北太平洋冬季海-气耦合的主模态及其与瞬变扰动异常的联系

利用45年的ECMWF 再分析资料,使用SVD方法研究了冬季北太平洋地区表层海温(SST)异常与大气环流异常间的主要耦合模态,探讨了大尺度海-气耦合型与天气尺度瞬变扰动的相互关系.分析结果表明,中纬度北太平洋地区冬季存在两种主要的海-气耦合型,第1种耦合型反映了与ENSO紧密相关的中纬度北太平洋冬季海温异常分布型以及大气的PNA型,第2种耦合型SST 异常集中在东亚沿海以及中纬度北太平洋海流区,相应的大气场则为暖(冷)SSTA上空东西向带状区域内位势高度偏高(低),明显独立于ENSO型.进一步的合成分析表明,在第1种耦合型SST正(负)异常年里,冬季阿留申低压主体位置偏西南(东北),从东北亚到北美西海岸的西北-东南向带状区域内是低层大气温度正(负)异常区和高层西风负(正)异常区,西风负(正)异常中心位于西风急流出口处的北太平洋中东部,而西风急流主体区的风速变化很小.在第2种耦合型东亚沿海至中纬度北太平洋海流区SST偏暖(冷)时,阿留申低压整体偏弱(强),SST暖(冷)异常上空的大气温度偏暖(冷),高层西风急流区西风偏弱(强).两种耦合型均显示出在北太平洋中纬度地区大气和海洋的异常相关中心有很好的空间对应性.在两种耦合型下,中纬度北太平洋冬季的大气斜压性也发生截然不同的改变,引起中纬度天气尺度瞬变扰动活动异常.瞬变扰动异常的动力强迫作用对北太平洋西风异常的形成存在正反馈作用,而其热力作用则试图破坏与两种海-气耦合模态相关的大气温度异常型.     

冬季北太平洋海表面热通量异常和海气相互作用的耦合模式模拟

基于中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)开发的耦合气候系统模式FGOALS_s1.0控制试验的积分结果,分析了冬季北太平洋海表面湍流热通量(潜热和感热通量之和)异常及其对海表面温度(SST)异常的影响,并通过分析海温倾向方程,比较了各因子对SST变率的相对贡献.结果表...     

东亚-北太平洋区域冬季大气环流趋势分析

利用1948-2005年2．5°×2．5°的NCEP／NCAR再分析月平均高度场资料、温度场资料和高空风场资料,对冬季东亚-北太平洋区域环流进行了分析。结果表明,阿留申低压加深,西伯利亚高压减弱。500hPa高度场上,我国除了东北之外的其他地区位势高度存在明显的升高趋势;东亚温带西风急流和西太平洋西风急流增强,西太平洋西风急流存在向东延伸的趋势,东亚冬季风强度减弱;58年来冬季东亚-北太平洋区域内大陆上空大气变暖,海洋上空大气变冷,两者的温度差值增大。我国青藏高原和黄土高原变暖趋势明显。     

北太平洋海温异常的空间模态及其与东亚环流异常的关系

运用英国气象局全球海温和NCEP/NCAR 再分析逐月资料, 分析了1979年以来北太平洋夏季海温异常的主要模态, 并探讨了海温异常的空间分布与东亚环流异常的关系。结果表明: 北太平洋夏季海温主要存在两种模态, 当太平洋热带地区西高东低 (西低东高), 西太平洋到黑潮区海温偏高 (低), 东南太平洋的海温偏低 (高) 时, 东亚贝加尔湖南侧地区为显著的正 (负) 高度异常。进一步分析发现这种环流异常与北太平洋西部海温异常引起的辐合辐散有关, 北太平洋西部近大陆海域海温异常偏暖 (冷), 对应上空为异常的上升 (下沉) 运动, 因质量的连续性使贝加尔湖南侧地区低层辐散 (辐合) 异常, 有利于该地区异常反气旋性环流的加强 (减弱)。     

