ENSO对冬季北太平洋水汽输送及大气河的影响

利用1979-2016 年ERA-Interim 再分析资料,分析了ENSO 对冬季北太平洋地区水汽输送特征的影响,包括整层水汽含量、整层水汽输送及其散度和大气河频率.结果表明,在El Ni?o年冬季,东北太平洋地区的气旋式环流异常增强了自副热带太平洋向北美西海岸的水汽输送,导致区域性的水汽辐合与辐散异常;La Ni?...     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

PDO的时空分布特征及其与ENSO的关系

利用1900~2013年美国国家气候数据中心ERSSTv3b2°×2°数据,通过EOF分析、小波分析、曼-肯德尔法、累积距平法分析太平洋年代际振荡(The Pacific Decadal Oscillation,简称PDO)的时间、空间分布规律。结果表明,PDO指数存在准48年的周期变化,周期内“冷-暖”相位交替出现,1925年左右和1975年左右,由冷相位转变为暖相位;1941年左右和1995年左右,由暖相位转变为冷相位。北太平洋海温大致以40°N为轴南北对称分布,其大值区域分布从北美西海岸—墨西哥半岛向北一直延伸到阿拉斯加,小值区域出现在夏威夷群岛北侧和日本群岛东侧。PDO指数与Nino3.4指数的相关系数是0.43,是显著正相关关系。PDO指数异常年与Nino3.4指数异常年对应率平均值是51.42%。     

北太平洋冬季年代际尺度海气相互作用

为了更深了解北太平洋年代际尺度海气相互作用,本文通过对湍流热通量和SST的相关关系进行了研究。当热通量和SSTA正相关时,代表海洋影响大气,而当二者相关系数为负时,表示大气强迫海洋。将整个北太平洋SSTA求平均和把北太平洋分成3个区域求SSTA平均,分别对热通量和SST的关系进行研究。结果表明,北太平洋冬季年代际尺度上的海气相互作用主要表现为海洋强迫大气,而在日本附近海域以及北太平洋中东部,海洋对大气的强迫作用最明显,因此这两个区域是北太平洋冬季年代际尺度上海气相互作用的关键区。     

不同太平洋年代际振荡和ENSO位相下大气水分收支变化对北半球冬季太平洋蒸发量的影响

本文利用OAFlux资料研究了1958~2015年北半球冬季太平洋蒸发量在不同厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）位相下的分布特征,并从水汽收支的角度分析了蒸发量异常的成因,结果表明:ENSO主要影响热带东太平洋、副热带西北太平洋和中纬度北太平洋中部的蒸发量。El Ni?o（La Ni?a）时水汽在北太平洋中部异常辐散（辐合）,有利于当地大气水汽含量减小（增大）,造成蒸发量增大（减小）;副热带西北太平洋异常的水汽辐合（辐散）有利于蒸发量减小（增大）;除此以外,蒸发量在热带东太平洋蒸发量增大（减小）则主要是降水量增大（减小）导致。与此同时,ENSO对上述海区蒸发量的影响还受到PDO的调控,当PDO处于暖（冷）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成蒸发量异常程度在中纬度北太平洋中部显著增大,这主要是由降水量增大（减小）引起的大气水汽含量减小（增大）所致,此时对应着风暴轴异常增大（减小）;当PDO处于冷（暖）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成的蒸发量异常程度在副热带西北太平洋和热带东太平洋显著增大,而这与湿度变化引起的水汽平流异常程度增大紧密相关。     

