冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化

利用1951-2010年全国台站冬季降水观测资料、Hadley环流中心逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,探讨了西太平洋暖池与我国华南地区冬季降水的关系。结果表明,西太平洋暖池与我国华南冬季降水的年际关系在1972年发生了明显的年代际转折,20世纪70年代前两者弱的负相关未通过信度检验,而70年代后两者相关系数达到-0.5~-0.6。回归分析显示,70年代前,暖池对产生华南冬季降水的水汽条件以及动力条件等的影响不显著,因此其与华南冬季降水的关系不明显。70年代后,暖池偏暖时,在菲律宾海区域激发出一个显著的气旋性环流,该环流西北侧的偏北风不利于南海地区水汽向我国华南地区输送,华南地区水汽辐散增强,而且南支槽地区对流减弱,南支扰动不活跃且扰动不能向下游地区传播,华南地区扰动活动减弱,此外暖池偏暖使北半球经向环流显著增强,且下沉支位于我国华南地区,加强了华南地区的下沉运动,因而华南地区冬季降水显著偏少;暖池偏冷时,情况相反。     

西太平洋暖池热含量年际变化及其对东亚气候异常的影响

利用1980—2010年共31个冬季的GODAS海洋同化资料,以5～366 m次表层海温构造西太平洋暖池区域的热含量,分析了冬季西太平洋暖池次表层热含量的时空特征、持续性以及对其邻近区域的气候异常影响,结果表明:(1) 整体一致性分布是冬季西太暖池区次表层热含量年际变化的主导模态,其时间系数的年际振荡较好地代表了暖池区次表层热状况的年际异常。暖池区热含量的变化与ENSO事件联系密切,它能保持超前两季以上的显著自相关,持续性较赤道中东太平洋海温异常更为稳定。(2) 冬季暖池区热含量异常对后期春、夏季暖池热状况产生持续影响,相应的暖水体积变化导致暖水的经向输送及垂直交换,对后期春夏两季暖池及邻近区域尤其是菲律宾海的表层海温、海表热通量变化有较大影响。(3) 冬季暖池区热含量上升对应春季菲律宾海以东洋面OLR数值下降以及降水偏多,所引起的对流活动加热异常导致热带及副热带西北太平洋位势等压面抬升,进而对西太副高产生影响。之后,此区域相应的海表热通量交换加强,对流层低层形成强大的异常气旋,海气相互作用加强,加上对流加热异常,使得冬季暖池热含量异常与夏季副热带高压变化联系更加紧密。因此冬季暖池区热含量可作为春、夏季西太副高变化和西北太平洋夏季风强度的有效预测因子。      

西太平洋暖池海温异常与中国夏季降水的关系

利用1951—2007年NOAA延长重构的海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,研究了夏季西太平洋暖池海温的年际变化特征及其与中国夏季降水的关系。结果表明,夏季西太平洋暖池海温异常具有明显的年际变化特征;夏季西太平洋暖池海温异常偏高(低)时,亚洲热低压减弱(加强),西太平洋副热带高压加强(减弱)、位置偏西(偏东),850 hPa风场上中国东部地区为偏北(南)风距平,使得东亚夏季风减弱(增强),导致长江中下游地区夏季降水偏多(少)。     

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

东北夏季降水年代际、年际变化的区域差别

采用REOF方法对我国东北夏季降水异常进行了区划,并通过周期分析等方法分析了各分区降水年代际、年际变化特征。结果表明:东北夏季降水异常可划分为南部、中部、东部、西南部、西北部和北部6个区域,东南部(包括前3个区域)的年代际变化高于西北部(后3个区域)。50 a来东北全区夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,但存在明显的年代际变化。其中,南部与全区旱涝在两种时间尺度上(特别在年代际尺度上)的相关均较高;东部与全区的相关也主要表现在年代际尺度上,而中部、西南部主要表现在年际尺度上。     

