Atmospheric anomalies related to interdecadal variability of SST in the North Pacific

Anomalous patterns of the atmospheric circulation and climate are studied corresponding to the two basic interdecadal variation modes of sea surface temperature (SST) in the North Pacific, namely, the 25-35-year mode and the 7-10-year mode. Results clearly indicate that corresponding to the positive and negative phases of the interdecadal modes of SST anomaly (SSTA) in the North Pacific, the anomalous patterns of the atmospheric circulation and climate are approximately out of phase, fully illustrating the important role of the interdecadal modes of SST. Since the two interdecadal modes of SSTA in the North Pacific have similar horizontal structures, their impacts on the atmospheric circulation and climate are also analogous. The impact of the interdecadal modes of the North Pacific SST on the atmospheric circulation is barotropic at middle latitudes and baroclinic in tropical regions.     

北太平洋海温年代际变化与大气环流和气候的异常

对应北太平洋海表温度(SST)年代际变化的两个基本模态,即25～35年模和7～10年模,分析研究了北半球大气环流和气候异常的形势.其结果极为清楚地表明,对应北太平洋SST的年代际模的正、负位相,大气环流和气候异常的形势都近乎相反,充分说明SST年代际模的重要作用;由于北太平洋SST的两个年代际模有十分相近的水平结构特征,它们对大气环流和气候的影响也有十分相似的特征;北太平洋海温年代际模对大气环流的影响在中高纬度地区呈正压结构特征,而在热带地区的响应主要有斜压结构特征.     

20世纪70年代前后北太平洋海温场气候特征的比较

采用1950——1998年588个月的海表温度SST(Sea Surface Temperature)资料，应用EOF、小波分析等方法，分析了北太平洋海温时空分布特征，指出20世纪70年代中后期北太平洋海温有明显变化：赤道中东太平洋由冷转暖，中高纬西风漂流区由暖转冷，且西风漂流区变化更为显著。厄尔尼诺和拉尼娜事件在此前后也呈现出不同的特征：1976年前拉尼娜(1976年后厄尔尼诺)事件持续时间长，强度大，事件发展初期厄尔尼诺海区就表现为较强的负(正)距平。海温变化存在2—6a的ENSO循环周期，并迭加着8—9a的年际振荡和22a左右的年代际尺度的变化。另外，还有以1981年前后为转折点的长期变化信号。     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

Interdecadal Change of the Northward Jump Time of the Western Pacific Subtropical High in Association with the Pacific Decadal Oscillation

In this paper, the northward jump time of the western Pacific subtropical high(WPSH) is defined and analyzed on the interdecadal timescale. The results show that under global warming, significant interdecadal changes have occurred in the time of the WPSH northward jumps. From 1951 to 2012, the time of the first northward jump of WPSH has changed from "continuously early" to "continuously late", with the transition occurring in 1980. The time of the second northward jump of WPSH shows a similar change, with the transition occurring in 1978. In this study, we offer a new perspective by using the time of the northward jump of WPSH to explain the eastern China summer rainfall pattern change from "north-abundant-southbelow-average" to "south-abundant-north-below-average" at the end of the 1970 s. The interdecadal change in the time of the northward jump of WPSH corresponds not only with the summer rainfall pattern, but also with the Pacific decadal oscillation(PDO). The WPSH northward jump time corresponding to the cold(warm) phase of the PDO is early(late). Although the PDO and the El Nino–Southern Oscillation(ENSO)both greatly influence the time of the two northward jumps of WPSH, the PDO’s effect is noticed before the ENSO’s by approximately 1–2 months. After excluding the ENSO influence, we derive composite vertical atmospheric circulation for different phases of the PDO. The results show that during the cold(warm)phase of the PDO, the atmospheric circulations at 200, 500, and 850 h Pa all contribute to an earlier(later)northward jump of the WPSH.     

Possible Origins of the Western Pacific Warm Pool Decadal Variability

In this study,the impacts of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) on the western Pacific warm pool (WPWP) were investigated.Our results show that the WPWP is linked with the PDO and the AMO at multiple time scales.On the seasonal time scales,the WPWP and the PDO/AMO reinforce each other,while at decadal time scales the forcing roles of the PDO and the AMO dominate.Notably,a positive PDO tends to enlarge the WPWP at both seasonal and decadal time scales,while a positive AMO tends to reduce the WPWP at decadal time scales.Furthermore,the decadal variability of the WPWP can be well predicted based on the PDO and AMO.     