阿留申低压次季节尺度异常对北太平洋冬季降水的影响分析

利用1979—2018年的冬季逐日气象数据,研究了北太平洋地区冬季（12月至次年2月）阿留申低压次季节尺度变化特征,分析了次季节尺度阿留申低压异常与降水和极端降水异常之间的联系。选择1979—2018年共40个阿留申低压次季节尺度从异常增强到减弱的完整事件,记录下每个位相具体日期运用于合成分析。通过合成分析的结果可知：次季节尺度阿留申低压异常增强（减弱）时,北太平洋海盆区的降水呈现出明显的东多（少）西少（多）,同时副热带西太平洋略偏多（少）的分布型。次季节尺度蒸发异常和整层水汽输送散度异常能够解释以上降水异常的空间分布。在阿留申低压异常偏强时,自北太平洋中部向东北延伸至北美沿岸区域内大气河发生频率增加,使得海盆中部向东和东北汇聚更多的水汽,北美西海岸地区更易发生极端降水事件。     

华北夏季大气水汽输送特征及其与夏季旱涝的关系

本文利用ECMWF再分析资料ERA40和中国160站的降水资料,分析了我国华北地区1958年-2002年夏季的大气水汽含量和水汽输送的基本气候特征,研究了华北夏季旱涝年的大气水汽含量和水汽输送异常情况,最后利用线性回归的方法探讨了该地区大气水汽含量和水汽输送的变化趋势.结果表明:华北地区夏季降水的大气水汽来源主要有3支:来自孟加拉湾的水汽、来自我国南海和西太平洋的水汽以及中高纬西风带的水汽输送.华北地区对流层低层以经向水汽输送通量为主,到了中高层则以纬向输送通量为主;与华北地区夏季旱涝密切相关的异常水汽输送主要是南海和西太平洋以及西风带水汽输送异常,华北地区南边界水汽输入异常和东边界水汽输出异常是造成华北夏季旱涝年水汽收支异常的主要原因;近半个世纪以来,伴随着华北干旱化的加剧,华北地区南边界输入的大气水汽呈现显著的减少趋势.     

热带太平洋上空大气热源、水汽汇的年际变化及其与海温异常之间的联系

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料计算分析了热带太平洋上空大气热源及水汽汇的年际变化及其与海表温度异常之间的联系。通过SVD的分析,发现大气热源的垂直积分〈Q1〉和水汽汇垂直积分〈Q2〉异常与SST异常有着较高正相关关系的热带太平洋区域主要集中在170 E以东的5 S～5 N之间的一个狭长带中。分析大气热源和水汽汇的空间结构,则发现在赤道太平洋中、东部地区,除了最低层(962.5 hPa)和最高层(85 hPa)以外,对流层其余各层Q1、Q2异常与SST异常都存在较高的正相关关系;而在赤道西太平洋地区,850 hPa层以下,Q1异常与SST异常为负相关关系,在962.5 hPa相关系数甚至为 -0.59,其余各层Q1、Q2异常与SST异常也只有很弱的正相关关系。     

北太平洋冬季海-气耦合的主模态及其与瞬变扰动异常的联系

利用45年的ECMWF 再分析资料,使用SVD方法研究了冬季北太平洋地区表层海温(SST)异常与大气环流异常间的主要耦合模态,探讨了大尺度海-气耦合型与天气尺度瞬变扰动的相互关系.分析结果表明,中纬度北太平洋地区冬季存在两种主要的海-气耦合型,第1种耦合型反映了与ENSO紧密相关的中纬度北太平洋冬季海温异常分布型以及大气的PNA型,第2种耦合型SST 异常集中在东亚沿海以及中纬度北太平洋海流区,相应的大气场则为暖(冷)SSTA上空东西向带状区域内位势高度偏高(低),明显独立于ENSO型.进一步的合成分析表明,在第1种耦合型SST正(负)异常年里,冬季阿留申低压主体位置偏西南(东北),从东北亚到北美西海岸的西北-东南向带状区域内是低层大气温度正(负)异常区和高层西风负(正)异常区,西风负(正)异常中心位于西风急流出口处的北太平洋中东部,而西风急流主体区的风速变化很小.在第2种耦合型东亚沿海至中纬度北太平洋海流区SST偏暖(冷)时,阿留申低压整体偏弱(强),SST暖(冷)异常上空的大气温度偏暖(冷),高层西风急流区西风偏弱(强).两种耦合型均显示出在北太平洋中纬度地区大气和海洋的异常相关中心有很好的空间对应性.在两种耦合型下,中纬度北太平洋冬季的大气斜压性也发生截然不同的改变,引起中纬度天气尺度瞬变扰动活动异常.瞬变扰动异常的动力强迫作用对北太平洋西风异常的形成存在正反馈作用,而其热力作用则试图破坏与两种海-气耦合模态相关的大气温度异常型.     

