影响夏季西北太平洋副热带高压年际变率的关键海区及影响机制

西北太平洋副热带高压(西太副高)是影响东亚夏季气候的主要环流系统,其年际变率受热带多个海区的海-气相互作用过程的调控。为明确影响夏季西太副高的关键海区及其影响机制,在总结最近十余年来相关研究进展的基础上,归纳出影响夏季西太副高年际变率的5个关键海区,包括赤道中东太平洋、热带印度洋、副热带西北太平洋、海洋大陆附近海区以及热带大西洋。阐述了这5个关键海区的海温异常影响西太副高年际变率的机制,并探讨了5个关键海区海温异常的形成机制。围绕夏季西太副高的年际变率,回顾了当前气候模式的模拟和预测研究的现状。最后,提出了本领域亟待解决的关键科学问题,展望未来可能的研究热点。     

影响夏季西北太平洋副热带高压年际变率的关键海区及影响机制北大核心CSCD

西北太平洋副热带高压(西太副高)是影响东亚夏季气候的主要环流系统,其年际变率受热带多个海区的海-气相互作用过程的调控。为明确影响夏季西太副高的关键海区及其影响机制,在总结最近十余年来相关研究进展的基础上,归纳出影响夏季西太副高年际变率的5个关键海区,包括赤道中东太平洋、热带印度洋、副热带西北太平洋、海洋大陆附近海区以及热带大西洋。阐述了这5个关键海区的海温异常影响西太副高年际变率的机制,并探讨了5个关键海区海温异常的形成机制。围绕夏季西太副高的年际变率,回顾了当前气候模式的模拟和预测研究的现状。最后,提出了本领域亟待解决的关键科学问题,展望未来可能的研究热点。     

夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 ,西太平洋副热带高压有一次加强活动     

不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950～2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋) 海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式, 进行了多组长时间积分试验, 对比观测资料, 讨论了这些海域海表温度异常 (SSTA) 对西北太平洋副热带高压年代际变化的影响。结果表明: 全球、 热带、 热带印度洋－太平洋和热带印度洋海表温度变化均对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化有重要作用, 即在这些海域的海表温度变化影响下, 西北太平洋副热带高压均在1970年代中后期发生了年代际变化, 其后副高面积增大、 强度增强、 位置偏西、 偏南, 这与观测结果较一致; 热带太平洋海表温度变化对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化也有重要作用, 在其作用下, 夏季西北太平洋副热带高压的强度、 面积在1960年代后期发生年代际变化, 南界在1970年代中后期发生年代际变化, 这些时段以后副高强度增强、 面积增大、 偏南; 热带印度洋海表温度驱动模拟的西北太平洋副热带高压变化比热带太平洋海表温度驱动模拟的副高更接近于观测结果, 且年代际变化更显著, 其差异的可能原因在于两区海表温度在1970年代中后期以后的年代际变化能在孟加拉湾〖CD*2〗中国东南沿海区域强迫产生的异常环流不同, 前者强迫产生出反气旋性环流异常, 有利于副高的增强、 面积增大和西伸, 而后者强迫产生出气旋性环流异常, 不利于副高的西伸; 热带太平洋和热带印度洋海表温度在1970年代中后期的冷、 暖年代际背景变化对夏季西北太平洋副热带高压年代际变化有重要作用; 热带外海表温度变化对西北太平洋副热带高压年代际变化作用较小。     

浅析太平洋副热带高压的基本特征

利用1958~2010年NCEP/NCAR再分析位势资料以及2 m海表面温度资料,研究太平洋副热带高压(以下简称太平洋"副高")的月、季节变化特征,分析系统的空间结构变化特征。研究结果表明:水平方向上太平洋"副高"系统存在中心、脊线的南北位移和脊点的西伸或东撤,其中心有逐月经向和纬向的变化,6、10月是副高形态变异比较显著的时期;夏季副高最强,冬季副高最弱;垂直方向上副高主要存在于300 hPa以下,强度随高度逐渐减弱,在近地面,高压系统的位势高度梯度最大,达40 gpm。     

