冬季黑潮延伸体海温异常结构及其与热带太平洋海温变化关系分析

基于NASA遥感系统提供的2003~2015年全球高分辨率海表温度资料,应用经验正交函数分析、时滞相关分析等方法,对北太平洋冬季黑潮延伸体区海温异常特征及其与热带海表温度的可能关系进行了初步分析。研究发现,冬季延伸体区的海温异常主要表现为两类结构特征,其一为上游区域发展型,包括海盆尺度一致性变化的季节模态和纬向反位相的收缩型结构;其二为纬向延展型,包括分叉东扩结构和通道东扩结构,且该两结构型在2010年前反位相,使得2006年前暖异常东扩路径基本控制在36°N以南,其后至2010年期间,暖异常东扩路径偏北,而2010年后结构型转为同位相,暖异常东扩路径偏北。分叉东扩结构表现为与热带海温变化紧密相关,进一步的时滞相关分析与合成分析表明,热带太平洋不同地区对中纬度海温分叉东扩的影响存在差异,Ni?o3区海温异常超前延伸体区分叉东扩模态约1~2个月,而Ni?o3.4区及Ni?o4区则与延伸体区海温分叉东扩保持前后各约3个月的宽谱同期负相关,或可表明El Ni?o的东部型和中部型对中纬度延伸体暖流分叉东扩存在超前和同期相关影响,且中部型影响更显著。     

两类El Ni?o事件对我国西南地区冬季降水的影响

采用1960~2014年西南地区93个站的逐月降水资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了东部型El Ni?o（EP El Ni?o）和中部型El Ni?o（CP El Ni?o）对我国西南地区冬季降水的不同影响。结果表明,EP ElNi?o年冬季和CP El Ni?o事件中1994/1995年、2002/2003年冬季,我国西南地区受异常偏东风影响,获得来自孟加拉湾和南海的水汽供应。同时,西南地区存在明显的幅合上升运动,上升运动异常增强,对流加强,导致西南地区冬季降水偏多;而CP El Ni?o事件中1968/1969年、1977/1978年,2004/2005年、2009/2010年冬季,我国西南地区受异常西北风影响,来自孟加拉湾和南海的水汽减少。同时,西南地区存在明显的幅散下沉运动,上升运动异常减弱,对流减弱,导致西南地区冬季降水偏少。     

1月份黑潮区域海温异常与我国夏季降水的关系

分析了1月份黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6—8月平均)降水的相关关系及其与夏季东亚大气环流的关系。结果表明：1月份黑潮区域海温偏高(低)时，乌拉尔山附近和雅库茨克附近的阻高加强(减弱)，在这两个阻高之间的低压槽加深(减弱)，西北太平洋副热带高压加强(减弱)、西伸(东撤)，亚洲夏季风明显偏弱(强)，导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游地区(我国北方地区)，从而使长江中下游地区的夏季降水增多(减少)。     

两类El Ni?o事件对华南前汛期降水异常的影响

利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El Ni?o事件对华南前汛期（4—6月）降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP（CP）型相关的降水异常以偏多（少）为主;6月则相反,EP（CP）型的降水呈负（正）异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850 hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500 hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500 hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500 hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列（EAP）型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP /CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。      

春季黑潮区海温异常与我国夏季降水的关系

利用海温资料、NCEP/NCAR 53 a(1951～2003年)再分析资料和全国160个站的月降水资料,采用小波、合成和相关分析等方法,分析了春季黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6～8月)降水及其与夏季500 hPa高度场、水汽输送的关系。结果表明:春季黑潮区域海表温度具有明显的年际和年代际变化特征,海温的增加趋势非常显著,存在不同尺度的周期振荡,其中23 a左右的周期最显著。春季黑潮海温偏高时,中高纬地区的槽和脊加深,西北太平洋副热带高压加强、西伸,导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游及华南地区,从而使长江中下游及华南地区的夏季降水增多;水汽输送合成场表明来自南海、西太平洋的水汽输送较气候平均年偏强,向长江流域以北的水汽输送减少,使长江中下游及华南地区夏季降水增多;相反,海温偏低时,长江中下游及华南地区的夏季降水减少。     