北太平洋海温Victoria模态与ENSO年际关系的非对称特征

利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征.研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关.然而,正负VM事件与ENSO冷暖位相在年际尺度上的联系存在着一定的...     

ENSO与西北太平洋强TC相关关系年代际变化研究

利用美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC),中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)上海台风所,日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)的台风最佳路径资料以及美国NCAR/NCEP再分析资料等,深入研究厄尔尼诺—南方涛动(El Ni1o-Southern Oscillation,ENSO)与西北太平洋强热带气旋(Tropical Cyclone,TC),即1 min最大风速大于等于114 kn相关关系的变化。结果表明,ENSO与热带西北太平洋(Western North Pacific,WNP)强TC频数之间的相关关系存在明显年代际变化。在1960—1971年期间(前一阶段),强TC年频数与Ni1o3. 4(11月—次年1月平均)相关性较弱;而在1983—2014年期间(后一阶段)两者的相关性则为强的正相关。并且强TC的年频数、生命史以及生成位置在后一阶段El Ni1o和La Ni1a年之间的差异相比前一阶段都有明显的增大。进一步分析发现:热带太平洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)的西移是造成后一阶段Ni1o3. 4指数与强TC年频数相关性提高的关键因素。在后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年,SSTA的西移使得WNP东南象限的相对湿度明显增加(减少),从而有利于(不利于) TC在此象限生成。又因为位于东南象限的TC比较容易发展成强TC,因此导致后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年有更多(更少)的强TC在西北太平洋的东南象限生成。     

冬季北太平洋风暴轴的年际型态及其与大气环流的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,运用31点带通数字滤波、线性相关和合成分析方法,研究了1961/1962—2010/2011年冬季北太平洋风暴轴西部、东部区域强度指数的年际演变特征,划分了风暴轴的典型型态,并进一步探讨了与同期北半球500 hPa位势高度场和SLP的关系。结果表明:风暴轴气候态的极大值区域位于中纬度北太平洋中西部,最大值点的频数集中区域和均方差分布的异常中心都有两个。风暴轴西部和东部区域强度指数(WI和EI)的年际演变具有独立性,典型型态可分为单、双中心型两类。WI(EI)指数与北半球500 hPa位势高度场的相关分布类似于WP(PNA)遥相关型;单中心型风暴轴偏强时,极涡南扩,平均槽加深;呈双中心型时,极涡明显偏西。WI(EI)指数与SLP的相关分布类似于NPO(NAO)遥相关型;单中心型风暴轴偏强(弱)时,SLP距平场呈AO遥相关型的正(负)异常位相。     

PDO和ENSO与大连6-9月降水关系分析

利用1905—2006年的太平洋年代际振荡(简称PDO)、ENSO和大连6—9月降水资料,分析三者之间的关系。结果表明:在PDO暖位相期,大连6—9月降水总体比常年偏少;PDO冷位相期,大连6—9月降水总体上比常年偏多;PDO与大连6—9月降水存在准周期对应关系,从PDO冷位相到暖位相,对应的大连6—9月降水距平8 a滑动平均曲线总体呈下降趋势。ENSO对大连6—9月降水的影响明显受PDO的调制,在PDO冷位相期,ENSO年大连6—9月降水总体上比常年偏多,而在PDO暖位相期,ENSO年大连6—9月降水总体上比常年偏少;不同强度和不同冷暖性质的ENSO,在不同PDO位相期内对大连6—9月降水的影响也各不相同。     