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM, 通过1958～2001年风应力 (ERA40) 和热通量驱动下的两组模拟试验, 检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明, 尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响, 但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对El Niño的模拟效果, 包括对El Niño周期非规则性的成功模拟; 北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响, 合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域, 导致SST变率异常的因子不同: 在加利福尼亚沿岸, 冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定; 在北太平洋中部, 温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响; 在黑潮及其延伸体区域, 对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用, 与此同时, 水平平流和扩散的作用亦不容忽视。     

与冬季北太平洋大范围海温异常相联系的海气特征

采用1948—2014年NCEP/NCAR大气再分析资料以及延伸重建海温资料,基于大气海洋间不同的主导关系对冬季北太平洋大范围海温异常进行分类,探究其相应的海气结构特征。结果表明:1)大气影响海洋的个例多于海洋影响大气的个例,即在冬季北太平洋大气强迫海洋占主要地位,但也存在海洋对大气的反馈作用。2)对于大气影响海洋而言,SST(Sea Surface Temperature)暖异常区上空主要伴随着东北—西南走向的相当正压高低压异常(东北高西南低),对应东南风异常以及显著的深厚暖异常,表现出相当正压暖/脊结构,冷异常情况与此相反。SST异常为净热通量异常与风速异常共同作用引起。3)对于海洋影响大气而言,在SST暖异常区上空西部为南北向高低压异常(北高南低),东部为低压异常,对应偏东风异常。在SST冷异常区上空为偶极型的南北向高低压异常(南高北低),对应偏西风异常;位势高度异常表现出相当正压结构且较大气影响海洋时相对偏弱,大气暖(冷)温度异常比较浅薄且主要局限于对流层低层。4)海洋温度结构异常主要表现为,在大气影响海洋时海温异常由表层下传,海洋影响大气时为上下一致的温度异常。     

北太平洋浅层海温时空特征及区域海气相互作用的诊断分析

采用EOF(Empirical Orthogonal Function)、SVD(Singular Value Decompo—sition)、相似、相关以及合成分析等方法,探讨了北太平洋浅层海温(ST)层际间时空结构的差异,据此对浅层海温场进行分层,并研究其与海平面气压场的相互作用。结果表明：北太平洋浅层海温距平场第1模态及其时间系数基本上反映了该海区浅层海温场的时空特征。1月浅层海温场可划分为两层,7月可划分为4层,说明7月的浅层海温分布较1月复杂。海气相互作用的主要时域特征为明显的年代际变化,正负值转变主要发生在中后期。海气相互作用分析表明,当北太平洋中部ST持续偏高时,相应的1(7)月阿留中低压(北太平洋副高)偏弱,位置偏西,其西侧冬(夏)季风偏弱;反之亦然。     

西北太平洋低空环流与海温异常关系的季节性差异

通过资料分析与数值模拟研究了西北太平洋低空环流特征及其与海面温度（SST）异常关系的季节性差异,得到如下结论：1）西北太平洋低空环流的空间尺度和位置在春季和夏季存在明显差异,从春季到夏季,异常环流范围缩小且中心位置向西北偏移;2）西北太平洋低空环流与西北太平洋局地海温的相互作用存在季节差异,春季西北太平洋冷海温与上空反气旋异常之间存在相互作用,而夏季则以大气影响海洋为主,异常的反气旋/气旋可以加热/冷却其下垫面的海温,大气超前3～4 d影响海洋;3）夏季异常反气旋环流（WNPAC）的维持主要来自非局地海温异常（北印度洋暖海温与中太平洋冷海温异常）的强迫,这两个海区对WNPAC的影响也存在季节性差异,北印度洋的影响主要体现在晚春至盛夏,而中太平洋则主要在晚夏发挥作用。     

北太平洋海温变化的年代际模及其演变特征

用近百年的海温(SST)资料,分析研究了北太平洋海温的年代际变化特征及其基本形势(模态).结果表明,它主要存在准7～10年周期和准25～35年周期两类年代际变化;这两类年代际变化又都有类似的形势(模态),但却与所谓"类ENSO模"明显不同.同时,两个年代际模都有呈西北一东南向振荡和沿海盆作顺时针旋转的共存活动(演变)特征.     

我国夏季东部区域降水异常年代际、年际变化分析

用华南、江淮、华北代表站6—8月降水量标准化距平的区域平均值定义了降水异常指数I，论证了它与常用指数Z、R的一致性。不同区域，的同期相关不显著，表明3区降水年际异常具有独立性。用周期分析将，分解为年代际、年际变化指数，Is、If，方差分析表明，只有华南区域Is在其，的构成中显著，表明区域夏季降水异常是复杂的。对Is、If，曲线的分析表明，3个区域Is均表现出与太平洋年代际振荡(PDO)20世纪70年代的转折有关的相关关系，华北区域If的显著偏少与强El Nino事件的同时性关系密切。     