ENSO与秦巴山区汛期降水的相关分析

利用秦巴山区安康市十个地面观测站1963-2015年共计52年时间的汛期(5-10月)逐月降水量数据、汛期暴雨日数据及美国气候预测中心(CPC)的海温资料,研究安康汛期降水和暴雨与ENSO之间的关系。结果表明:NINO3.4区海温与安康汛期降水6月份呈负相关,7月份呈正相关;El Ni? o衰减年对安康汛期降水异常影响显著,特别是6月安康降水异常偏少,7月、8月、10月安康降水异常偏多;La Ni? a发展年,安康6月降水异常偏少,7月、9月和10月较常年略偏多;在El Ni?o衰减年和La Ni? a发展年,安康出现暴雨的概率较大,同时也容易产生极端偏多的暴雨事件。     

海温异常对山东夏季降水的影响分析

讨论了前期全球海温异常对山东夏季降水不同分布型的影响,找到了对汛期降水预测有指示意义的异常信号,并将这些异常信号与2016年的降水分布特征进行了验证。前期恩索(ENSO)处于发展状态时,易造成全省夏季降水一致的分布形势;前期ENSO处于衰减状态时,山东夏季降水易出现东西反向的分布形势。太平洋十年际振荡和热带印度洋全区一致海温模态位相与鲁东南和半岛的夏季降水存在高相关,而副热带南印度洋偶极子和热带印度洋偶极子位相对山东夏季降水的高影响区位于鲁西北。这些异常信号对山东夏季降水预测具有一定的指示意义。     

山东5月降水异常环流型及其与海温异常的联系

利用 1981—2019 年 NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多（少）雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程。结果表明：典型多（少）雨年,亚洲中高纬环流呈“－、＋”（“＋、－” ）距平分布,盛行纬（经）向环流,东亚大槽偏弱（强）。前期冬春季黑潮区和热带印度洋海温是影响山东5月降水的关键外强迫因子,黑潮区海温偏暖（冷）时,其上空500 hPa高度场为明显正（负）距平,低层风场呈现异常反气旋（气旋）,山东受异常东南风（偏西风）控制,加强（削弱）了水汽输送, 利于降水偏多（少）。热带印度洋偏暖年,山东地区 500 hPa高度场上表现为西低东高,低层处于异常反气旋后部的东南气流中,这与典型多雨年的环流特征基本一致,印度洋偏冷年对应环流特征与偏暖年大致相反。     

夏季黑潮区域SSTA及其与中国夏季降水的联系

采用海温、降水、OLR和NCEP／NCAR40a再分析资料，利用REOF方法，研究了夏季北半球海温异常(SSTA)的变化特征，结果显示：第4个REOF空间型是黑潮海温异常的典型形态。相关、合成分析表明，夏季黑潮海温正异常年时，长江流域降水偏多，洞庭湖流域显著偏多；负异常年时则反之。     

淮河流域夏季降水异常与北太平洋海温异常的关系

研究淮河流域降水异常与北太平洋海温异常的相关关系,初步探讨北太平洋海温异常对淮河流域降水的可能影响机制。结果表明:淮河流域夏季降水与上年8-10月北太平洋中部关键海区(162．5~177．5°W,36．5~41．5°N)的SSTA存在持续高的正相关关系;淮河流域夏季降水异常对应着一种大范围的海温异常分布型,而关键海区正好位子其相关最显著地区;正是由于北太平洋大范围持续的海温异常引起了次年夏季大气环流的异常,导致了淮河流域夏季降水异常,这也正是海温与降水具有很好相关的内在原因。     