夏季黄河流域降水气候特征及其与大气环流的关系

本文基于1958—2015年夏季黄河流域55个观测站降水量和NCEP/NCAR再分析1高度场等资料,使用MannKendall突变检验、合成分析和Monte Carlo检验等气候统计方法,分析了黄河流域58年夏季降水量的气候变化特征,以及导致其变化的大气环流成因。58年期间,黄河流域夏季降水量总体呈减少趋势,尤其在河套北部有显著性减少趋势,其主要原因是欧亚中高纬度等压面升高、西风带减弱所致;1975年和1996年是黄河流域夏季降水的两个明显年代际气候变化转折点,在1958—1975年期间,黄河流域夏季降水量年际变化大,异常偏多和偏少年出现频次较高,期间欧亚中高纬度及其以南包括黄河流域地区高度场偏低,主要受高空低压系统和较强冷空气影响;在1976—1995年期间,黄河流域大部降水偏多,其主要环流成因为乌拉尔山阻塞高压发展、贝加尔湖到东北亚一带受负高度距平控制高空槽加深,同时,来自南方的暖湿气流输送增强;到1996—2015年最近20年间,乌拉尔山北部环流高度场偏低、里海至贝加尔湖再到东北亚一带高度场一致偏高,黄河流域一带西风带强度和冷空气势力均较弱,流域受高压影响导致大部区域降水偏少。不同时期黄河各流域段降水量与中高纬度阻塞高压以及与西北太平洋副热带高压的相关关系分析进一步说明了上述结论。     

年际时间尺度上北太平洋副热带高压对ENSO的影响

利用NCEP/NCAR大气再分析资料、Hadley中心海表面温度资料和美国马里兰大学（UMD）的SODA6海洋再分析资料,针对北太平洋副热带高压的完整系统（简称副高）,定义了定量化表征500 hPa高度场和海平面气压场（SLP）副高的面积及强度指数,揭示了在年际时间尺度上超前于ENSO事件的SLP副高异常特征及其对ENSO事件建立的触发作用。通过相关及合成分析的研究结果表明,在年际时间尺度上,前期SLP副高的异常变化可以触发ENSO事件,而与SLP副高相联系的热带西太平洋表面风场异常变化起着重要的作用。     

南海与西北太平洋地区夏季热带气旋潜在生成指数的改进

现阶段使用的热带气旋潜在生成指数(Genesis Potential Index,GPI)在气候场的空间分布上能很好地拟合热带气旋的生成情况,但在热带气旋的年际变化拟合上效果很差。本研究考虑了相对涡度在热带气旋年际变化拟合上的重要作用,并以此为出发点,尝试改善GPI在西北太平洋地区的拟合效果。基于对1979—2011年美国联合飓风警报中心提供的热带气旋最佳路径数据和NCEP/NCAR再分析资料数据集的研究,将之前GPI中的绝对涡度项替换为修正过的相对涡度项。科氏力项仍然保留;将南海(100°～120°E,5°～25°N)与西北太平洋地区(120°～180°E,5°～40°N)热带气旋生成的差异性也纳入了考量,并在这两个区域分别构建GPI公式,改善了对热带气旋生成的气候分布模拟。除此之外,较之已存的GPI指数,改进后的GPI还很大程度提高了GPI对热带气旋生成年际变化的拟合效果,特别是对弱热带气旋年际变化的拟合效果有了显著提升。     

热带气旋潜在生成指数的对比分析及其在西北太平洋的改进

本研究评估了现有热带气旋(Tropical Cyclone,TC)潜在生成指数(Genesis Potential Indice,GPI)对北大西洋和西北太平洋热带气旋生成频数(TC Genesis Frequency,TCGF)时空特征的表征能力。结果表明,现阶段使用的GPIs能较好地再现两个海盆TCGF的空间分布和季节循环特征,以及北大西洋TCGF的年际变化,但几乎不能模拟西太平洋TCGF年际时间尺度上的变化。利用美国联合飓风警报中心(Joint Typhoon Warming Center,JTWC)提供的1979—2017年热带气旋最佳路径数据集和ERA-Interim再分析数据,对西北太平洋GPI进行了改进。考虑到相对涡度在西北太平洋对热带气旋生成的重要作用,将绝对涡度分离为相对涡度和地转涡度(f),移除相对湿度,使用多元线性回归的方法构建了GPI_WNP。与现有GPIs相比,改进后的GPI_WNP不仅对西北太平洋TCGF的空间分布和季节循环有较好的模拟能力,并且可以再现其年际变化特征。     

西北太平洋副热带高压的不同指数及其与中国东部夏季降水关系的探讨

本文利用再分析资料与台站降水资料,比较了不同副高指数的变化特征,分析了不同指数与中国东部夏季降水的关系及相应环流变化.结果表明,副高指数可分为三类:绝对强度指数、相对强度指数和南北指数.绝对强度指数有上升趋势,对应5870 gpm等值线向西的扩张;相对强度指数有下降趋势,对应扰动位势0线的缩小;南北指数无明显趋势变化,...     