前期西太平洋暖池热含量异常对中国东北地区夏季降水的影响

利用日本气象厅历史海温资料、NCEP/NCAR再分析资料、哈得来环流中心海表温度资料和降水资料,研究了1951—2010年中国东北地区夏季降水与前期西太平洋暖池(简称暖池)热含量异常的关系,并对可能影响途径进行了探讨。结果表明,中国东北地区夏季降水与前期暖池热含量有密切的负相关,前期10—11月暖池关键区(15.5°—20.5°N,125.5°—135.5°E)0—200 m热含量高(低)是预报中国东北地区夏季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常激发的夏季东亚-太平洋型遥相关(EAP)和中纬度高层沿亚洲西风急流东传波列的存在,可能是影响中国东北地区夏季降水的主要原因。当前期10-11月暖池区热含量为负异常时,菲律宾反气旋异常持续存在,夏季东亚-太平洋遥相关型出现,导致西太平洋副热带高压西伸加强,中国东北地区局地异常低气压和鄂霍次克海阻塞高压形成。同时,高空存在沿西风急流传播的遥相关波列,使得中国东北地区局地异常低气压和西太平洋副热带高压在日本附近增强,有利于中国东北地区夏季降水偏多;反之亦然。     

江南雨季降水与前期西太平洋暖池热含量异常的关系及其可能机制

利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley环流中心逐月海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料、美国NCEP/NCAR再分析资料以及江南地区逐旬降水资料,研究江南地区4—6月(江南雨季,亦泛称为华南前汛期)降水与前期暖池热含量异常的关系,并对可能的影响机制进行分析。研究结果表明,前期暖池热含量与江南雨季降水有密切的负相关关系,前期7—8月暖池关键区(130. 5°～150. 5°E,3. 5°～11. 5°N)热含量高(低)可以作为预报江南雨季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常对4—6月环流和降水有重要影响。冷水年,菲律宾异常反气旋导致副高西伸加强,显著加强了其西侧暖湿气流向江南地区输送,高层辐散抽吸作用导致江南地区对流上升运动增强,暖水年相反,表明冷(暖)水年江南雨季降水偏多(少)。就影响机制而言,在前期夏季,关键区南侧存在异常强西风,导致在秋末形成了菲律宾异常反气旋,以及关键区附近(东侧)有冷(暖)海表温度异常发展,在当年春季和夏初该反气旋移到菲律宾以北。直到4月,次表层冷水团上传导致冷SST异常维持并加强了该异常反气旋,其西侧西南暖湿气流将水汽从南海和菲律宾海地区源源不断地向江南地区输送。同时,西印度洋暖海温和赤道印度洋东风异常也逐渐发展增强,在热带印度洋形成东西向异常垂直环流,其下沉支始终在西太平洋维持,导致了菲律宾异常反气旋的维持,并进一步引起江南地区的水汽辐合和上升运动。同时,副热带西风急流轴南压引起的高空强辐散,也有利于上升运动和对流活动在江南地区发展。正是上述过程和机制,导致了前期热含量异常偏低(高)时,我国江南雨季降水偏多(少)。     

华北夏季降水的年代际变化

利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,使用合成分析等方法,对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明：华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段,华北地区雨带降水量较大,华北雨带能够向西延伸,雨带位置大多数时间能够越过115°E,并且能够接近华北西部边界110°E,位置偏西;而在华北夏季降水偏少阶段,华北雨带降水量偏小,雨带虽然也能够越过115°E,但维持时间不长,且向西延伸并不明显,雨带位置很难接近华北西部边界110°E,位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。     

嘉兴夏季降水与副高的年际年代际变化关系分析

为了定量描述副高变化及其与嘉兴夏季降水的关系,在500 hPa高度场上选择一个特定的关键区定义了一个副高指数,分析发现该指数既存在大于45年周期、准9~16年的年代际变化周期,也存在4年和准2年的年际变化,与降水间存在很好的相关关系,可以作为预测降水的一个重要因子。嘉兴夏季降水与西北太平洋副热带高压在1980年前后发生了一次同期的年代际尺度跃变。1980年以前,副高强度明显偏弱,主体偏东,嘉兴夏季降水偏少;而1980年以后则反之。     

索马里急流与印度夏季降水关系的年代际变化

利用1958—2014年印度热带气象研究所的全印度降水量、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、日本气象厅（JRA-55）及美国环境预报中心与国家大气预报中心（NCEP/NCAR）的再分析资料,研究了索马里急流（SoMali Jet,SMJ）与印度夏季降水的相关关系。结果表明：1983年之前,SMJ与印度夏季降水有显著的正相关关系,这跟以往的认识一致,但在1983年之后两者的正相关关系显著减弱。研究进一步发现,在1983年之前,南印度洋及索马里沿岸有越赤道气流正异常,阿拉伯海、印度西北地区存在西南风正异常,异常强的SMJ对应着异常强的阿拉伯海西南季风,从而增加印度夏季的水汽输送,进而加强季风降水,且SMJ与南亚高压联系密切;但在1983年后,阿拉伯海北部及印度西北地区的西南风正异常减弱了,特别是在印度西海岸的西南风正异常显著减弱了,而且其与南亚高压的关系也显著减弱了,从而导致SMJ与印度夏季降水的正相关关系显著减弱。另外,在印度夏季降水与ENSO、SMJ相关关系减弱的同时,初步显示它与东亚/太平洋遥相关型（EAP）的相关关系却有所加强。     

