全球变暖背景下春季Hadley环流与东亚夏季风环流年际对应关系的多模式预估

观测事实揭示,春季Hadley环流在年际时间尺度上与东亚夏季风环流和降水具有密切联系.在未来全球变暖背景下,春季Hadley环流与东亚夏季风环流和降水的这种年际关系是否会发生变化？针对该问题,本文在评估的基础上选取五个气候模式,分析了A1B排放情景下春季北半球Hadley环流年际变率的未来变化及其与东亚夏季风环流和降水的年际关系.多模式集合(MME)预估结果表明,在全球变暖背景下,与20世纪末期(1970—1999年)相比,到21世纪末期(2070—2099年),春季北半球Hadley环流的年际变率强度将减弱,减弱幅度达32%.随着春季Hadley环流年际变率的减弱,其与夏季西太平洋副热带高压和东亚夏季风强度的联系将变弱.MME模拟结果还显示,春季Hadley环流与夏季东亚西风急流和降水的关系也降低,但各单个模式间存在较大差异.     

新疆北部汛期降水年际和年代际异常的环流特征

新疆北部汛期（7～8月）降水量具有明显的年际和年代际变化.针对年代际、除去年代际后年际和不同年代际背景下年际变化三种时间尺度,利用NECP/NCAR再分析资料,分析相应的大气环流.结果表明,三种时间尺度降水变化的物理机制不同,年代际背景非常重要.新疆北部汛期降水异常时,欧亚中高纬环流系统具有相当正压结构的显著异常.从气候角度和年代际大气环流变化,提出新疆年代际增湿存在索马里越赤道急流到新疆的三段式水汽接力输送方式,索马里急流和热带印度洋是中亚和新疆的重要水汽补充源之一.     

华北降水年代际、年际变化特征与北半球大气环流的联系

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区26个测站月降水资料,采用奇异值分解（SVD）方法,研究了华北降水的年代际和年际变化特征与北半球大气环流的联系.结果表明,首先对降水和大气变量资料作相应时间尺度的分离是非常必要的,否则所得到的SVD结果不能反映年代际变化特征而只能反映年际变化特征;华北降水年代际和年际变化对应的大气环流异常有明显的差异;对应发生在20世纪70年代后期华北降水的一次年代际跃变,环流场均存在明显的跃变,而且有一个从地面向对流层上层传播的过程.     

北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数关系的年代际变化

基于观测资料分析,研究了夏季北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数之间的关系,发现两者的联系呈现由弱转强的年代际变化特征.1948~1977年,北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系较弱;但1980~2009年,两者转为显著的正相关,北大西洋涛动偏强(弱)对应西北太平洋热带气旋数偏多(少).本文进一步从大气环流变化角度,探讨了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系在前后两个时段出现不同的可能原因.结果表明,在后一时段,当北大西洋涛动偏强时,西北太平洋低层为异常气旋型环流,季风槽加强,西太平洋副热带高压偏东,西北太平洋地区高层大气异常辐散,低层大气异常辐合,这些条件均有利于热带气旋的生成和发展,西北太平洋热带气旋因此偏多.然而,在前一时段,北大西洋涛动对上述环流系统的影响不明显,因而减弱了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系.研究进一步揭示,与北大西洋涛动异常相关联的波活动通量的变化可以解释北大西洋涛动与西北太平热带气旋频数联系的这种年代际变化.     

Hadley环流与北太平洋涛动的显著关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了冬季（11～4月）Hadley环流与北太平洋涛动（NPO）的变化特征以及它们之间的关系.本文选取0°~30°N区域里最大质量流函数来描述北半球Hadley环流强度随时间的演变,利用(20°N, 180°~160°W) 和 (60°N, 180°~160°W) 区域平均的标准化海平面气压差代表NPO强度.结果表明,冬季北半球Hadley环流与NPO的变化形势非常一致,两者都具有显著的年际和年代际变化（70年代前处于负位相,80年代之后处于正位相）,同时还呈现出明显的增强趋势.Hadley环流变化与NPO异常的关系非常密切,在年际和年代际时间尺度上都具有显著的正相关.这种强相关性在大气环流场上可以得到很好的印证.研究还揭示,太平洋地区10°~30°N下沉支和40°~60°N上升支的异常运动可能是这种关系存在的主要内在原因.     

亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化与中国旱涝的关系

利用1958～2002年的NCEP-R1和ERA-40逐日再分析资料以及中国160站点月平均降水资料探讨了亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化及其与中国降水异常的关系. 分析结果表明,亚洲夏季风水汽输送和中国夏季降水的异常主模态呈现显著的准两年变化周期. 当南亚夏季风纬向水汽输送偏强（弱）时,东亚—西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常有利于长江中下游地区和江淮流域的水汽辐合负（正）异常与华南和华北地区的水汽辐合正（负）异常,从而引起中国东部的经向三极子雨型,即长江中下游地区和江淮流域的偏旱（涝）与华南和华北地区的偏涝（旱）. 1970s年代末之后,亚洲夏季风水汽输送的年代际减弱与西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常相配合,导致长江中下游地区的持续偏涝与华南和华北地区的持续偏旱. 从中国夏季降水异常与水汽通量辐合异常的同相对应关系来看,ERA-40资料对亚洲夏季风水汽输送年际年代际变化的描述能力强于NCEP-R1资料.     

北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析

本文采用相关和合成的分析方法,研究北京沙尘频次的年际变化及其冬、春季的全球环流背景.结果表明北京沙尘频次有年际变化的特点,并与全球范围内的环流异常相联系,特别是南、北半球的中高纬的环流异常.南半球环流异常与沙尘的联系在冬、春两季有很好的持续性和显著性,北半球中高纬环流异常与沙尘的联系冬季较春季显著.春季对流层高层的东亚西风急流增强能使低空的蒙古气旋加强和锋生,从而引起地面大风,为沙尘天气频次的增加提供动力条件.     

全球纬向平均大气环流基本模态年代际变化的凝聚小波分析

应用1871—2008年NCEP／NCAR月平均再分析资料,研究了1948—2008年期间全球纬向平均大气环流基本模态的年代际变化.小波凝聚谱的结果表明全球纬向平均大气环流基本模态存在显著的20年左右周期的年代际变化.小波凝聚位相的结果清楚地显示了纬向平均大气环流基本模态的变化顺序.在20年左右的年代际变化时间尺度上,全球纬向平均温度超前纬向平均位势高度2个月,同时超前纬向平均流10个月出现变化;全球纬向平均位势高度又超前纬向平均流8个月出现变化.全球温度上升(下降), 将使高纬度的纬向平均位势高度降低(升高),中低纬度的纬向平均位势高度升高(降低);进而使得中高纬和热带的纬向平均西风加(减)速或东风减(加)速,同时使极地和副热带的西风减(加)速或东风加(减)速.20世纪70年代末期以来全球显著增暖的异常信号最早出现在南半球对流层顶附近,其次出现在南半球对流层低层、北半球对流层顶附近和北半球对流层低层.     

1979～2004年中国大陆南方地区春季降水的年代际变化特征及其与欧亚大陆积雪的联系

本文研究了中国南方春季降水在1979～2004年期间的年代际变化特征,结果表明无论在年际还是在年代际时间尺度上,中国南方东南和西南地区降水都具有反相变化的特征,并分别呈现出显著的减少趋势和增加趋势.中国南方春季降水在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型.东南地区的春季降水明显减少,降水量在80年代末以后比80年代末之前减少了30%;而西南地区的春季降水则明显增加,80年代末之后的降水量是80年代末之前的两倍.伴随着这次年代际转型,欧亚大陆西伯利亚上空对流层中低层位势高度增强,对流层低层中国东部北风增强,造成中国东部西南风减弱,使得降水在东南地区减少,西南地区增多.中国南方春季降水在20世纪80年代末出现的年代际气候转型与欧亚大陆春季积雪的年代际转型有密切联系.从20世纪80年代末开始欧亚大陆春季积雪明显减少,与欧亚大陆春季积雪变化所伴随的大气环流变化,是造成春季我国东南地区降水减少和西南地区降水增多的一个重要原因.     

华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型

利用近50年华北地区26个站逐月降水观测资料和全球大气海洋分析资料,分析了华北降水的年代际变化特征及其和全球海气系统年代际变化的关系.对华北降水距平指数变化分析表明,近50年来华北降水具有减少的总体趋势,叠加在该趋势之上的是年代际变化,其中1965年和1980年发生了两次跃变,使得20世纪80年代干旱尤为严重.在对华北地区降水年代际变化特征分析的基础上,揭示了与华北降水年代际异常相伴随的大气环流和上层海洋热力异常型.结果表明,华北降水年代际异常与太平洋上层海洋热力状况异常有显著关系,主要表现为太平洋年代际振荡（PDO）与华北降水异常的相关.在年代际时间尺度上,华北干旱与上层海洋热力及大气环流异常的配置关系如下：当华北地区干旱时,则热带中东太平洋海温偏高,北太平洋中部海温偏低,即太平洋上主要表现为PDO暖位相,全球大部分地区（包括华北地区）气温偏高,青藏高原地区气温偏低,日本北部及东西伯利亚气压异常偏低,华北及其以南大片地区气压偏高,华北地区由异常西北风控制,不利于水汽向华北地区输送.     

