北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟Ⅱ:热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响.研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则.来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的"-+-"的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应.换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平.北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2-3个月的时间.     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟Ⅰ：局地海气相互作用

检验了一个全球海气耦合模式对北大西洋年际气候变率的模拟,讨论了导致这种年际变率型的物理机制,并分析了其对年代际变率的可能影响。北大西洋冬季SST的主导变率模态,在经向上表现为三核型,自北而南出现“- -”的带状距平型;最大距平中心位于副极地大洋、中纬度大洋的西部以及热带海域,耦合模式较为真实地再现了这一特征。与三核型SST异常相对应的大气环流型表现为北大西洋涛动,具有显著的正压结构。上述异常型主要发生在年际尺度,具有3—4年的谱峰;在次年代际尺度上,也存在谱峰。分析表明,模式中三核型SST异常的产生,主要来自大气的强迫,NAO增强,中纬度大洋上的西风减弱,海洋感热和潜热通量损失减少,中纬度大洋得到的净热通量增加,导致SST出现正距平;在包括Labrador海在内的副极地大洋,NAO增强、冰岛低压加深,气旋性环流增强,来自高纬度的冷空气吹过洋面,海气温差加大,大洋的感热通量损失增加,SST降低。热带地区东风的增强,也是导致那里SST降低的重要机制。三核型SST异常对大气的反馈作用较弱,文中没有证据表明它能够影响到北大西洋地区的年代际气候变率。     

用简单海气耦合模式产品作热带气旋频数年际预测

首先建立一个用于优化热带简单海气耦合模式积分初始的四维变分同化系统,由此提高模式对热带海表温度异常（ＳＳＴＡ）年际预测的准确率,并利用３７年模式输出产品建立了影响化南和上海市的热带气旋（ＴＣ）年频数的长期预测方程,试报结果良好。     

热带太平洋海气耦合过程对印度洋年际变化的影响

利用中等复杂程度的2.5层海洋模式和大气环流模式ECHAM4组成的海气耦合模式,模拟分析了热带太平洋和印度洋的气候变化以及年际变化特征。该模式较好地模拟了ENSO现象的空间分布及其不规则的周期变化特征,以及热带印度洋的主要变化特征。通过数值试验,初步研究了太平洋耦合过程对印度洋年际变化的影响。结果显示,当存在太平洋耦合过程时,模拟的印度洋偶极子(IOD)正(负)事件的发生频率比无太平洋耦合情形时有所减少(增加)。该变化是太平洋耦合变量通过海气耦合过程对印度洋海表面平均风场进行调整,进而引起热带印度洋温跃层深度东西梯度改变的结果。     

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM, 通过1958～2001年风应力 (ERA40) 和热通量驱动下的两组模拟试验, 检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明, 尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响, 但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对El Niño的模拟效果, 包括对El Niño周期非规则性的成功模拟; 北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响, 合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域, 导致SST变率异常的因子不同: 在加利福尼亚沿岸, 冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定; 在北太平洋中部, 温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响; 在黑潮及其延伸体区域, 对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用, 与此同时, 水平平流和扩散的作用亦不容忽视。     

热带太平洋海气系统内部联系的年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料以及英国CRU提供的南方涛动指数，分析了热带太平洋区域海气系统内部联系的年代际变化特征。结果表明：热带太平洋地区海气年际变化间的相关关系具有显著的年代际变迁；最近50a中，西太平洋地区海温变化与南方涛动的联系存在更为明显的年代际变化，且在IWP与ISO相关关系微弱时，在西太平洋赤道北侧对流层低层，西太平洋海温较暖（冷）时存在反气旋（气旋）环流。这样的高海温-反气旋系统与ENSO时期典型的低海温-反气旋的系统相反，其动力学作用将不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的密切联系。     

近百年来热带太平洋海温年际及年代际时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一 ,通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现 ,2 0世纪 50年代以来的海温升高及频繁发生的 ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变 ,同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

全球海气耦合模式系统(NIM/COAMS)Ⅱ.年际变化的模拟

利用文献[1]建立的全球海气耦合模式系统（NIM／COAMS），对模式的年际变化模拟能力进行了检验。50a积分显示，模式模拟出了大气和海洋界面的主要年际变率，能真实地模拟热带太平洋ENSO循环的主要特征，较好地再现了ENSO循环的过程，循环周期在3—5a之间，与实际观测值一致，同时模式也较好地反映了大气和海洋的耦合特征，对年际变化有较强的模拟能力，这与FRAC耦合方案设计有关，该方法能避免气候场的牵制作用，增强模式对年际变化的模拟能力。     