上海气温与太平洋海温的相关关系及年代际差异

利用上海1873—2001年的冬、夏季平均温度和太平洋海温资料，通过计算两者之间的同期和超前相关以及滑动相关系数，讨论了上海冬（夏）季温度与太平洋海温场相关关系的年代际差异。结果发现，上海冬（夏）季温度存在明显的年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势，而且与太平洋海温场在不同时间尺度和空间区域的相关关系差异显著，这种相关关系的差异可能是造成用统计方法做短期气候预测产生不确定性的主要原因之一，因此应用太平洋海温场进行统计预报的过程中，适当考虑不同时间尺度上的相关差异，将有利于提高预测的准确性和减少统计预测方法中的不确定性。     

我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

越南北部夏季降水特征及其与海温的联系

根据1958—1997年越南降水资料和NCEP／NCAR再分析资料，运用小波分析和相关分析等方法分析了越南北部降水特征及其与海温的联系。结果表明，越南北部降水主要集中在夏秋季；越南北部夏秋季降水具有明显的年际、年代际变化特征．并且与热带太平洋海温关系密切。在越南北部夏季多雨年，热带西太平洋海温异常偏高，中东太平洋海温异常偏低；而少雨年，则情况相反。     

Potential Correlation between the Decadal East Asian Summer Monsoon Variability and the Pacific Decadal Oscillation

This study discusses the potential contribution of the Pacific decadal oscillation(PDO)to the weakening of the East Asian summer monsoon(EASM)and the evident correlation between the positive PDO and"Southern flood and Northern drought(SFND)"summer rainfall pattern over East China.The mechanism behind this contribution is also discussed.     

我国华南4、5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系

利用1951～2005年华南4、5月份降水资料、NOAA海温资料以及NCEP再分析资料,对华南4、5月份降水年代际变化的特征、及其所对应的大尺度环流以及与中西太平洋海温的关系作了分析。结果表明,华南4、5月份降水均在1970年代初期发生显著的年代际转变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份降水与前一年7～11月份的中西太平洋海温、华南5月份降水与当年2～5月份的中西太平洋海温有显著的负相关。在4、5月份年代际降水偏少(多)时期,前期中西太平洋海温偏暖(冷);同期亚洲大陆南部及非洲大陆的海平面气压显著偏低(高),北太平洋海区海平面气压偏高(低);我国华南上空存在反气旋性(气旋性)环流异常,我国华南地区北边界存在显著的南(北)风异常,造成华南地区北边界异常水汽输出增强(减弱)。同时,我国大陆对流层中上层大气显著偏暖(冷),东亚高空急流显著偏北(南),副热带高压偏弱(强)偏东(西),向华南地区输送的水汽减少(增加),从而在华南地区形成异常的水汽辐散(辐合),最终导致华南地区4、5月份降水的减少(增加)。     

热带北太平洋海温异常对2018年华南前汛期降水负异常事件的影响

本文利用1979—2018年中国地面气象台站1 767个站点降水资料、HadISST海温数据及NCEP/NCAR再分析资料,滤除同期ENSO影响后,分析了2018年华南前汛期降水负异常与热带北太平洋海温异常之间的联系。研究结果显示,2018年华南前汛期降水负异常事件和热带北太平洋(Tropical Northern Pacific,TNP)海温偏暖有关。热带北太平洋海温正异常,通过Mastuno-Gill响应引起西北太平洋气旋式环流异常,中国南海东风异常,减弱了南海夏季风,华南至中国南海地区对流层低层存在异常反气旋环流。水汽存在由中纬度北太平洋经黑潮海区-华南地区-中国南海-菲律宾群岛向热带太平洋的异常输送,且华南地区为水汽的异常辐散区域。另一方面,TNP区域暖海温异常引起了该区域低层异常辐合、高层异常辐散、异常上升运动,使得华南地区高层异常辐合、低层异常辐散、异常下沉运动。这样的环流配置对华南地区降水的产生有不利影响,引起了2018年华南前汛期降水异常偏少。2018年TNP区域暖海温异常引起华南前汛期降水负异常的物理机制还在ECHAM5模式30个成员集合平均的试验结果中得以验证。     

太平洋年代际振荡研究进展(英)

近10年来,太平洋年代际振荡(PDO)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDO指的足在太平洋的气候变率中具有类似ENSO空间结构但周期为10-30年的一种振荡,当北太平洋中部海面温度异常增暖(冷却)时,热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言,有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调,一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动,及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转;海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调,因为大气活动没有一个特定的时间尺度,其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱,所以大气对海洋的强迫是随机的;而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅,其对应的周期约为十几年或几十年。作者试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状,从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

太平洋年代际振荡研究进展

近10年来，太平洋年代际振荡(PDo)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDo指的是在太平洋的气候变率中具有类似ENSo空间结构但周期为10-30年的一种振荡，当北太平洋中部海面温度异常增暖(冲却)时，热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言，有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调，一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动，及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转；海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调，因为大气活动没有一个特定的时间尺度，其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱，所以大气对海洋的强迫是随机的；而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅，其对应的周期约为十几年或几十年。作试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状，从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。