Impact of the western North Pacific subtropical high on the East Asian monsoon precipitation and the Indian Ocean precipitation in the boreal summertime

The western North Pacific subtropical high (WNPSH) is a crucial component of the East Asian summer monsoon (EASM) system and significantly influences the precipitation in East Asia. In this study, distinguished role of WNPSH on the EASM and Indian Ocean monsoon (IOM) are investigated. Based on the boreal summer mean field of 850-hPa geopotential height and its interannual variability, the WNPSH index (WNPSHI) is defined by the areaaveraged geopotential height over the region [110°–150°E, 15°–30°N]. The WNPSHI is significantly related to the precipitation over the East Asian monsoon (EAM) region [105°–150°E, 30°–40°N] and IOM region [70°–105°E, 5°–15°N]. Rainfalls over these two regions have good correlation with WNPSH developments and the geopotential height fields at 850 hPa related to the EAM precipitation and IOM precipitation have remarkably different teleconnection patterns in boreal summer. These features exhibit that EAM and IOM precipitations have different type of development processes associated with different type of WNPSH each other. Focusing on the relationships among the EAM precipitation, IOM precipitation, and the WNPSH variabilities, we assume that WNPSH and EAM precipitation are usually fluctuated simultaneously through the sea surface temperature (SST)-subtropical ridge-monsoon rainfall feedback, whereas the IOM precipitation varies through the different process. To clarify the relationships among WNPSH, EAM, and IOM, two cases are selected. The first one is the case that all of WNPSH, EAM, and IOM are in phase (WE(+)I(+)), and the second one is the case that WNPSH and EAM are in phase and WNPSH/EAM and IOM is out of phase (WE(+)I(?)). These two cases are connected to the thermal forcing associated with SST anomalies over the eastern Pacific and Indian Ocean. This different thermal forcing induces the change in circulation fields, and then anomalous circulation fields influence the moisture convergence over Asian monsoon regions interactively. Therefore, the monsoon rainfall may be changed according to the thermal conditions over the tropics.     

Projected changes in the western North Pacific subtropical high under six global warming targets

西北太平洋副热带高压(简称西太副高)是影响东亚夏季天气气候的关键环流系统。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,采用扰动位势高度,流函数等多种变量描述西太副高,分析了西太副高在6个全球变暖阈值(1.5℃, 2.0℃, 2.5℃,3.0℃, 3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。在对流层中层(500 h Pa),西太副高在1.5℃阈值下几乎没有变化,而在2.0℃阈值下迅速减弱并东退约2.5°。当升温大于2.5℃时,西太副高呈线性减弱趋势,在4.0℃阈值下将东退约6.0°。在对流层低层(850 h Pa),西太副高在1.5℃阈值下增强西伸,但在升温到2.0℃的过程中变化不大。当变暖达到4.0℃阈值时,西太副高将西伸约2.0°。     

Testing the influence of western Pacific subtropical high...

In this paper, two seasonal scale simulations were conducted for the abnormal climate event in China in the summer of 1998 using a regional climate model (RegCM3). One is the control run, the other is nudging run, which was performed for zonal and meridional wind components, temperature, and humidity data for the region east of 120° E in the model domain to ensure that the simulated activity of western Pacific subtropical high (WPSH) in summer followed those of reanalysis data, while the interaction between the WPSH and the surrounding circulation systems was still maintained partially. Comparisons between the simulated regional circulation systems and the extension/withdrawal of the rain belt over eastern China as well as the activity of the WPSH were carried out. The results show that the relationship between the precipitation over eastern China and WPSH can be reproduced well in the nudging run. However, though the extension/withdrawal of the rain belt over eastern China is mainly dominated by that of WPSH, as pointed out by so many research works, the detailed precipitation scenario is not solely determined by the intensity and position of WPSH, and the precipitation discrepancy between simulation and observation is significant to some extent, which suggests that it is important to improve the precipitation physical process of the model in simulating the detailed precipitation scenario over eastern China.     