前期北太平洋海温异常对贵州夏季降水的影响

利用1979 2011年夏季贵州83个台站降水月资料及前期北太平洋逐月海温资料,对二者的耦合关系进行了SVD分析,对异常年份进行了合成分析,并对前期海温影响贵州夏季降水的可能机制进行了探讨。结果表明:(1)影响贵州夏季降水的海温关键区,从前一年夏季至当年春季由北太平洋的加利福尼亚冷流区转移到了黑潮区,前一年夏、秋及冬季海温的变化与贵州夏季降水关系更为密切,同期春季与贵州夏季降水的相关最差,且前期北太平洋海温与贵州中东部降水的异性相关更好。(2)贵州夏季降水偏多年,前一年夏季北太平洋海温分布从西北到东南为"+-+"分布,而降水偏少年为"-+-"分布,降水偏多年与El Nino事件关系不密切,而降水偏少年与La Nina事件关系较密切;在北太平洋夏季海温正异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏多,而在负异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏少。(3)前期北太平洋海温异常是影响贵州夏季降水的可能机制,北太平洋海温异常升高可引起向中纬度西太平洋传播的波列,通过加强西风造成西太平洋副热带高压西伸、偏强,有利于贵州降水异常偏多;而北太平洋海温异常降低对贵州降水的影响不如海温异常显著,它可造成西风减弱,使得西太平洋副热带高压东退、偏弱,从而抑制贵州夏季降水。     

北太平洋中纬海温异常对中国东部夏季降水影响的可能途径

用 8 5 0 h Pau场分解为正、斜分量的方法研究了前期北太平洋中纬 ( 42 .5～5 2 .5°N,1 70°E～ 1 70°W)海温关键区海温异常对其后期中国东部夏季降水影响的可能途径。结果表明 ,前期海温关键区海温首先对其同期 85 0 h Pau场斜压波列施加影响 ,该斜压波列又对其后期斜压波列施加影响 ,最后此斜压波列影响中国东部夏季降水异常。     

印度洋海温异常对贵州夏季降水的影响

利用经验正交函数(EOF)对印度洋海表温度距平(SSTA)进行展开,分析印度洋海温场的时空特征及其与贵州夏季降水的关系.结果表明,同期的印度洋海表温度距平分布场与贵州夏季降水相关显著,西印度洋索马里海区的SSTA与贵州夏季降水关系最为密切,当夏季索马里海区海温偏高(低)时贵州夏季降水偏少(多).     

2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理

2015年我国东部夏季降水呈现南北反位相的空间分布,河套地区降水异常偏少、长江中下游地区降水异常偏多,同期印度中部地区降水负异常,上述三个区域2015年夏季降水距平百分率绝对值极大值均超过55%。东亚和南亚地区2015年夏季降水异常的形成机理主要是由于该年夏季处于El Niňo事件的发展位相,菲律宾群岛及邻近区域反气旋环流异常,江淮地区至日本列岛气旋式环流异常,对流层低层位势高度异常场和整层水汽异常输送场亦存在相一致的空间分布,表现为负位相的EAP(East Asian-Pacific)/PJ(Pacific-Japan)型遥相关,有利于河套地区降水偏少和长江流域降水偏多。热带太平洋海温异常引起热带地区Walker环流负异常,热带西太平洋地区上空受异常下沉气流控制,热带印度洋区域对流层盛行东风异常,减弱了印度夏季风,并造成了印度中部地区夏季降水偏少。另一方面,印度上空对流层低层受异常反气旋控制,该异常反气旋北侧的西风异常沿着青藏高原南麓向东运动,增强了与EAP/PJ型遥相关相联系的异常水汽输送,有利于维持和增强河套地区降水负异常和长江中下游地区降水正异常。     

超强El Ni?o事件的多样性及其对东亚夏季风降水的影响

利用1979—2017年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建海温逐月资料(ERSST V5)、气候预报中心(CPC)的Ni?o3.4指数、NCEP/NCAR再分析风场资料以及CMAP降水资料,将1979—2017年Ni?o3.4指数超过2 ℃的El Ni?o事件,定义为超强El Ni?o事件。根据超强El Ni?o事件的定义,从近40年(1979—2017年)选取出三个超强El Ni?o事件(1982—1983年、1997—1998年和2015—2016年)。首先运用海温距平资料,分析超强El Ni?o事件的多样性特征,然后根据这三个超强El Ni?o事件发生年与次年的夏季降水距平,讨论东亚夏季风降水对超强El Ni?o事件多样性的响应差异。研究表明,即使是同为超强的El Ni?o事件,由于其不同的分布特征,东亚夏季风降水的响应场表现出明显的不同。在此基础上,从环流异常、850 hPa风场异常以及副高的变化等方面讨论了这两者之间的联系。      

