ENSO循环的数值模拟(Ⅱ)──变化性及时间尺度选择机制

利用热带太平洋海气耦合异常模式的３０ａ模拟结果，对模式ＥＮＳＯ的变化性及多重时间尺度过程进行了细致分析，建立了一ＥＮＳＯ循环多重时间尺度过程相互作用的非线性相似（Ａｎａｌｏｇ）模型，并提出了ＥＮＳＯ循环主周期形成的一种可能机制。指出：和观测事实类似，模式ＥＮＳＯ过程确实涉及到三种时间尺度，即３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）、准两年振荡（ＱＢ）和年循环（ＡＣ）；其中，ＱＢ过程是线性海气耦合系统的本征模态，年循环（ＡＣ）对其形成没有本质的影响；３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）是一非线性系统的自激振荡现象，其形成是线性系统的本征模即ＱＢ过程通过非线性机制尤其是通过大气辐合反馈加热的“单向性”过程在ＱＢ的暖态产生的减频增幅所致；平均年循环（ＡＣ）虽然不能对ＥＮＳＯ循环形成有本质影响，但它可明显影响ＥＮＳＯ循环的具体振幅和位相，使得ＥＮＳＯ循环具有明显的不规则性并对季节循环具有明显的“锁相”特征；ＥＮＳＯ变化性确是ＬＦ、ＱＢ以及ＡＣ多重时间尺度相互作用形成的。本文提出的ＥＮＳＯ循环时间尺度选择机制不仅解释了主周期振荡的形成过程，而且也较好地解释了ＥＮＳＯ变化的谱，因此，这一机制更接近于观测事实。     

全球热带SSTA与中国7月降水和气温的伴随相关型分析

用伴随相关型（ＡＣＰ）分析了中国７月降水和气温与全球热带ＳＳＴＡ的ＰＯＰ（主振荡型）间的关系,得到当两个典型的传播ＰＯＰ处在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发展相位时中国夏季总体呈南北旱,中间涝的形势,其中江淮流域,华中,东北东部和西北大部为降水正距平,华北,华南为负距平,降水偏多（少）时相应的气温偏低（高）,当两个传播型的典型模态处于ＬａＮｉｎａ事件发展相位时情况则相反。     

我国近百年气温变化的奇异谱分析

用奇异谱方法分析我国近百年平均气温的准周期性,结果表明：我国平均气温的年际变化以２～３ａ周期振荡为主,同时１ａ左右的准同期振荡也较强,和同期北半球平均气温的准周期性有差异,不过它们的准１ａ周期振荡随时间的阶段性变化特征非常相似。将我国大致分成７个区域,对７个区域代表站气温进行奇异谱分析,结果表明：各区气温的准周期振荡及其随时间的变化互不相同。华北、东北、西北、和青藏高原４区气温以１ａ周期振荡最为显     

全球热带海表温度异常的POP预报模型

在对全球热带海表温度异常（ＳＳＴＡ）进行主振荡型（ＰＯＰ）分析的基础上上综合考虑大尺度海洋运动状况和长期预报的特征引入了相位划分预报方案,将典型ＰＯＰ模态进行相位划分并综合考虑它们的相关位承替规律预报ＳＳＴＡ未来发展趋势,独立样本事后预报结核下实相位划分预报方案能提供较好的预报信息。     

The linkage between two ENSO types/modes and the interdecadal changes of ENSO around the year 2000

厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)在2000年前后发生了明显的年代际变化。与1980-99年相比,2000年以后ENSO的振幅减弱,主周期缩短,中太平洋(CP)型ENSO的发生频率升高,且没有典型的东太平洋(EP)型ENSO出现。本文将两种类型ENSO与两个ENSO模态联系起来,发现ENSO在2000年前后的年代变化实质上是两个ENSO模态的相对活跃性发生了改变:与EP型ENSO相联系的准四年模态在2000年之后活跃性明显降低,与CP型ENSO相联系的准两年模态依然活跃,并成为热带太平洋地区的主模态。分析表明,热带太平洋地区气候平均态的改变可能是这次ENSO年代际变化的主要原因。     

