前期热带太平洋、印度洋海温异常对长江流域及以南地区6月降水的影响

利用NCEP/NCAR提供的1951-2000年全球月平均海表温度距平资料及中国160个测站的月降水资料,采用相关关系分析、合成分析方法,研究了前期热带太平洋、印度洋海温异常对长江流域及以南地区6月降水的影响.结果表明(1)Nino3指数与印度洋偶极子指数(IODI)有明显的季节变化,且两者同期相关关系随季节不同,以秋季的相关关系最好,相关系数达0.523,并且这时两种指数的强度也较大.作秋季ENSO和印度洋偶极子同时发生年至次年6月的时间序列,发现两事件存在2月左右的位相差,10DI在9-10月达到峰值,Nino3指数在12月达到峰值.说明在相关最好的秋季两事件并不是完全同步的;(2)前期秋季Nino3指数、印度洋偶极子指数及新定义的同时考虑两种指数的一个综合指数-IODN3这3种指数与中国6月降水的相关系数分布有相似特征,主要表现为相关显著区都在长江流域及以南地区.3种指数与降水的相关中,以IODN3与降水相关关系最为显著,显著区范围也最大;(3)前期秋季El Ni(n)o.和印度洋偶极子正位相同时发生年6月的500 hPa位势高度、垂直速度、水汽输送等异常分布与其前期秋季反位相年6月的异常分布有相反的特征,表明海温异常对长江流域及以南地区降水有重要影响,对应该地区6月降水偏多或偏少;(4)前期秋季El Ni(n)o.和印度洋偶极子正位相同时发生使菲律宾反气旋加强和维持,形成有利于降水的环流形势.     

热带太平洋海温分布状况及冬季年际变化

首先,通过各月份多年平均(1854年1月至2009年9月)的SST分析热带太平洋SST的季节变化.发现热带太平洋有存在两个暖池等特征.接着采用经验正交函数(EOF)的方法,重点对不同时段(1949-2008、1949-1978、1979-2008)的标准化后的冬季(DJF)月平均SST进行分析.分析结果显示,EOF1型模态与El Ni(n)o事件有较好的对应关系,El Ni(n)o事件有越来越强的趋势.EOF2型捕捉到了一个类似Modoki的模态,这一模态方差贡献的上升,似乎预示着Modoki事件将越来越活跃.     

ENSO年东亚夏季风异常对中国江、淮流域夏季降水的影响

利用Nio3指数,把ENSO循环不同位相的夏季划分为4类并进行聚类分析,发现ElNio发展期和LaNia衰减期可以聚为一类,其夏季淮河流域降水往往偏多,长江中下游降水偏少;ElNio衰减期和LaNia发展期可以聚为一类,其夏季长江中下游地区降水往往偏多,淮河流域降水往往偏少。而后对这两大类中的年份分别聚类和合成分析。结果发现,这次聚类的结果反映了强弱夏季风对江、淮地区降水的影响。这一方面表明ENSO循环的同一位相既可能对应强东亚夏季风也可能对应弱夏季风,另一方面表明ENSO循环通过影响东亚夏季风环流异常的范围而使雨带位置发生变化,东亚夏季风强弱主要使雨量多少发生变化。     

El Ni(n)o事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971～2000年逐月SODA (Simple Ocean Data Assimilation) 同化资料 (Carton等, 2004)、 1980～2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料 (Kalnay等, 1996) 探讨中部型 (暖海水首先出现在120°W以西) 和东部型 (暖海水首先出现在120°W以东) El Ni(n)o事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征.研究指出: (1) 中部型和东部型El Ni(n)o事件发生时, 太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象, 但中部型El Ni(n)o事件西风应力距平强度强, 造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区, 这类El Ni(n)o事件强度偏强.(2) 中部型El Ni(n)o事件, 赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播, 辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻, 西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关.(3) 东部型El Ni(n)o事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区, 东太平洋暖水形成与局地 (120°W以东) 辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关; 东部型El Ni(n)o事件暖池次表层的暖水, 不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区, 而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区, 再由西风漂流平流到东太平洋.     