热带太平洋海平面高度的年代际异常及其与中国东部夏季降水的关系

利用美国国家海洋和大气管理局的GODAS逐月海平面高度资料、NCEP/NCAR 850 h Pa逐月风场再分析资料和中国160站逐月降水资料,分析了热带太平洋海平面高度(Sea Surface Height,SSH)年代际异常的时空特征,并进一步分析了夏季热带太平洋SSH、850 h Pa风场与中国东部夏季降水年代际异常的相关关系。结果表明:1)从秋到冬,热带太平洋SSH年代际异常主要空间形态向类"ENSO"型异常发展,从春到夏,类"ENSO"型异常逐渐减弱直到消失。1996前后热带太平洋SSH发生一次显著年代际转折,转折之后热带太平洋SSH呈东低西高特征,不同季节有所差异。2)1990年前后夏季热带太平洋SSH发生的一次弱波动,持续影响夏季大气环流,使得1992年前后东亚夏季风出现减弱趋势,造成中国东部黄河以南地区,特别是华南夏季降水显著异常偏多,四川盆地和东北大部降水异常偏少;1996年SSH的实质性转折加剧了中国夏季降水的年代际异常趋势。     

Western pacific warm pool and ENSO asymmetry in CMIP3 models

Theoretical and empirical studies have suggested that an underestimate of the ENSO asymmetry may be accompanied by a climatologically smaller and warmer western Pacific warm pool. In light of this suggestion, simulations of the tropical Pacific climate by 19 Coupled Model Intercomparison Project Phase 3 (CMIP3) climate models that do not use flux adjustment were evaluated. Our evaluation revealed systematic biases in both the mean state and ENSO statistics. The mean state in most of the models had a smaller and warmer warm pool. This common bias in the mean state was accompanied by a common bias in the simulated ENSO statistics: a significantly weak asymmetry between the two phases of ENSO. Moreover, despite the generally weak ENSO asymmetry simulated by all models, a positive correlation between the magnitude of the bias in the simulated warm-pool size and the magnitude of the bias in the simulated ENSO asymmetry was found. These findings support the suggested link between ENSO asymmetry and the tropical mean state-the climatological size and temperature of the warm pool in particular. Together with previous studies, these findings light up a path to improve the simulation of the tropical Pacific mean state by climate models: enhancing the asymmetry of ENSO in the climate models.     

The variation of warm pool in the equatorial western pacific and its impacts on climate

1.IntroductionSincetheEINinoeventwasregardedasaresultoftheair--seainteraction(Bjerknes,1969;RasmussonandWallace,1983;Philander,1990),thetropicalPacifichasbeenPaidmuchattentionbymeteorologistsintheclimaticstudies.Particularly,thereisthehighestoceantemperatureintheequatorialwesternPacific,theuwarmpool",andthestrongestconvectionandatmosphericheatingareovertheequatorialwesternPacific,sothattheequatorialwesternPacificisveryimportanttotheclimaticvariationintheglobe.Thenumericalsimulationwithasi…     

夏季亚洲季风区的水汽输送及其对中国降水的影响

利用1948-2005年NCEP/NCAR逐日及月平均资料,研究了亚洲季风区水汽输送的气候特征及其与中国夏季降水的关系.结果表明:(1)亚洲夏季风区不论在纬向和经向输送上,都表现了其独特性.夏季亚洲季风区为强大的水汽汇,东亚大陆和印度季风区均有较强的水汽辐合中心.(2)大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区,而对于对流层中上层,则以西太平洋和中纬西风带的输送为主.(3)印度季风在5-7月纬向向东的输送加强,东亚季风在6-7月以经向向北的输送加强为主,7月达最强,8到9月季风减弱直至结束.亚洲季风区青藏高原南侧的南支西风对东亚的水汽输送有重要作用,表现为春季最强,中高纬和热带西风输送变化同步,在盛夏达到最大,7月热带西风输送的水汽占三支水汽总输送的80%左右,来自中高纬地区的水汽约占18%.(4)季风爆发后,大量水汽从南半球输送到亚洲季风区.水汽辐合增加最大在孟加拉湾、中南半岛和南海地区,中国大陆的水汽主要经南海北边界输入.(5)水汽输送的北进与雨带的北推相一致.水汽输送场的时空分析表明,EOF1和EOF2分别代表强弱季风年的水汽输送特征.EOF1反映了东亚季风区一致的异常向北输送,并且在1970年代末发生了明显减弱.它与华北降水相关密切,表明自1980年代以来东亚季风向北水汽输送的减弱是华北干旱的主要原因.EOF2的主要特征是从1980年代之后,来自东北和西南的异常水汽在长江流域辐合,导致长江流域降水增多.相关分析表明,东亚夏季风在年代际尺度上的变化对此起了重要作用.     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

