海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的数值模拟

应用NCAR CAM3全球大气环流模式以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了不同海域(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)的海表温度异常对夏季南压高压年代际变化的影响。结果表明,全球、热带、热带印度洋—太平洋和热带太平洋这些海域的海表温度异常都对南亚高压强度、面积、南界、西伸脊点和东伸脊点的1970s中后期年代际变化有重要影响:热带太平洋是关键海区,其海表温度第三模态(“三明治”式异常分布型)的变化与南亚高压的这些特征指数的年代际变化关系密切;热带印度洋的海表温度异常,主要是其第一模态(热带印度洋全区一致变化型)的变化与南亚高压强度、面积、南界和西伸脊点的年代际变化关系较密切,热带印度洋也是影响南亚高压年代际变化的关键海区;这两个关键海区的海表温度异常对南亚高压年代际变化影响的主要差异在于:热带太平洋海表温度异常能对南亚高压的东伸脊点的年代际变化有重要影响,而热带印度洋的海表温度异常对其影响小;热带太平洋和热带印度洋这两个海区的海表温度异常均可通过影响热带对流层大气温度的变化进而使南亚高压发生变化;热带外的海表温度异常对南亚高压的年代际变化影响小。     

太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

南亚高压在NCEP-2和MERRA再分析资料中的对比分析

通过双线性插值、相关分析、Morlet小波分析等分析方法,围绕新高分辨率再分析资料MERRA的可用性,对比分析了NASA高分辨率再分析资料MERRA和NCEP-DOE（NCEP-2）再分析资料中100hPa南亚高压的活动特征.结果表明：100hPa上,NCEP-2和MERRA资料南亚高压的特征线数值不同,NCEP-2资料为1680dgpm,比MERRA资料大4dgpm,但MERRA资料南亚高压的范围明显大于NCEP-2资料.除东伸指数外,NCEP-2和MERRA资料反映的南亚高压同一特征指数年际变化趋势基本一致,特别是两种资料南亚高压脊线指数的年际变化曲线基本重合.以20世纪90年代初为界,之前,NCEP-2资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数正异常,MERRA资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数负异常,NCEP-2中的指数值大于MERRA中对应的指数值;之后,反之.NCEP-2和MERRA资料南亚高压面积指数、强度指数的气候均值间存在显著差异.NCEP-2和MERRA资料南亚高压强度指数的方差间存在显著差异.两种资料反映的夏季南亚高压同一特征指数的显著周期在1979～2009年有很好的一致性：都具有相同的显著周期,并且位相也基本吻合,但两种资料在反映南亚高压主周期特征上存在一定差异：南亚高压面积指数、强度指数在MERRA资料中以准4年周期为主,在NCEP-2资料中则同时表现为准4年和8～9年两个周期.     

热带海表温度持续异常对东亚初夏大气环流的影响

利用NCEP/NCAR月平均海表温度及北半球大气环流分析资料,系统研究了热带海洋表面温度持续异常状况下东亚初夏（5、6月份）大气环流的异常特征.研究发现,暖海温年,南亚高压、西太平洋副热带高压明显偏强,冷海温年明显偏弱;暖海温年,欧亚大陆南支西风急流明显减弱北移,东亚大陆对流层低层温度偏高或接近常年,青藏高原近地面温度偏高,而冷海温年,东亚大陆对流层低层温度偏低,5月份青藏高原近地面温度偏低.研究表明,海表温度的持续异常对东亚初夏大气环流的季节转换有重要影响.     

热带对流季内振荡强度异常特征及其与海表温度的关系

利用外逸长波辐射 (outgoing longwave radiation, OLR) 资料分析了热带对流季内振荡 (ISO) 强度的季节变化及年际异常特征, 重点研究其与海表温度的关系。结果表明:最强的OLR季内振荡主要位于高海表温度 (SST) 区, 即热带印度洋和热带西太平洋区域, 终年存在, 冬、春季最强, 振荡中心偏于夏半球。OLR季内振荡强度年际异常显著区域是热带中东太平洋区域、西北太平洋区域和西南太平洋区域, 它与SST年际异常存在局地正相关关系, 伴随环流的辐合辐散, 并与ENSO事件关系密切。另外, El Ni?o事件发生之前, 热带印度洋和热带西太平区域OLR季内振荡增强, 其中心随事件的发展逐渐东移, 事件发生后这两个区域ISO减弱, 这与OLR季内振荡强度年际异常显著的区域具有内在连贯性。海表温度是决定OLR季内振荡强度季节变化、年际异常的一个关键因子。     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

