocorrelation of the IOD index crossing the two different seasons. The connection of SSHA_ WCTP with following-summer rainfall in China is then explored. The results suggest that higher(lower) SSHA_ WCTP corresponds to increased(reduced) rainfall over southern coastal China, along with suppressed(increased) rainfall over the middle–lower reaches of the Yangtze River, North China, and the Xinjiang region of northwestern China. Mechanistically, following the preceding-winter higher(lower) SSHA_WCTP, the South Asia High and the Western Pacific Subtropical High are weakened(intensified), which results in the East Asian summer monsoon weakening(intensifying). Finally, the connection between SSHA_WCTP and El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) is analyzed. Despite a significant correlation, SSHA_WCTP is more closely connected with summer rainfall. This implies that the SSHA_WCTP index in the preceding winter is a more effective predictor of summer rainfall in comparison with ENSO.     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系I.耦合分析

运用CSVD和联合CSVD等较新颖的统计方法,在去除/未去除ENSO影响的思路下,探讨了印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系,结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)影响的情况下,全区一致型的海温异常分布对南海夏季风建立迟早起着重要的作用。当全区温度距平为正(负)时,南海夏季风建立较晚(早)。在去除了ENSO信号的影响后,非ENSO全区一致型和SIODM型是影响南海夏季风建立早晚的两个主要的印度洋海温分布型。对于非ENSO全区一致型的海温分布,当前期海温全区为负(正)距平时,南海夏季风建立较早(晚)。而对于SIODM型的海温分布,则当前期海温距平为西负东正(西正东负)的SIODM型时,南海夏季风建立较早(晚)。     

热带印度洋海温海盆一致模的变化规律及其对东亚夏季气候影响的回顾

近十几年,热带印度洋对全球气候的作用越来越受到关注.本文从热带印度洋气候态特征、海温海盆一致模的变化规律以及对东亚夏季气候的影响方面回顾了这些研究工作,并且对这些研究以及存在的不足做了系统的总结.     

亚洲夏季风环流结构与热带印度洋偶极型海温异常

使用T42L28大气环流模式就夏季风时期大气对印度洋海温偶极子型异常的响应进行了数值试验研究,结果表明,印度洋偶极子型海温异常可以引起感热和潜热加热异常并进而形成异常辐合辐散,导致热带印度洋及其邻近地区夏季降水异常。同时此热带扰动可激发或造成中纬度异常波列。通过改变季风区温度场分布,偶极子型海温强迫可以影响大气的正／斜压环流结构和斜压性强弱。强的纬向风垂直切变趋向于靠近海洋异常偏暖的地区。不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常并激发出中纬度的异常波列,但异常类型并未显著反相。     

印度洋偶极子与热带太平洋海洋表面温度异常多时间尺度相互作用初析

本文利用交叉谱方法, 将印度洋偶极子 (简称IOD) 与ENSO的相关关系分解到不同的时间尺度上来分析, 进而通过对海气耦合过程的初步分析, 讨论了不同时间尺度上IOD与ENSO的相互作用。结果表明, IOD与ENSO在准1～2年、 准3年、 准4年等三个时间尺度上存在显著相关, 同时, IOD还存在一个独立于ENSO的模态, 主要表现在准8个月时间尺度上。从海气相互作用的角度看, 在与ENSO相关的三个特征时间尺度上, IOD年际变率主要通过引发热带印度洋纬向风异常并且东传到太平洋, 从而引起热带中东太平洋海温的年际变率。与ENSO相对独立的IOD模态则没有类似的纬向风异常东传过程。此外, 在上述四个不同时间尺度上, 产生IOD变率的印度洋海气耦合过程不尽相同, 各具特点。     

南印度洋偶极型海温与中国西南地区初秋降水的关系

利用1979年1月~2018年12月Hadley海表温度资料、CRU TS v4.03逐月格点降水资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,对南印度洋偶极型海温与中国西南地区初秋降水的关系进行了研究。结果表明:7~8月平均印度洋海表温度EOF第二模态表现为显著的东北—西南向偶极子模态,其东北和西南两侧的海表温度呈反相位变化特征,为典型的南印度洋偶极子(SIOD)分布,其时间系数表现为30a以上的周期变化并定义为新的SIOD指数;对应7~8月SIOD正异常,西南地区9月对流活动显著增强,负异常则对流活动显著受到抑制,且SIOD指数与中国西南地区初秋降水呈较强的正相关; SIOD影响中国初秋降水的主要途径是:印度洋东北部形成的越赤道气流在孟加拉湾以南上空分为两支,其中一支经孟加拉湾和中南半岛进入中国西南地区,将孟加拉湾水汽向该地区输送,并造成水汽在该地区辐合,有利于中国西南地区降水发生。该研究结果不仅对认识南印度洋海气系统对中国降水的可能影响,还对发展西南地区初秋降水预测模型有着重要的意义。     