近百年东亚季风长期变化中主周期振荡的奇异谱分析

运用海平面气压场资料，计算１８７３—１９９０年的东亚冬、夏季风强度指数，并利用奇异谱分析方法（ＳＳＡ）对这百年的东亚季风长期变化的周期活动进行了研究。研究表明：东亚冬、夏季风都存在准２ａ（ＱＢＯ）、３—６ａ（ＬＦＯ）的年际振荡，１６—１８ａ（ＩＤＯ）的年代际振荡和长期变化趋势。各振荡分量都具有年代际的差别，这种特征ＱＢＯ表现得最典型。冬季风的ＱＢＯ在１９２０年代前振幅较小，且大约呈现１２ａ的大振幅和６ａ的小振幅波状的周期变化；夏季风的ＱＢＯ振幅变化与冬季风相反，且大约呈现６ａ的大振幅和３ａ的小振幅波状的周期变化。夏季风中的年代际变化影响较小。     

冬季北太平洋优势气候模态的转移

采用EOF分解和小波分析,并引入相似度,分析冬季北太平洋的两个主要气候模态,即太平洋年代际振荡（PDO）模态与北太平洋涡旋振荡（NPGO）模态,及其结构特征随时间的演变。结果表明：1988/1989年的气候转移后,冬季海温距平（SSTA）优势模态为NPGO模态的年份越来越多,这种优势气候模态的转移现象表现出准18 a的年代际周期;SSTA与NPGO模态相似度的20年滑动平均在20世纪80年代中后期之后超过了SSTA与PDO模态的相应值,这表明此后SSTA的优势模态发生了转移,由PDO型转换为NPGO型;对典型时间段SSTA的合成分析显示,其优势模态由1988年前的PDO型转变为之后的NPGO型。     

热带西太平洋海表温度长期变化的特殊性

揭示了５０年代以来热带三大洋海表温度（ＳＳＴ）长期变化的两个基本构成（线性增温及Ｅｌ Ｎｉｎｏ－Ｌａ Ｎｉｎａ振荡）,并比较了它们在三大洋中的典型程度。在此基础上重点分析了热带太平洋西、中、东部ＳＳＴ长期变化的差异,指出热带西太平洋ＳＳＴ长期变化中Ｅｌ Ｎｉｎｏ－Ｌａ Ｎｉｎａ振荡相对较弱,线性增温趋势被年代际强弱振荡代替。     

热带太平洋风应力距平场的主振荡型分析

利用FSU（Florida State University）风应力逐月资料，运用POP方法，分析了热带太平洋地区风应力异常场结构与ENSO的联系。结果显示：纬向风应力有35、47和57月周期的传播型振荡；经向风应力有28和38月周期的传播型振荡。得到纬向、经向风应力传播型与ENSO振荡的耦合关系。同时指出，对El Nino／La Nina这样的大尺度海气相互作用现象的时空演变，应注重多种振荡混合的作用，而不应只分析单一模态的作用。风应力异常的局地振荡对El Nino／La Nina的影响也不应忽视。     

热带海洋SSTA的POP中性预测方案

用主振荡型（ Ｐ Ｏ Ｐ）方法分析了热带洋区月平均海表温度异常（ Ｓ Ｓ Ｔ Ａ）。结果表明,最重要的 ４ 个传播型 Ｐ Ｏ Ｐ对与 Ｅｌ Ｎｉｎｏ／ Ｌａ Ｎｉｎａ 事件关系密切,说明这类事件具有复杂的时空结构。在此基础上,给出了一个能定量地综合多个传播型 Ｐ Ｏ Ｐ对作用的 Ｐ Ｏ Ｐ中性预测方案。非独立样本和独立样本试验表明,它具有 ４ 个月的预测时效,且其预测能力在 Ｓ Ｓ Ｔ 强异常的 Ｅｌ Ｎｉｎｏ、 Ｌａ Ｎｉｎａ 事件阶段强于弱异常的非 Ｅｌ Ｎｉｎｏ／ Ｌａ Ｎｉｎａ 事件阶段。     

用一个简单海气耦合模式对20世纪90年代厄尔尼诺事件的预报试验

使用一个动力海洋与统计大气耦合的热带太平洋模式,对２０ 世纪９０ 年代的厄尔尼诺事件进行了数值模拟和预报。结果表明,模式能较好地再现３ 次暖事件的发展和演化过程,也能模拟１９９５／１９９６ 年的冷海温过程。预报试验的结果指出,２０ 世纪 ９０ 年代发生的厄尔尼诺事件具有其特殊性,很难在发展阶段作出准确预报,而一旦形成后,模式仍可对这类事件的成熟位相阶段作出大致提前 ６ 个月的有效预报。文中还用该模式对 １９９７ 年的热带太平洋海表温度作了预报试验,预测 １９９７ 年年底可能发生一次新的厄尔尼诺事件。关键词：２０ 世纪９０ 年代厄尔尼诺,简单海气耦合模式,预报试验。     