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ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

中国东部气温异常型与海表温度异常模关系的诊断

基于国家气候中心整编的160站常规观测气温资料和HADLEY中心的海表温度资料,应用最大协方差分析方法,诊断了中国东部各季节气温异常型和前期海表温度异常(SSTA)模的关系,并重点分析冬季气温与SSTA模的最佳耦合模态及海温异常对大气环流的影响。结果表明:中国东部四季气温异常型与前期海盆SSTA模的显著耦合关系表现出不同的特征。超前6个月的热带太平洋第二模和南印度洋第二模与东部地区冬季气温一致变化型耦合关系最佳。西南冷东北暖的气温异常型与超前4个月热带大西洋一致增暖模有最佳耦合关系。大气环流对与全区气温一致偏冷型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压增强,东亚大槽加深,中纬度西风加强。对与气温西南冷东北暖型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压略有增强,东亚大槽槽区附近位势升高,大槽变浅,槽线偏向西南,东部40°N以北风速加强,以南风速减弱。     

三种再分析资料计算青藏高原大气热源的比较

选取NCEP1、NCEP2和ERA-Interim中1981—2010年共30 a的风场、温度场和地面气压场再分析资料,利用"倒算法"计算青藏高原大气热源,对三套资料的计算结果进行了多方面比较分析,并运用Morlet小波法分析了区域平均的高原热源的时间变化特征。结果显示:(1)三套资料计算的季节平均的热源在空间分布上基本一致,夏季高原大部分地区为热源,冬季除高原西北部是热源外,其余地区为冷源。其中,ERA-Interim与NCEP1的分布更为接近;(2)三套资料均表明:就30 a平均而言,青藏高原大气为显著的热源,分布上ERA-Interim与NCEP1相似,量值上NCEP的两套资料更为接近;(3)区域平均热源的月际变化十分一致,相关系数均超过99%显著性检验。NCEP的两套资料对年际变化的描述更为一致,二者相关系数为0.88,ERA-Interim与NCEP两套资料的结果略有差距,相关系数分别为0.78和0.70;(4)整体而言,ERA-Interim资料在反映高原热源方面较优,但也要注意考察该资料给出的高原南坡强热源的真实合理性。     

冬季东亚副热带西风急流变化及其与海表温度的关系

利用1957-2002年ERA-40月平均再分析资料以及不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋和热带太平洋等)1950-2000年逐月观测海表温度,驱动NCARCAM3全球大气环流模式,根据模拟结果,分析讨论了冬季东亚副热带西风急流的变化特征及其与海表温度异常的关系.表明:1957-2001年冬季东亚副热带西风急流有增强的趋势,且具有准3 a的显著周期.热带海表温度异常,特别是热带太平洋海表温度异常对东亚副热带西风急流变化有重要影响,即当热带太平洋海表温度升高时,东亚副热带西风急流增强.     

重庆春播期间降水特征及其与北太平洋海温的关系

运用NCEP/NCAR全球高度场再分析资料、美国NOAA全球海温资料以及重庆34个站春播期间降水资料,对重庆春播期间降水特征及其与前期秋季海温场的关系进行分析。结果表明：重庆春播期间降水与前期秋季北太平洋暖流附近（20°～40°N、165°E～140°W）的海温有显著负相关关系,而与北太平洋阿拉斯加暖流附近（40°～60°N、165°E～140°W）的海温则有显著正相关关系,即南、北海温呈现相反的相关性。当前期秋季北太平洋副热带地区海温异常偏高,中高纬度地区海温异常偏低时,后期重庆春播期间降水将异常偏多;反之,北太平洋副热带地区海温异常偏低,中高纬度地区海温异常偏高时,重庆春播期间降水将异常偏少。针对秋季北太平洋南、北海温异常的反相分布特征定义了用于诊断和预测重庆春播期间降水的判别指数,该指数代表了北太平洋海温异常南北反相的分布特征。该前期判别指数具有重要的天气气候学意义和一定的指示和预测能力。其代表的北太平洋海温异常与西太平洋区域500 hPa高度场有密切联系,其可使大气环流场产生持续性的异常,大气环流的异常特征能一直持续到春播期间,将影响重庆春播期间降水变化。     