两类El Nio对中国东部春季降水的影响

采用1951—2012年我国160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA提供的海表温度、Nio3.4指数等资料,运用EOF分析方法和合成分析等方法分析了两类El Nio(传统El Nio和El Nio Modoki)对我国东部春季降水的影响。结果表明:传统的El Nio和第二类厄尔尼诺El Nio Modoki对我国华南地区广东一带春季降水影响较大,传统厄尔尼诺年(第二类厄尔尼诺年)广东地区降水偏多(少)。它们的影响机制与菲律宾反气旋、西太平洋副热带高压位置的偏移有关,传统厄尔尼诺年(第二类厄尔尼诺年)副热带高压位置偏南(北),华南地区对流增大(小),降水偏多(少)。     

海温异常对降水异常影响的数值试验

利用球圈范围的初始方程模式和1991年6～7月海温距平分布，研究海温异常对我国东部地区、西北地区、青藏高原附近地区以及南亚和其它降水变化明显区的影响。结果表明，除远离海洋的内陆地区外，按照类似于实际海温距平模拟出的降水场分布与实况基本一致。特别是考虑了阿拉伯海和太平洋东部的海温距平中心后，我国的东部、青藏高原附近及印度半岛等地的降水模拟得比较成功。文章最后指出，降水异常是与海温异常造成的环流异常有关。     

北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径

利用Godas月平均次表层海温资料, 分析了冬、春季和夏季北太平洋次表层海温层际相似性特征, 据此对次表层海温进行分层。在此基础上研究了500 hPa位势高度场、北太平洋次表层海温、中国夏季降水三者之间的时滞相关关系, 发现春季北太平洋次表层海温场是联系前、后期大气环流的关键因素。前期冬季大气环流对春季北太平洋次表层海温场影响最显著, 春季北太平洋次表层海温场又持续影响同期及后期夏季大气环流异常。异常的夏季大气环流与同期表层、次表层海温相互作用, 共同造成夏季长江流域与华北、华南降水出现相反异常的分布型式。     

Nino3区海温的变化对黄河流域夏季降水的影响

利用1961—2011年NCEP/NCAR再分析资料和黄河流域45站降水资料,定义了4月和上年10月的Nino3区海温差（ΔISST3）指数,分析ΔISST3指数与夏季海温的关系以及大气环流和夏季黄河流域降水与ΔISST3指数的相关情况,得到如下结果：(1)ΔISST3升高（降低）时,夏季赤道中东太平洋海温易偏暖（冷）,而我国南海到菲律宾半岛海区易偏冷（暖）。（2）500 hPa高度场上,ΔISST3与100°E~80°W范围的热带和副热带地区高度呈显著的负相关关系;ΔISST3正负异常差值场显示,ΔISST3升高（降低）时,夏季热带和太平洋副热带地区的500 hPa高度偏低（高）,赤道北侧850 hPa西风（东风）距平异常,西太平洋副热带高压明显偏弱（强）,我国东部沿海大陆盛行偏北（南）气流,暖湿气流不活跃（活跃）,季风偏弱（强）,而中高纬度上,蒙古北部气旋（反气旋）发展,致使河套地区处在反气旋性（气旋性）环流中。（3）ΔISST3指数与黄河流域夏季降水呈显著的负相关关系,相关系数为-0.51,当ΔISST3正异常时,黄河流域夏季降水易偏少;ΔISST3负异常时,黄河流域夏季降水易偏多,且负异常对黄河流域夏季降水的影响更显著。