季节背景对ENSO循环过程中SSTA增/减幅作用的数值试验研究

利用热带太平洋地区 2层区域海洋模式和再分析资料探讨了大气 /海洋的季节背景对ENSO时间尺度上海温异常的增幅或减幅作用。结果表明 :不论什么季节背景下 ,就海洋变化而言 ,El Nino/La Nina事件均可存在 ,说明 El Nino/La Nina事件的存在和维持并没有季节性选择 ;模式海洋的西太平洋赤道地区次表层海水温度异常变化位相明显超前于东太平洋SSTA且在空间上自西向东传播 ,同时有位相超前的量还包括模式第 1层厚度异常及热容量异常 ,这些对 ENSO的预测和机制研究具有重要意义。 SSTA的振幅在不同的季节背景下可受到不同的调节。以春季为背景 ,同样的异常风应力作用于海洋 ,可使 NINO3区 SSTA较正常季节背景下该区的 SSTA振幅明显增大 ;而在冬季背景下可使 SSTA受到一定程度的减幅 ,这说明 El Nino/L a Nina现象的发生和消亡有季节选择倾向。与春季背景下 NINO 3区SSTA的增幅倾向相反 ,模式第 1层厚度异常的振幅则受到削弱。而西太平洋赤道地区 ,模式海洋混合层的厚度异常则有所增强。这种与 SSTA增 /减幅反相关的现象需要进一步研究     

AIR-SEA COUPLING FEATURES FROM THE WARM PHASE TO THE COLD PHASE OF ENSO CYCLES IN THE SEVENTIES TO THE EIGHTIES*

Using the sea surface temperature and wind anomalies(SSTA and SSWA for short) of the tropical Pacific from January 1970 to December 1989,main spatial patterns of tropical Pacific SSTA and SSWA coupling features in the transform course from the warm phase to the cold phase of El Nino-southern Oscillation(ENSO) cycles are discussed.The main conclusions are as follows:(1)air-sea coupling patterns at the mature stage of El Nino(La Nina) are main spatial ones of tropical Pacific SSWA and SSTA coupling:(2)at the mature stage of El Nino,the interaction of the anticyclonic anomaly wind,generated by the forcing of distinct meridional SSTA gradient in the Northern Hemisphere tropical central Pacific.with the California cold current and SSTA is mainly responsible for weakening of El Nino;(3)the second sea temperature increase along the South American coast in the decaying course of El Nino results from the eastward movement of the weakened positive SSTA in the tropical central-eastern Pacific forced by anomalous west wind stress:(4)La Nina results from the joint effect of Walker circulation,Ekman drift and negative SSTA in the tropical central-eastern Pacific.     

AIR-SEA COUPLING FEATURES FROM THE WARM PHASE TO THE COLD PHASE OF ENSO CYCLES IN THE SEVENTIES TO THE EIGHTIES

Using the sea surface temperature and wind anomalies(SSTA and SSWA for short)of thetropical Pacific from January 1970 to December 1989,main spatial patterns of tropical PacificSSTA and SSWA coupling features in the transform course from the warm phase to the cold phaseof El Nino-southern Oscillation(ENSO)cycles are discussed.The main conclusions are as follows:(1)air-sea coupling patterns at the mature stage of ElNino(La Nina)are main spatial ones of tropical Pacific SSWA and SSTA coupling:(2)at themature stage of El Nino,the interaction of the anticyclonic anomaly wind,generated by the forcingof distinct meridional SSTA gradient in the Northern Hemisphere tropical central Pacific.with theCalifornia cold current and SSTA is mainly responsible for weakening of El Nino;(3)the secondsea temperature increase along the South American coast in the decaying course of El Nino resultsfrom the eastward movement of the weakened positive SSTA in the tropical central-eastern Pacificforced by anomalous west wind stress:(4)La Nina results from the joint effect of Walkercirculation,Ekman drift and negative SSTA in the tropical central-eastern Pacific.     