北太平洋海温异常对我国降水影响的数值试验

利用全球大气环流模式 (OSU- AGCM) ,作中纬度北太平洋热源异常强迫的数值试验 ,分析中纬度北太平洋海温异常对降水的影响。结果表明 ,中纬度北太平洋大范围海温降低 ,将造成东北地区季内降水偏多 ,而我国 40°N以南大部分地区降水偏少 ;同时 ,北太平洋中低纬度地区降水将发生显著的变化。通过分析海温异常所造成的大气物理量场的变化 ,就海温异常对降水的影响机制进行了探讨 ,得出一些有益的结果。     

北太平洋副热带海区的两支东向逆流

分析SODA同化资料(1950～1999年)所描述的北太平洋副热带海区表层一次表层的东向逆流的空间分布和季节变化特征.从气候平均场看,北太平洋副热带的东向流主要包括东、西两部分,其中,太平洋中部夏威夷岛西侧的东支逆流位置偏南,强度夏季最大,春季最弱.海表风应力的旋度异常产生的Ekman抽吸是东支逆流形成的主要原因.位于西太平洋的西支逆流位置偏北,春季一夏季强度较大.西支逆流的形成和季节变化可以由副热带模态水的辐合解释.     

淮河流域夏季降水异常与北太平洋海温异常的关系

研究淮河流域降水异常与北太平洋海温异常的相关关系,初步探讨北太平洋海温异常对淮河流域降水的可能影响机制。结果表明:淮河流域夏季降水与上年8-10月北太平洋中部关键海区(162．5~177．5°W,36．5~41．5°N)的SSTA存在持续高的正相关关系;淮河流域夏季降水异常对应着一种大范围的海温异常分布型,而关键海区正好位子其相关最显著地区;正是由于北太平洋大范围持续的海温异常引起了次年夏季大气环流的异常,导致了淮河流域夏季降水异常,这也正是海温与降水具有很好相关的内在原因。     

北太平洋维多利亚模态对淮河流域夏季降水的影响

北太平洋维多利亚模态(Victoria Mode, VM)是北太平洋重要的气候模态,对全球降水和气候有着重要影响。本文使用CN05.1格点化观测数据集资料,研究了春季(2—4月)VM模态与我国淮河流域夏季(6—8月)降水的关系,揭示了其内在的可能机制,并在此基础上建立了一个淮河流域夏季降水预测模型。结果表明,春季VM模态与淮河流域夏季降水存在较强的正相关关系,该相关受ENSO影响有限;春季VM模态可以通过海气相互作用在夏季增强赤道西太平洋上空的异常西风,导致影响淮河流域的气旋性环流异常。气旋性环流异常有利于淮河流域上空丰富的水汽供应和异常上升运动。因此,淮河流域夏季降水量增加。     

北太平洋中纬海温异常对中国东部夏季降水影响的可能途径

用 8 5 0 h Pau场分解为正、斜分量的方法研究了前期北太平洋中纬 ( 42 .5～5 2 .5°N,1 70°E～ 1 70°W)海温关键区海温异常对其后期中国东部夏季降水影响的可能途径。结果表明 ,前期海温关键区海温首先对其同期 85 0 h Pau场斜压波列施加影响 ,该斜压波列又对其后期斜压波列施加影响 ,最后此斜压波列影响中国东部夏季降水异常。     

前期北太平洋海温异常对贵州夏季降水的影响

利用1979 2011年夏季贵州83个台站降水月资料及前期北太平洋逐月海温资料,对二者的耦合关系进行了SVD分析,对异常年份进行了合成分析,并对前期海温影响贵州夏季降水的可能机制进行了探讨。结果表明:(1)影响贵州夏季降水的海温关键区,从前一年夏季至当年春季由北太平洋的加利福尼亚冷流区转移到了黑潮区,前一年夏、秋及冬季海温的变化与贵州夏季降水关系更为密切,同期春季与贵州夏季降水的相关最差,且前期北太平洋海温与贵州中东部降水的异性相关更好。(2)贵州夏季降水偏多年,前一年夏季北太平洋海温分布从西北到东南为"+-+"分布,而降水偏少年为"-+-"分布,降水偏多年与El Nino事件关系不密切,而降水偏少年与La Nina事件关系较密切;在北太平洋夏季海温正异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏多,而在负异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏少。(3)前期北太平洋海温异常是影响贵州夏季降水的可能机制,北太平洋海温异常升高可引起向中纬度西太平洋传播的波列,通过加强西风造成西太平洋副热带高压西伸、偏强,有利于贵州降水异常偏多;而北太平洋海温异常降低对贵州降水的影响不如海温异常显著,它可造成西风减弱,使得西太平洋副热带高压东退、偏弱,从而抑制贵州夏季降水。     