CMIP5耦合模式对太平洋年代际振荡的模拟与预估

利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）40个模式的模拟资料和分类集合的方法,评估了耦合模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）特征的模拟能力。结果表明,CMIP5多数模式对PDO周期有着较好的刻画能力,能模拟出PDO的年代际变化周期。模式对PDO模态空间特征的模拟能力存在较大差异,小部分模式模拟效果较差。进一步的分析表明,对PDO模态模拟较好的第1类模式,能较好地再现热带太平洋与北太平洋海表温度异常（SSTA）年代际变化间的关系,而且热带太平洋SSTA通过大气遥相关影响北太平样海表温度的过程也模拟的较成功。对PDO模态模拟差的模式,不能合理模拟出热带太平洋SSTA对北太平洋海表温度影响的遥相关过程。以上研究也证实了热带太平洋地区海表温度的年代际变率对北太平洋海表温度年代际变率的重要影响,热带太平洋SSTA对北太平洋SSTA的影响是通过大气遥相关实现的。利用CMIP5中等排放情景模拟结果,分析了第1类模式预估的北太平洋年代际变率的特征,发现21世纪北太平洋年代际变率的主要模态为一致的正异常分布且呈现明显的上升趋势,第二模态则表现为类似于20世纪典型PDO的马蹄型SSTA分布。     

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。     

IMPACTS OF THE TROPICAL PACIFIC COUPLED PROCESS ON THE INTERANNUAL VARIABILITY IN THE INDIAN OCEAN

The basic features of climatology and interannual variations of tropical Pacific and Indian Oceans were analyzed using a coupled general circulation model (CGCM), which was constituted with an intermediate 2.5-layer ocean model and atmosphere model ECHAM4. The CGCM well captures the spatial and temporal structure of the Pacific El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) and the variability features in the tropical Indian Ocean. The influence of Pacific air-sea coupled process on the Indian Ocean variability was investigated carefully by conducting numerical experiments. Results show that the occurrence frequency of positive/negative Indian Ocean Dipole (IOD) event will decrease/increase with the presence/absence of the coupled process in the Pacific Ocean. Further analysis demonstrated that the air-sea coupled process in the Pacific Ocean affects the IOD variability mainly by influencing the zonal gradient of thermocline via modulating the background sea surface wind.     

北太平洋风暴轴的气候特征及其变化的初步研究

本文使用ECMWF再分析网格点资料(ERA-40),分析了不同季节和不同高度层上北太平洋风暴轴(天气尺度瞬变扰动活动)的气候特征及其时间演变规律。分析表明,气候平均而言,北太平洋风暴轴冬季强且偏西南,夏季弱且偏东北。在近45 a里,冬季及夏季风暴轴在整个对流层、尤其是对流层中上层具有整体一致的年际和年代际变化特征。在各个高度层上冬季风暴轴于1985年前后一致性地发生了由弱至强的年代际跃变;夏季风暴轴发生年代际由弱至强跃变的时间在各个高度层上略有不同,对流层中高层的跃变时间与北太平洋大气海洋系统1970年代的跃变时间一致。在冬季风暴轴活动偏强年里,中纬度天气尺度瞬变扰动增强的同时,位置也有所北抬,反之亦然。夏季风暴轴活动偏强(弱)年则主要表现为瞬变扰动在气候平均位置上的增强(减弱)。     

江淮入梅的年际变化及其与北大西洋涛动和海温异常的联系

文中首先采用简单相关和合成分析的方法研究了江淮入梅的年际变化与前期冬季环流和前期冬、春全球海温的关系。研究结果表明江淮入梅的早晚与前期冬季北半球大型环流存在显著的相关 :入梅早的年份 ,其前期冬季北大西洋涛动强 ,北半球只有一个强的极涡并位于格陵兰上空 ,东亚大槽弱 ;入梅晚的年份 ,则其前期冬季环流表现为 ,北大西洋涛动弱 ,北半球存在两个极涡 ,其中一个仍然位于格陵兰上空 ,而另一个则位于西伯利亚上空 ,东亚大槽较常年强。江淮入梅的年际变化与前期冬春北大西洋海温的相关分析表明 :入梅早的年份 ,北大西洋海温较常年偏暖 ;入梅晚的年份 ,前期冬春北大西洋海温较常年偏冷。文中还用 CCM3模拟了冬、春季北大西洋海温增暖对后期江淮入梅和梅雨期降水的影响 ,并探讨了其影响的物理机制     

A DIAGNOSIS OF THE INTERANNUAL VARIABILITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND SURFACE WIND FIELD IN THE TROPICAL OCEANS AND ITS CORRELATIVE CHARACTERS WITH ENSO CYCLE

Utilizing the NCEP/NCAR reanalysis monthly datasets,and based on the filter and standarddeviation calculation,the interannual variability of sea surface temperature(SST)and 1000 hPawind field for the tropical Pacific,Indian and Atlantic Oceans is investigated for the past 20 years(1979—1998).The characters of space-time evolution in SST anomalies(SSTA)for each oceanand corresponding wind anomaly field are acquired by using rotated principal component(RPC)and linear regression analysis methods.Using the method of correlation analysis.the characters ofthree tropical oceans correlated with ENSO are investigated.The contemporary correlationbetween the SSTA in the Indian Ocean and in the equatorial eastern Pacific is positive,and there isa weak negative correlation between the SSTA in the equatorial east Atlantic Ocean and in theequatorial eastern Pacific.The lead-lag correlation analysis indicates that the SSTA in theequatorial Indian Ocean lags the dominant Pacific ENSO mode by 3 months,and the SSTA in theequatorial Atlantic Ocean leads ENSO mode by 6 months.The ENSO-correlated components intropical Indian Ocean and tropical Atlantic Ocean display much the same amount of total variance ineach ocean,i.e..14% in the Indian Ocean and 12% in the Atlantic Ocean and the maximums areall above 40%.     