热带印度洋-太平洋地区海表温度异常的线性转置预报模型

采用ＣＯＡＤＳ的月平均海平面温度跨平（ＳＳＴＡ）资料,建立了预报热带印度洋－太平洋ＳＳＴＡ的线性转置模型（ＬＩＭ）。经检验,对于非独立和独立样本,预报的均方根误差分别在１２个月和１０个月预报时效内小于ＳＳＴＡ的均方差,相对误差在５个月预报时效内都小于５０％。在Ｅ１Ｎｉｎｏ和Ｌａ Ｎｉｎａ时段效果优于其他时段,其中Ｌａ Ｎｉｎａ时段又更好些。对同一地区的ＳＳＴＡ,ＬＩＭ预报优于自回归模型预报、奇异谱     

热带海温变化与高原季风发展

利用NOAA长波辐射OLR，NCEP/NCAR再分析格点资料，探讨了热带太平洋、印度洋海温等环境场变化与高原季风发展的联系。揭示了春季孟加拉湾和南海以及西太平洋暖池附近海表增温、赤道东太平洋降温有利于高原夏季风发展。分析了高原季风强弱年同期和前期SST场、风场和OLR场演变特征。结果表明，高原季风强弱年热带环境场存在明显差异。高原夏季风发展时SSTA从春季到夏季, 孟加拉湾经南海到西太平洋SST呈正距平, 赤道中东太平洋SST负距平发展, 表现为La Ni?a特征。反之，高原夏季风减弱时SSTA在孟加拉湾和南海地区SST呈负距平，东南太平洋SST正距平发展。表现为El Ni?o特征。     

太平洋年代际振荡冷、暖背景下ENSO循环的特征

利用英国气象局哈德莱中心的月平均海温距平资料、美国Scripps海洋研究所联合环境分析中心(JEDAC)的海表和次表层海温观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了太平洋年代际振荡(PDO)不同背景下ENSO循环的特征.结果表明,PDO为ENSO循环提供了一个年代际气候背景,在PDO的暖位相时期,El Nino事件发生的频率较高,强度较强;反之,在PDO的冷位相时期,La Nina事件发生的频率较高,强度较强.而且在不同的太平洋年代际振荡背景下,ENSO循环表现出不同的特征.在PDO冷位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA从西太平洋沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道东太平洋向西扩展到中太平洋,ENSO事件先在赤道东太平洋爆发.在PDO的暖位相时期,发生El Nino(La Nina)事件时,正(负)的SOTA首先出现在赤道中太平洋,然后沿温跃层向东传播,正(负)的SSTA从赤道中太平洋向东扩展到东太平洋,ENSO事件首先在中太平洋爆发.这为ENSO预测提供了新的线索.     

不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响

利用1951—2009年线性最优插值全球海温资料,NCEP/NCAR再分析大气资料,以及中国160个站的降水资料等,重点分析了不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变特征及对应的热带大气的响应情况,并进一步探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对次年夏季中国降水的可能影响。根据厄尔尼诺事件发展达到盛期时海温距平的分布特点,将1950年以来的厄尔尼诺事件分为东部型、中部型和混合型。不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变及后期的发展都表现出较为明显的差异,对应的热带太平洋上空向外长波辐射距平分布及热带印度洋-太平洋上空的沃克环流异常也表现出明显的不同。在厄尔尼诺的次年夏季,通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统,东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈现南方型(III类)、中间型(II类)和北方型(I类)的分布特点。     

PREDICTION AND VERIFICATION OF THE 1997-1999 EL NINOAND LA NINA BY USING AN INTERMEDIATE OCEAN-ATMOSPHERE COUPLED MODEL*

The numerical simulations,hindcasts and verifications of the tropical Pacific sea surface temperature anomaly(SSTA) have been conducted by using a dynamical tropical Pacific ocean-atmosphere coupled model named NCCo.The results showed that the model had performed reasonable simulations of the major El Nino episodes in the history,and the model forecast skill in 1990s had been significantly improved.NCCo model has been used to predict the tropical Pacific SSTA since January 1997.The comparisons between predictions and observations indicated that the occurrence,evolution and ending of the 1997-1998 El Nino episode have been predicted fairly well by using this model.Also,the La Nina episode that began in the autumn of 1998 and the developing tendency of the tropical Pacific SSTA during the year 1999 have been predictedsuccessfully.The forecast skills of NCCo model during the 1997-1999 El Nino and La Nina events are above 0.5 at 0-14 lead months.     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.