1979—2013年北太平洋海表面盐度变化及其与淡水通量的关系

利用海洋再分析资料,对北太平洋海表面盐度（Sea Surface Salinity,SSS）变化及其与淡水通量（Fresh Water Flux,FWF）的关系进行研究。结果表明：1914—2013年SSS存在增大趋势,且有25～30 a的周期变化;1979—2013年SSS存在先减小后增大趋势,且有7～12 a的周期变化。北太平洋SSS变化的活跃区域位于黑潮及其延伸区（A区）和北太平洋中部偏东地区（B区）。A区和B区SSS在2000年之前存在减小趋势,在2000—2009年出现明显增大趋势。A区和B区SSS变化与北太平洋FWF变化显著相关,其中A区SSS受局地FWF影响较大（最大相关系数出现在FWF超前16个月）,B区SSS受局地FWF影响较小（最大相关系数出现在FWF超前20个月）。北太平洋FWF与A区SSS的相关表明：它们存在较大范围的正相关区,正相关区主要位于黑潮延伸区（A区东部）,且正相关大值区随着FWF超前时间缩短而向东移动。对应于北太平洋温度年代际变化,SSS也存在显著的年代际变化,并且北太平洋关键区盐度变化能够表征北太平洋气候变率,它可以作为北太平洋气候变率的替代指数。     

ENSO and Western North Pacific tropical cyclone activity simulated in a CGCM

A high-resolution (T213) coupled ocean–atmosphere general circulation model (CGCM) has been used to examine the relationship between El Niño/Southern Oscillation (ENSO) and tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific (WNP). The model simulates ENSO-like events similar to those observed, though the amplitude of the simulated Niño34 sea surface temperature (SST) anomaly is twice as large as observed. In El Niño (La Niña) years, the annual number of model TCs in the southeast quadrant of the WNP increases (decreases), while it decreases (increases) in the northwest quadrant. In spite of the significant difference in the mean genesis location of model TCs between El Niño and La Niña years, however, there is no significant simultaneous correlation between the annual number of model TCs over the entire WNP and model Niño34 SST anomalies. The annual number of model TCs, however, tends to decrease in the years following El Niño, relating to the development of anticyclonic circulation around the Philippine Sea in response to the SST anomalies in the central and eastern equatorial Pacific. Furthermore, it seems that the number of model TCs tends to increase in the years before El Niño. It is also shown that the number of TCs moving into the East Asia is fewer in October of El Niño years than La Niña years, related to the anomalous southward shift of mid-latitude westerlies, though no impact of ENSO on TC tracks is found in other months. It is found that model TCs have longer lifetimes due to the southeastward shift of mean TC genesis location in El Niño years than in La Niña years. As the result of longer fetch of TCs over warm SST, model TCs appear to be more intense in El Niño years. These relationships between ENSO and TC activity in the WNP are in good agreement with observational evidence, suggesting that a finer-resolution CGCM may become a powerful tool for understanding interannual variability of TC activity.     

Interdecadal Modulation of AMO on the Winter North Pacific Oscillation-Following Winter ENSO Relationship

It is known that the wintertime North Pacific Oscillation (NPO) is an important extratropical forcing for the occurrence of an El Ni?o?Southern Oscillation (ENSO) event in the subsequent winter via the “seasonal footprinting mechanism” (SFM). This study reveals that the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) can notably modulate the relationship between the winter NPO and the following winter ENSO. During the negative AMO phase, the winter NPO has significant impacts on the following winter ENSO via the SFM. In contrast, the influence of the winter NPO on ENSO is not robust at all during the positive AMO phase. Winter NPO-generated westerly wind anomalies over the equatorial western Pacific during the following spring are much stronger during negative than positive AMO phases. It is suggested that the AMO impacts the winter NPO-induced equatorial westerly winds over the western Pacific via modulating the precipitation climatology over the tropical central Pacific and via modulating the connection of the winter NPO with spring sea surface temperature in the tropical North Atlantic.