南亚高压和西太副高位置与中国盛夏降水异常

用全国160站降水资料及ECMWF逐月再分析资料,采用合成分析方法,讨论了年际变化尺度上南亚高压与西太副高纬向位置异常与盛夏降水的关系。结果表明,当南亚高压与西太副高纬向异常重叠(分离)时,长江中下游流域存在异常上升(下沉)运动,江南的广大地区存在异常下沉(上升)运动。且当两个高压纬向异常重叠时,来自北印度洋及西太平洋的水汽,在长江中下游流域异常辐合,降水偏多。此时,江南地区水汽通量异常辐散,降水偏少。当两个高压纬向异常分离时,水汽主要来自北印度洋的西南风输送,长江流域降水偏少,江南地区降水偏多。     

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。     

Effects of Sea Surface Temperature Anomalies off the East Coast of Japan on Development of the Okhotsk High

The study examined effects of sea surface temperature anomalies (SSTAs) off the east coast of Japan on the blocking high over the Okhotsk Sea in June by diagnostic analysis and numerical simulation. Firstly, based on 500-hPa geopotential height fields, the Okhotsk high index (OKHI) for June from 1951 to 2000 is calculated and analyzed. The result indicates that the OKHI has obvious inter-annual and inter-decadal variations, and there are 9 yr of high OKHI and 8 yr of low OKHI in 50 yr. Secondly, by using the OKHI, the relationship between the Okhotsk high and the 500-hPa geopotential height anomaly is investigated. The results indicate that the "+-+" pattern of geopotential height anomaly crossing Eurasia in the mid-high latitudes and the "+-" pattern of geopotential height anomaly from high to low latitudes over East Asia are in favor of the formation and maintenance of the Okhotsk high. The relationship between the OKHI and the SSTA over the North Pacific is investigated in early summer by using correlation and composite analysis. We found that when the blocking circulation over the Okhotsk Sea occurs, there is an obvious negative SSTA off the east coast of Japan in early summer. We simulated the effects of the negative SSTA of east coast of Japan on the atmospheric circulation anomaly over East Asia through the control and sensitivity experiments using NCAR CAM3 model in order to confirm our analysis results. The simulation shows that the negative SSTA off the east coast of Japan results in the significant positive 40 gpm 500-hPa geopotential height anomaly over the Okhotsk Sea and the negative anomalies off the east coast of Japan which might contribute to the formation and development of the Okhotsk high in June.     

Possible causes for the persistence barrier of SSTA in the South China Sea and the vicinity of Indonesia

The persistence barrier refers to the lag correlation of sea surface temperature anomalies (SSTA) showing a rapid and significant decline in a specific season, regardless of the starting month. This implies that there is a decrease in forecast skill for SSTA in this specific season. This paper investigates the possible causes for the persistence barrier of SSTA in the South China Sea (SCS) and its adjacent regions from the perspective of interannual-interdecadal time scales. The results show that the persistence barrier of SSTA exists not only in the SCS, but also in the vicinity of Indonesia south of the equator. The SCS barrier occurs around October--November, while the occurrence of the barrier in the Indonesia region is around November--December. For these two regions, the occurrence of the persistence barrier is closely associated with the interdecadal variability of SSTA, as well as the interannual variability. The persistence barriers in the SCS and the Indonesia region do not exist alone if the interdecadal variability is not considered, because SSTA have a short memory of less than 4 months, regardless of the starting month. Moreover, the influence of the interdecadal variability of SSTA on the persistence barrier of SSTA in the SCS and the Indonesia region may be associated with SSTA in the Indian Ocean and the western Pacific, but is not closely associated with the Pacific Decadal Oscillation. However, compared with the spring persistence barrier (SPB) of ENSO, the close relationship between the persistence barriers in the SCS and the Indonesia region and the interdecadal variability is unique, since the ENSO SPB is not significantly affected by such variability. In addition, although the persistence barriers in both the SCS and the Indonesia region are quite obvious in strong ENSO cases, the interdecadal variability of SSTA also plays a non-negligible role in this relationship.     