A DIAGNOSIS OF THE INTERANNUAL VARIABILITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND SURFACE WIND FIELD IN THE TROPICAL OCEANS AND ITS CORRELATIVE CHARACTERS WITH ENSO CYCLE*

Utilizing the NCEP/NCAR reanalysis monthly datasets,and based on the filter and standard deviation calculation,the interannual variability of sea surface temperature (SST) and 1000 hPa wind field for the tropical Pacific,Indian and Atlantic Oceans is investigated for the past 20 years (1979-1998).The characters of space-time evolution in SST anomalies (SSTA) for each ocean and corresponding wind anomaly field are acquired by using rotated principal component (RPC) and linear regression analysis methods.Using the method of correlation analysis.the characters of three tropical oceans correlated with ENSO are investigated.The contemporary correlation between the SSTA in the Indian Ocean and in the equatorial eastern Pacific is positive,and there is a weak negative correlation between the SSTA in the equatorial east Atlantic Ocean and in the equatorial eastern Pacific.The lead-lag correlation analysis indicates that the SSTA in the equatorial Indian Ocean lags the dominant Pacific ENSO mode by 3 months,and the SSTA in the equatorial Atlantic Ocean leads ENSO mode by 6 months.The ENSO-correlated components in tropical Indian Ocean and tropical Atlantic Ocean display much the same amount of total variance in each ocean,i.e..14% in the Indian Ocean and 12% in the Atlantic Ocean and the maximums are all above 40%.     

全球海气耦合模式中热盐环流对大气强迫的响应

大气环流与热盐环流(THC)变化之间的因果关系,是海气相互作用研究领域的一个悬而未决的问题。作者利用一个全球海气耦合模式-挪威卑尔根气候模式(BCM)的300a积分结果,讨论了冬季北大西洋涛动(NAO)对海洋的强迫与热盐环流的年际调整之间的关系。结果发现,在NAO活动的正位相,伴随着中纬度西风带的加强,北大西洋拉布拉多海热通量损失剧增,同时海表盐度出现正距平,二者的共同作用,令表层海水变沉、密度增大,海洋层结出现不稳定,导致深对流发生。在NAO活动达到最强劲状态之后3个月,拉布拉多海对流也达到最深。北大西洋热盐环流强度变化对拉布拉多海对流活动的响应,要滞后3a左右。而在年际尺度上,大西洋的极向热输送变化和热盐环流的变化则基本是同步的。对流活动对大气存在明显的反馈作用。在对流活动深度达到最大之后1～4个月,对流热释放令拉布拉多海表层气温明显升高。     

太平洋海气耦合经向模态和西北太平洋热带气旋生成频数的关系

分析了太平洋经向模（Pacific Meridional Mode,PMM）和西北太平洋热带气旋生成频数（Tropical Cyclones Number,TCN）变化的关系。PMM是太平洋热带海气耦合系统内在固有变化的动力模态,它与西北太平洋热带气旋的活动在年际变化上存在较强的相关（1960—2003年期间年际变化的相关系数为0.63）。分析表明这种关系的产生是由于与PMM有关的许多气候条件都对热带气旋的活动产生影响。而PMM和热带气旋活动之间的关系将有助于我们对热带气旋与大尺度气候变化之间关系的讨论,为构建此问题的非单纯热力或动力框架提供了新思路。     

SPATIAL AND TEMPORAL VARIABILITY OF NORTHWEST PACIFIC TROPICAL CYCLONE ACTIVITY IN A GLOBAL WARMING SCENARIO

Utilizing the Joint Typhoon Warning Center (JTWC) and Tokyo-Typhoon Center of the Japan Meteorological Agency (JMA RSMC TOKYO) best-track tropical cyclone (TC) data for the period 1951–2014, variations in spatial and temporal characteristics of Northwest Pacific TC activity for a global warming scenario are discussed. The results suggest that since the early 1960s, there has been an overall decreasing trend in the frequency of occurrence, intensity, peak intensity, length of movement, and lifetime of TCs. However, global warming has led to a linearly increasing trend in TC activity in eastern Asia, which indicates that Northwest Pacific TC activity decreases, but the frequency of landfalls and intensity are likely strengthened. Therefore, the threat of TCs towards eastern Asia is enhanced. The increase in TC activity in eastern Asia is likely the result of a strengthened Walker circulation due to an increasing temperature gradient between the northwest Pacific Ocean and the central and eastern Pacific Ocean. The strengthening Walker circulation could increase the magnitude of the vertical wind shear, relative vorticity, and meridional wind shear of low-level easterlies near the equator in the tropical Northwest Pacific, which affects the spatial and temporal variations of TC activity in the Northwest Pacific.