ENSO与中国东部地区夏季降水相关性年代际变化特征

利用国家气候中心提供的中国160站1951～2000年逐月降水资料,Hadley中心提供的1951～2000年逐月全球海表层温度资料,采用线性相关分析和滑动相关分析方法,探讨了ENSO与中国东部地区夏季降水的年际关系及二者年际关系的年代际变化特征。结果表明,夏季Nino3区海温与中国东部夏季降水年际关系同期相关显著,且二者的年际关系存在明显的年代际变化,年际相关型分3个阶段：,第1阶段(1972年前)为“东西型”,第2阶段(1973～1983年)为“南北型”,第3阶段(1984年后)也为“南北型”。     

热带印度洋春季海表温度异常与南海夏季风强度变化的关系

利用50年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋春季海温异常对南海夏季风强度变化的影响。结果表明:1)热带印度洋春季海表温度距平(SSTA)的模态主要是全区一致型(USBM)和热带南印度洋偶极型(SIODM),USBM模态既有年际时间尺度的变化特征,又有年际以上时间尺度的变化特征,既包含有对冬季ENSO信号响应的变化特征,又有独立于ENSO的变化特征;SIODM模态主要表现为独立于ENSO的年际时间尺度变化。2)USBM模态与南海夏季风强度变化呈显著负相关关系,且二者都是对冬季ENSO信号的响应,USBM模态的年际变化不能独立于ENSO信号影响南海夏季风的强度变化。3)经(1~8年)带通滤波及去除ENSO信号的热带印度洋春季SSTA的SIODM型分布是影响南海夏季风强度变化的主要模态,表现为热带东南印度洋为负(正)、其他海区为正(负)时,南海夏季风强度增强(减弱),大气环流对热带东南印度洋SSTA热力作用的响应是造成这一关系的直接原因,SIODM型的SSTA分布与南海夏季风年际异常关系在热带印度洋长期变化趋势的暖位相期显著,在长期变化趋势的冷位相期不显著。     

热带印度洋偶极子的季节性位相锁定可能原因

利用1960年1月～1999年12月Hadley气候预测和研究中心的全球海表温度资料和改进的中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的第三代海洋环流模式,以及1949年1月～1999年12月NCEP/NCAR月平均海表面大气距平资料,采用资料合成分析和数值试验相结合的方法,研究了热带印度洋偶极子从发展到成熟的特征。海表温度异常的分析结果表明,正、负热带印度洋偶极子的强度和发生强偶极子事件的次数都在北半球秋季达到最强、最多,与季节循环存在位相锁定。偶极子的数值模拟结果与此分析结果一致,表明海洋表面的大气强迫对激发印度洋偶极子有重要作用。对比试验的结果表明,赤道印度洋上空风应力异常是偶极子形成的主要原因。文中还设计了12个敏感性试验研究在相同大气异常强迫下1～12月大气气候基本态对印度洋偶极子的作用,结果发现大气气候态对偶极子的强度有很大影响,其中9月的大气气候态最有利于印度洋偶极子达到最强。这是由赤道东南印度洋地区东南风和海洋之间的正反馈过程决定的,因此大气基本态是偶极子成熟位相锁定在秋季的一个重要原因。     

热带印度洋次表层偶极子模态及其1997/1998年过程诊断分析研究

利用EOF分解及相关统计方法研究了热带印度洋400m以上的次表层海温异常并对1997/1998年热带印度洋偶极子事件过程进行诊断分析研究。结果表明:热带印度洋次表层400m以上的部分海温距平最大是在100m左右的深度, 就整个热带印度洋而言, 自20世纪80年代以来, 次表层60m以上出现了变暖的趋势, 而80m以下则出现了降温的趋势。同时在热带印度洋次表层80m深度存在着比海表更强的偶极子模态。1997/1998年发生在印度洋海表东冷西暖型的偶极子事件, 是东印度洋次表层的海温正距平西传的结果, 而海温正距平的西传与热带印度洋上东风异常有关, 其物理机制是东风异常激发的Rossby波的作用。