ENSO与中国东部夏季降水异常关系的年代际变化

根据1960—2011年Had ISST资料集中的月平均海表温度资料和中国753站逐日降水资料,基于转经验正交函数分解等分析方法,发现中国夏季降水的变化具有明显的独立性特征,可以分为相对独立的11个雨区,并在此基础上讨论了11个雨区夏季降水与ENSO的相关关系及其年代际变化,发现不同雨区的夏季降水与ENSO相关关系的年代际变化特征不尽相同,据此可分为3种类型:第1类为稳定不相关型,代表区为东北地区、长江中下游地区、江南地区、闽赣地区、环琼州海峡地区;第2类为稳定相关型,代表区为河套地区、黄河中下游地区;第3类为相关关系变化型,代表区为辽吉地区、黄淮地区、淮河流域以及两广地区。而在第3类相关关系变化型中,4个雨区夏季降水与ENSO相关关系的年代际突变时间也存在差异,两广地区的突变年份在1975年左右,辽吉地区和黄淮地区的突变年份在1980年左右,淮河流域的突变年份在1985年左右。     

中国东部夏季水汽输送的年代际变化特征

基于1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用9 a滑动平均、EOF分析及合成分析方法,研究了我国东部夏季水汽输送的年代际变化特征。结果表明:6—8月水汽输送由强转弱发生在1975年前后,水汽输送异常显著区域主要位于东部地区;6月南海到我国东部地区的水汽输送存在年代际变化,7月孟加拉湾、南海和西太平洋(8月印度洋、南海和西太平洋)到我国东部的水汽输送同样存在年代际变化;6—8月年代际变化前后水汽输送矢量分布与相应月份水汽输送通量年代际特征向量场的空间分布基本一致;显著的水汽通量散度辐合区位于华中以西经华北到东北地区,长江以北水汽辐合(辐散)异常显著区域由风场的辐合(辐散)异常和水汽平流异常共同造成,长江以南地区水汽辐合(辐散)异常显著区域主要由风场的辐合(辐散)异常造成。     

Interdecadal change in the relationship of southern China summer rainfall with tropical Indo-Pacific SST

The present study investigates the interdecadal change in the relationship between southern China (SC) summer rainfall and tropical Indo-Pacific sea surface temperature (SST). It is found that the pattern of tropical Indo-Pacific SST anomalies associated with SC summer rainfall variability tends to be opposite between the 1950–1960s and the 1980-1990s. Above-normal SC rainfall corresponds to warmer SST in the tropical southeastern Indian Ocean (SEIO) and cooler SST in the equatorial central Pacific (ECP) during the 1950–1960s but opposite SST anomalies in these regions during the 1980–1990s. A pronounced difference is also found in anomalous atmospheric circulation linking SEIO SST and SC rainfall between the two periods. In the 1950–1960s, two anomalous vertical circulations are present between ascent over SEIO and ascent over SC, with a common branch of descent over the South China Sea that is accompanied by an anomalous low-level anticyclone. In the 1980–1990s, however, a single anomalous vertical circulation directly connects ascent over SC to descent over SEIO. The change in the rainfall–SST relationship is likely related to a change in the magnitude of SEIO SST forcing and a change in the atmospheric response to the SST forcing due to different mean states. A larger SEIO SST forcing coupled with a stronger and more extensive western North Pacific subtropical high in recent decades induce circulation anomalies reaching higher latitudes, influencing SC directly. Present analysis shows that the SEIO and ECP SST anomalies can contribute to SC summer rainfall variability both independently and in concert. In comparison, there are more cases of concerted contributions due to the co-variability between the Indian and Pacific Ocean SSTs.