亚洲热带近海海温与云南夏季降水的关系

分析了1961~1999年亚洲热带近海海温与云南降水的关系。通过研究云南夏季降水对近海海温异常的响应,发现云南初夏的降水与亚洲热带近海海温有明显的负相关关系,这种降水减少海温正距平的情况在北印度洋西部和阿拉伯海表现比孟加拉湾和南海更显著,但是在盛夏相关关系不显著。同时发现云南西南部的夏季降水与前期孟加拉湾海温有显著的正相关,而与其它海域的海温相关不显著。滇东南的夏季降水只与前期南海的海温有显著的正相关。     

南亚高压季节持续性异常及其与ENSO关系

南亚高压是对流层中上层重要的大气活动中心.文中选取200hPa等压面,应用1948—2006年NCEP/NCAR月平均再分析资料、NCAR的CAM3.0大气环流模式,分析了南亚高压强度的季节持续性异常特征及其与ENSO事件的关系,结果表明南亚高压强度的冬—春—夏的季节持续性异常特征,这种长达半年以上的季节持续性异常与ENSO事件存在密切关系。进一步分析发现,南亚高压强度异常程度的时间演变特征与赤道东太平洋海温表征的ENSO信号的演变特征并不一致,南亚高压强度度异常滞后ENSO信号,对ENSO信号的响应从前一年的12月开始,一直持续到当年的9月,1—5月强度异常最强,6—9月强度异常次之。1月Nino3.4指数时滞自相关表征的ENSO事件春季开始,夏秋季发展,冬季成熟,来年春季开始减弱,夏季基水消失。不同海区数值试验结果表明:在ENSO事件成熟期的冬季,南亚高压与赤道东太平洋海温关系密切,在ENSO事件衰减期的春季,与赤道东太平洋和印度洋海温关系密切,在ENSO事件衰减期的夏季,与印度洋海温关系密切。     

南印度洋偶极子的变化特征及其与ENSO的关系

利用近三十年逐月的OISST和ERSST资料、NCEP2表面风场等资料和数据分析了南印度洋偶极子的形成原因、结构特征.结果表明：南印度洋偶极子形态的年际SST异常出现在10-12月,有两个明显的冷暖中心,达到极值是在次年的2月份,然后在4-5月份消亡;南印度洋偶极子的形成主要是风场、潜热通量起作用,另外,短波辐射通量也对其有重要的影响;SIOD在北半球春冬季出现,达到盛期是在次年的二月份或三月份,超前ENSO9-10个月,且具有季节锁相特征,在70年代中期的年代际气候突变后,SIOD与ENSO的关系显著增强.     

冬季海温异常影响北太平洋东部型风暴轴的数值试验

最强中心出现在160°W以东地区的北太平洋风暴轴定义为东部型风暴轴,针对这种短期气候异常现象,利用大气环流模式CAM 3.0对其可能的外部强迫机制进行探究,主要关注赤道中东部和黑潮海区正、负海温异常的影响。结果表明:赤道海区负海温异常对风暴轴东部型的出现有重要意义,当该海区海温为负(正)异常且黑潮海区海温正(负)异常时,风暴轴表现为东(西)部型。风暴轴在中、东太平洋地区低层斜压性的增强,是太平洋风暴轴中、东端天气尺度涡动活动增强的主要原因。当出现东部型时,北太平洋东部区域急流强度增强,涡动斜压增长偏强,涡动的热量和动量输送加强,风暴轴和急流的反馈也加强;反之亦然。冬季赤道海区引起的大气响应范围较广,而黑潮海区的影响较为局地,尤其是黑潮海区的负异常主要影响风暴轴入口区域,表现为关于海温异常强迫的符号非对称性。