关于ENSO事件及其对中国气候影响研究的综述

Nino指数和SOI是表征ENSO事件的两个主要特征值。根据Nino 3．4区指数变化,1950年以来共发生15次El Nino事件和11次LaNina事件。El Nino年,热带中、东太平洋上的岛屿及沿岸国家多暴雨洪涝,印度、印度尼西亚、澳大利亚等国家发生持续干旱,中国东北地区夏、秋季降水及年降水都偏少,江南地区降水偏多;太平洋和大西洋地区发生的热带风暴以及登陆中国的台风数都比常年偏少;加拿大西南部和美国北部暖冬,东亚夏季低温,中国常出现暖冬凉夏。La Nina年则基本上相反,赤道太平洋中、东部地区干旱少雨,西太平洋上的台风和大西洋飓风及登陆中国的台风明显增多,中国汛期主要雨带偏北,易出现热夏寒冬。     

2007年我国秋季降水异常的成因分析

利用NCEP再分析资料和观测的我国160个台站的降水资料,分析了2007年秋季我国北方地区降水异常偏多的时空特征和大尺度环流特征,重点分析了2007年夏秋季开始的La Ni(n)a事件对2007年秋季降水和大气环流的影响.结果表明:2007年我国秋季降水出现了典型北多南少的分布,尤其是9月和10月北方地区降水异常偏多.这段时期内,印缅槽偏强,高原东侧的西南季风异常活跃,加强了来自孟加拉湾和南海的水汽向我国北方地区的输送,同时巴尔喀什湖一贝加尔湖高度场偏低,利于不断分裂的冷空气南下,由于西太平洋副热带高压脊线偏北,使冷暖空气主要交汇在我国北方地区.秋季降水EOF第二模态表现为南北反相的分布,与赤道中东太平洋海温异常有密切关系,解释了我国秋季降水10%以上的方差贡献.2007年我国秋季降水和大气环流都表现出了典型La Ni(n)a事件影响的特征.     

印度洋冬季海温异常对中国春季降水的影响

利用1960 2004年NCEP/NCAR全球再分析资料和中国160个测站逐月降水观测资料,考虑赤道海温强迫和中高纬地区气候变化中大气环流的桥梁作用,首先对冬季印度洋海温距平场与同期北半球500 hPa位势高度距平场进行奇异值分解(SVD),然后分析印度洋海温异常对中国冬季及后期春季降水的影响。结果表明,印度洋冬季海温距平场第一奇异向量是全区一致的单极型分布形势,而且对中国春季降水的影响显著,特别是与长江中下游以北至华北地区、新疆等大片地区的春季降水呈显著正相关关系。当印度洋冬季海温距平场第一奇异向量处于正位相的时候,海温异常偏暖,此时对应的东亚地区上空西风急流减弱,日本海附近500 hPa位势高度出现正异常中心,使得东亚大槽偏东、偏弱,有助于低层偏南气流带来的水汽在长江中下游以北至华北地区形成水汽辐合,从而造成该地区春季降水偏多。因此,印度洋冬季海温距平场的第一奇异向量可以作为次年长江中下游以北至华北地区春季降水季节预报的一个前期预报因子。     

El Nio位相期间印度洋海温异常对中国南部初夏降水及初夏亚洲季风影响的数值模拟研究

基于中国科学院大气物理研究所的ＩＡＰ ９Ｌ大气环流模式，设计并完成了赤道太平洋暖异常海温和印度洋地区的不同结构异常海温的强迫试验．以研究在 Ｅｌ Ｎｉｏ位相期间印度洋不同海温异常分布对初夏亚洲季风及我国南部地区初夏降水的影响。结果表明：ＥＩＮｉｏ位相期间印度洋异常海温的作用是不可忽视的。在 Ｅｌ Ｎｉｏ位相期间，印度洋不同的海温结构对越赤道气流异常，对印度、中南半岛及中国南方的降水分布有重要的影响。利用ＮＣＥＰ的资料进行合成分析，进一步证实了数值模拟结果的可靠性。     

Ningaloo Niño/Niña与华南冬季降水异常的联系

利用1979—2017年逐月平均的NOAA ERSST V3b海表温度资料、CN05.1降水资料以及NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了Ningaloo Niño/Niña的基本特征及其与华南冬季降水异常的联系。结果表明,Ningaloo Niño/Niña是副热带东印度洋海温异常EOF第一模态,具有明显的年际变化特征和季节锁相特性。在扣除El Niño/La Niña的影响后,Ningaloo Niño/Niña与华南冬季降水异常存在着密切的联系,即Ningaloo Niño(Niña)年时,华南地区冬季降水增多(减少)。这种影响的可能机制是:Ningaloo Niño/Niña通过影响南支槽的强度变化进而影响华南冬季降水异常。Ningaloo Niño年冬季,澳大利亚西侧海表温度升高,对流增强,使南半球80°~100°E附近的Hadley环流上升支增强,造成经向环流异常,北半球低纬度地区形成一个异常的反环流圈,导致南支槽的增强。南支槽的强度与华南冬季降水呈正相关关系,南支槽强度偏强时,活跃的扰动向下游传播,槽前盛行的西南气流使得充足的水汽自孟加拉湾由西南向东北方向输入,为华南冬季降水偏多提供了条件,Ningaloo Niña年份的情形则与之相反。     