北太平洋海气界面湍流热通量的年际变化

本文采用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1958～2006年月平均的湍流热通量及相关气象场数据, 利用EOF分析、小扰动方法、线性回归、相关分析等方法研究了北太平洋海气界面湍流热通量年际变化的时空特征、 影响因子及其与大气环流的关系。结果表明, 北太平洋湍流热通量的年际变化在冬季最为显著。我国东部海域及其向中东太平洋的延伸部分为冬季潜热通量和感热通量年际变化的关键区。冬季潜热通量的年际变化在副热带太平洋和菲律宾海域主要受风速变化影响, 在北太平洋的高纬和低纬海域尤其是赤道中太平洋主要受比湿差变化影响, 而冬季感热通量的年际变化在整个北太平洋都主要受海气温差变化影响。受大尺度环流影响, 异常低压中心的东 (西) 侧海气比湿差和海气温度差偏小 (偏大), 所以异常低压中心的东 (西) 侧潜热输送和感热输送偏弱 (偏强)。     

Interannual Variations in Synoptic-Scale Disturbances over the Western North Pacific

The present study investigates the interannual variation of June–November synoptic disturbance activity over the western North Pacific(WNP) and its relationship with large-scale circulation for the period 1958–2014. Two leading modes of eddy kinetic energy for the disturbance variability over the WNP are obtained by EOF analysis, characterized by anomalous eddy kinetic energy over the subtropical WNP and around the Philippines, respectively. These modes explain a large portion of the interannual variance of synoptic disturbance activity over the WNP. Both are associated with lower-level cyclonic anomalies, but with different locations: over the subtropical WNP for the first mode and over the South China Sea for the second mode. Considering the impact of ENSO on synoptic disturbance activity over the WNP, we repeat the analyses after removing the effect of ENSO, which is simply defined as the components linearly regressed onto the Ni o3.4 index, and find similar results, suggesting that the leading modes and their relationships with large-scale circulation exist without SST effects.Further analyses suggest that the meridional shear of zonal winds caused by cyclonic anomalies is crucial for maintaining the leading modes through barotropic conversion.     

GAMIL CliPAS试验对夏季西太平洋副高的预测

利用GAMIL CliPAS “两步法” 季度预测试验, 检验了后报的1980～1999年北半球夏季西太平洋副热带高压 (简称副高) 的年际变化, 检查了Seoul National University (SNU) 动力统计预测系统对SST预测准确度, 并讨论了影响中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室格点大气模式 (GAMIL) 对副高预测效果的可能原因。500 hPa位势高度可预报性指数表明西太平洋副高具有较高可预报性。集合平均基本能再现西太平洋副高的变率特征, 但最大方差的位置和强度与观测稍有区别。观测证据显示, 副高存在2～3年变率和3～5年变率, 且2～3年变率比3～5年变率强。GAMIL能够准确预测观测副高的3～5年变率, 尽管其强度要强于观测。这与试验所用的预测海温能够很好表现赤道中东太平洋 (5.5°S～5.5°N, 190.5°E～240.5°E) 海温的年际变率有关。同时, GAMIL预测的副高2～3年变率较之观测显著偏弱, 这可能与SNU预测的海洋大陆地区 (5.5°S～0.5°N, 110.5°E～130.5°E) SST的2～3年变率偏弱有关。分析表明, SNU预测海温的这种弱点, 与SNU海温统计预测模式所用的历史海温 (OISST) 本身对海洋大陆地区2～3年变率的刻画能力较弱有关。     

夏季西太平洋副热带高压的模拟实验

本文用模拟实验方法研究了西太平洋副热带高压的成因和结构。在分析了西太平洋副热带高压与其周围地区冷、热源关系的基础上,在实验中设计了六个热源、两个冷源,实验中得到的三维流场与实际大气情况相比很相似。从实验结果和实际大气资料分析得出,有四支不同方向的气流向西太平洋地区辐合下沉,它们对西太平洋副高的形成和维持起着重要作用。