春季Hadley环流异常对夏季西北太平洋热带气旋频数影响的数值模拟试验

观测事实揭示出春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数之间存在显著的负相关关系.由春季Hadley环流异常引起的西北太平洋地区夏季纬向风垂直切变、大气辐合辐散等的异常变化是这一关系存在的内在原因.本文通过数值试验对这一关系的真实性进行了验证,即利用中国科学院大气物理研究所发展的9层大气环流模式（IAP9L-AGCM）模拟了春季Hadley环流异常偏强情景,并分析了该情景下影响西北太平洋热带气旋生成的环境场的响应.结果表明,在春季Hadley环流偏强情景下,夏季西北太平洋地区纬向风垂直切变幅度加大,低空大气异常辐散,高空大气异常辐合,东亚夏季风减弱,这种环流背景不利于热带气旋生成和发展,因此,西北太平洋热带气旋频数异常偏少.数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合,进而证实了春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数负相关关系的存在.因此,春季Hadley环流信号可以用于西北太平洋热带气旋活动的气候预测.     

Inertial theory of the mean Hadley circulation under the condition of nonstatic equilibrium

1 Introduction The mean meridional circulation plays an important role in the transportation and balance of heat, momen- tum, vortex and vapor between different latitudes. According to the data analysis, there are three circula- tions from the equator to the polar area: the Hadley circulation, a heat-driven circulation which rises around the equator and sinks at a certain latitude; the subpolar circulation, another heat-driven circulation around the polar area; and the Ferrel circulation, an i…     

Utility of the Hadley Centre sea ice and sea surface temperature data set (HadISST1) in two widely contrasting coral reef areas

The HadISST1 sea surface temperature data set is examined for two contrasting areas: the Chagos Archipelago, central Indian Ocean which has a small (approximately 3 degrees C) annual temperature fluctuation, and Abu Dhabi in the southern Arabian Gulf whose annual air temperature fluctuation of approximately 24 degrees C is the largest known for coral reef habitats. The HadISST1 data are shown to match air temperature records closely, both in terms of annual moving averages and residual analysis. Temperatures in 1998 caused massive mortality of corals in the Indian Ocean: sea surface temperature (SST) values causing this were 33.8 degrees C in the Arabian Gulf at a time when average daily air temperature was over 40 degrees C, while in Chagos the SST lethal to corals was 29.8-29.9 degrees C, when air temperatures peaked at about 31 degrees C. The HadISST1 record was searched back to 1870 for previous abnormal peaks: one of 29.7 degrees C was found for Chagos SST in 1972, though this did not cause coral mortality. Analysis of 12-month running means of the residuals from the annual cycle show that, between 1870 and 1999, the largest SST deviations occurred between October 1997 and May 1998 in Chagos and between August 1998 and July 1999 near Abu Dhabi. The event of 1998-1999 was the largest in these regions for at least 130 years. SSTs have risen over the last three decades at rates of about 0.22 degrees or 0.23 degrees per decade in both locations.     

Validation of AVHRR and TMI-derived sea surface temperature in the northern South China Sea

Satellite-derived SSTs are validated in the northern South China Sea (NSCS) using in situ SSTs from the drifting buoys and well-calibrated sensors installed on Research/Vessel(R/V) Shiyan 3. The satellite SSTs are Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) daytime SST, AVHRR nighttime SST, Tropical rainfall Measuring Mission Microwave Imager (TMI) daytime SST and TMI nighttime SST. Availability of satellite SST, which is the ratio that the number of available satellite SST to the total ocean pixels in NSCS is calculated; annual average SST availabilities of AVHRR daytime SST, AVHRR nighttime SST, TMI daytime SST and TMI nighttime SST are 68.42%, 69.99%, 56.57% and 52.80%, respectively. Though the TMI SST availability is nearly constant throughout the year, the variations of the AVHRR SST availability are much larger because of seasonal variations of cloud cover in NSCS. Validation of the satellite-derived SSTs shows that bias±standard deviation (STD) of AVHRR SST is −0.43±0.76 and −0.33±0.79 °C for daytime and nighttime, respectively, and bias±STD of TMI SSTs is 0.07±1.11 and 0.00±0.97 °C for daytime and nighttime, respectively. It is clear that AVHRR SSTs have significant regional biases of about −0.4 °C against the drifting buoy SSTs. Differences between satellite-derived−in situ SSTs are investigated in terms of the diurnal SST cycle. When satellite-derived wind speeds decrease down below 6 m/s, the satellite SSTs become higher than the corresponding in situ SSTs, which means that the SST difference (satellite SST−Buoy SST) is positive. This wind-speed dependence of the SST difference is consistent with the previous results, which have mentioned that low wind speed coupled with clear sky conditions (high surface solar radiation) enhance the diurnal SST amplitude and the bulk-skin temperature difference.