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。     

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。     

春季/夏季型El Ni?o对中国夏季降水变化的影响

利用中国气象局160站的逐月降水资料,NCAR/NCEP再分析资料以及美国CPC提供的Ni?o3. 4区指数,对比分析了SP、SU两类El Ni?o事件发展年、衰减年中国夏季降水和东亚环流特征的差异。结果表明:1) SP型El Ni?o事件发展年全国以少雨为主要特征,衰减年降水呈"北多南少"分布; SU型发展年,降水异常呈"三明治"型分布特征,衰减年降水偏多区域增大。2) 850 h Pa风场上,SP型El Ni?o事件发展年夏季风偏强,但反气旋性风场异常位置偏东偏北,衰减年夏季风还保持强劲,且反气旋性风场异常偏西偏南;而SU型发展年东亚夏季风偏弱,衰减年夏季风偏强。3) 500 hPa高度场上,SP型事件发展年夏季,我国受东亚夏季风影响总体偏弱,来自低纬地区的暖湿水汽向我国大陆输送不足;衰减年,受偏强东亚夏季风影响,来自低纬地区的暖湿水汽向我国腹地输送。SU型发展年,受相对活跃的冷空气影响,内蒙到华北地区多雨;衰减年,受偏强夏季风影响,冷暖气流在我国黄河及以北地区交汇。4)比较两类El Ni?o事件发生时对流层低层和高层特征表明:在SP型事件发展年,我国大陆上空,除内蒙和东北外,基本为下沉异常,衰减年基本为上升异常;在SU型发展年,我国大陆上空皆为显著的下沉异常,衰减年为弱下沉异常,但在偏强夏季风的作用下,降水偏多区域增大了。     

两类厄尔尼诺事件对中国东部冬季气溶胶的影响

利用MERRA-2再分析气溶胶光学厚度及气象观测资料,在剔除人为排放长期变化产生的气溶胶光学厚度扰动的基础上,从气候学角度探讨了两类厄尔尼诺事件对中国东部冬季气溶胶的影响。结果表明,东部型厄尔尼诺事件使绝大部分区域气溶胶光学厚度呈正异常分布,尤其对华北至东北的气溶胶污染加剧作用显著;而中部型厄尔尼诺事件使气溶胶光学厚度异常由南至北呈显著的“+-”双极型分布。进一步成因分析发现,虽然两类厄尔尼诺事件都具有削弱冬季风从而减弱北方气溶胶向南传输的作用,但中部型对水平流场的削弱作用不显著,尤其是东北地区没有通过90%的显著性检验。同时二者对北方大气垂直扰动和气溶胶的湿清除作用相反,其中东部型表现为大气垂直扰动和对流有效位能减弱,降水减少,湿清除减弱;而中部型则表现为垂直扰动和对流有效位能增强,降水增多,湿清除增强。对于南方,强东部型事件引发的强降水可能是产生该区域气溶胶污染影响不稳定的主因,而中部型则主要通过气流削弱作用加剧长江中下游地区气溶胶的局地污染。      

2015/2016厄尔尼诺事件的衰减位相及其对应的西北太平洋环流异常

利用季节平均Had ISST海温、CMAP降水及NCEP风场数据,分析了2015/2016超级厄尔尼诺衰减期的特征及其对应的西北太平洋大气环流异常。结果表明:2015/2016厄尔尼诺事件除了成熟位相冬季强度大以外,还具有在随后春季衰减快,到夏季就消亡的特征。伴随着厄尔尼诺的迅速衰减,西北太平洋有较强的反气旋环流异常维持。厄尔尼诺衰减位相与西太反气旋异常存在相互作用。一方面,由于此次厄尔尼诺事件强度强,衰减期热带印度洋有显著的暖海温异常从冬季一直维持到夏季,有利于西太反气旋的增强和维持。另一方面,西太反气旋环流异常的维持及其南侧东风异常的发展使得中东太平洋正海温异常减弱,令厄尔尼诺事件快速衰退。此外,通过与1982/1983和1997/1998年比较发现,这三次超强厄尔尼诺事件虽强度相当,但衰减位相及与之相联系的西太反气旋异常都不尽相同。1982/1983事件衰减慢,维持时间长,对应的西太反气旋强度弱。而1997/1998事件衰减快,维持时间短,对应的西太反气旋强度在春季和夏季都强盛维持。2015/2016事件的衰减速度明显快于1982/1983事件,对应的西太反气旋也强于1982/1983事件,由于2015/2016事件增暖中心偏向于中东太平洋,而这里是厄尔尼诺衰减过程中负海温异常最先出现的区域,因此尽管2015/2016事件中西太反气旋异常的强度弱于1997/1998事件,但衰减速度及衰减位相维持时间与1997/1998相当。本文研究结果表明厄尔尼诺衰减与西太反气旋异常之间的关系较为复杂,需进一步研究。     

与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征

利用NCEP/NCAR再分析大气环流资料、哈得来中心海温资料、中国700多站降水资料以及全球格点降水资料,详细分析了中国南方冬季降水异常的特征,并揭示了其所对应的欧亚大气环流和东亚冬季风异常与ENSO事件的联系,以及ENSO暖/冷位相对其影响的非对称性。研究进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子,并指出拉尼娜对中国南方冬季降水的影响表现出明显的年代际变化特征。1980年之前的拉尼娜年冬季,东亚冬季风显著偏强,东亚大槽偏深,西北太平洋副热带高压偏弱偏东,中国南方受一致偏北风影响,气温偏低,降水偏少,多表现为冷干的气候特征。但1980年之后的拉尼娜年冬季,东亚大槽偏弱,印缅槽偏强,同时在菲律宾以西激发出异常气旋性环流,使得异常偏东风控制中国南方,有利于热带水汽输送增强,因此降水偏多。同时,1980年之后的拉尼娜事件还使得东亚副热带西风急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流使得中国南方上空的上升运动偏强,有利于降水偏多。因此,1980年之后的拉尼娜年冬季,中国南方易表现出冷湿的气候特征,有时也容易发生低温雨雪冰冻灾害。进一步分析表明,1980年以后拉尼娜成熟期海温异常空间分布型的变化,以及北半球大气环流的年代际变化可能是导致拉尼娜对东亚大气环流的影响在1980年之后发生变化的重要原因。     

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。     

副极地海洋锋区海温异常影响厄尔尼诺的机制研究

基于1979—2021年的ERA5再分析资料,研究了副极地海洋锋区(Subarctic Frontal Zone, SAFZ)海温(Sea Surface Temperature, SST)异常相关的冬季海气相互作用过程及其影响次年冬季厄尔尼诺(El Niño)的机制。研究表明,冬季SAFZ的特征海气异常表现为大尺度的SST暖异常与偶极型的大气环流异常。在SAFZ海气相互作用过程中,海洋首先通过直接的非绝热加热影响低层大气斜压性,随后通过间接的瞬变涡旋反馈使相当正压的位势高度异常在整个冬季内维持。其中,南部的气旋式环流异常通过减弱副热带的平均信风激发太平洋经向模态(Pacific Meridional Mode, PMM)与风—蒸发—SST (Wind-Evaporation-SST, WES)反馈,从而使中纬度SST暖异常南传至热带太平洋中部,随后导致El Niño发生。然而,并非所有的SAFZ暖异常事件都能激发次年冬季的El Niño,中纬度海气耦合异常的初始配置及同期热带太平洋的表现情况将对中纬度信号南传至热带的过程产生较大的影响。     

超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水频率的影响

利用中国国家气象信息中心提供的中国地面逐日降水0.5°×0.5°格点数据集,研究了超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部极端降水发生概率的变化,并通过诊断超强厄尔尼诺自身及其衍生模态各自的水汽输送和垂直运动特征,探讨了超强厄尔尼诺事件对中国东部极端降水的影响机制。结果表明,超强厄尔尼诺事件衰减年春季,整个中国东部尤其是江淮以北地区,极端降水事件发生概率显著增大。同年夏季,长江流域极端降水发生概率比常规年份高出近1倍,而在华南和华北地区则相对减小。诊断分析显示,春季超强厄尔尼诺自身及其与热带太平洋地区年循环相互作用衍生出的组合模态（C-mode）均对降水的环流背景影响显著,热带太平洋西北部低空存在强盛的反气旋性异常环流,导致大量水汽在中国东部汇聚并上升,有利于该地区极端降水事件的发生。夏季,厄尔尼诺事件已经消亡,但与C-mode影响相关联的西北太平洋异常反气旋环流仍然存在,长江流域维持极端降水事件发生的有利条件。此外,研究也显示,超强厄尔尼诺事件衰减年春、夏季中国东部对流层中上层持续有异常经向风活动,频繁的南北冷暖气流交汇可能导致强对流事件发生次数增多,这也为该区域极端降水的频发提供了支持。