冬季黑潮海域异常加热与北太平洋大气环流的耦合关系

利用NCEP/NCAR和OAFlux月平均资料,采用SVD方法分析冬季黑潮海域的热通量和北太平洋500 hPa位势高度场之间的关系。第1对奇异向量占总方差的86.24%,表现为黑潮北部海域异常多的放热和北太平洋中西部的500 hPa位势高度场异常低。将正负异常年的各气象要素的距平场进行合成分析后表明：当阿留申低压增强（减弱）时,黑潮海域上空的西北风增强（减弱）,导致近地面层大气温度降低（升高）,使得热通量异常释放增加（减少）,从而降低（升高）了海表面温度。在黑潮海域及其下游,温度场在纬向垂直方向是斜压结构,位势高度场是相当正压结构,反映的是冷低压（暖脊）结构。通过分析风场无旋分量和垂直速度的距平发现,在中纬度地区存在距平的纬向环流圈：大气在北太平洋中部的低层上升（下沉）,在对流层高层（低层）分别向西、向东运动,在黑潮海域和北美西部下沉（上升）,增强（减弱）了中纬度纬向环流圈（MZC）。     

THE COUPLED MODE BETWEEN THE KUROSHIO REGION MARINE HEATING ANOMALY AND THE NORTH PACIFIC ATMOSPHERIC CIRCULATION IN WINTERTIME

Using monthly reanalysis data of the National Center for Environmental Research/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) and Objectively Analyzed Air–Sea Heat Flux (OAFlux) gathered during the winter, singular vector decomposition (SVD) analysis was conducted to reveal the coupled mode between the Kuroshio marine heating anomaly and the geopotential height at 500 hPa (Z500) over the North Pacific. The first SVD mode showed that when the northern Kuroshio marine heating anomaly was positive, the Z500 in the central and western sections of the North Pacific was anomalously low. By composing the meteorological field anomalies in the positive (or negative) years, it has been revealed that while the Aleutian Low deepens (or shallows), the northwesterly wind overlying the Kuroshio strengthens (or weakens) and induces the near-surface air to be cool (or warm). Furthermore, this increases (or decreases) the upward heat flux anomaly and cools (or warms) the sea surface temperature (SST) accordingly. In the vicinity of Kuroshio and its downstream region, the vertical structure of the air temperature along the latitude is baroclinic; however, the geopotential height is equivalently barotropic, which presents a cool trough (or warm ridge) spatial structure. The divergent wind and vertical velocities are introduced to show the anomalous zonal circulation cell. These are characterized by the rising (or descending) air in the central North Pacific, which flows westward and eastward toward the upper troposphere, descends (or rises) in the Kuroshio and in the western section of North America, and then strengthens (or weakens) the mid-latitude zonal cell (MZC).     

DEVELOPMENT OF A COUPLED REGIONAL AIR-SEA MODEL AND ITS NUMERICAL SIMULATION FOR SUMMER MONSOON IN 1998

A coupled regional air-sea model is developed by using the regional climate model (P-σ RCM)and the regional ocean model (POM),which is used to simulate East Asian monsoon and oceanicelements in East Asian coastal waters.The simulated surface layer oceanic elements are basicallyconsistent with the reality and can reflect the interaction between the monsoon and the surfacelayer currents.The great difference with the reality is “cold drift” of the simulated surfacetemperature.The coupled model has certain ability to simulate the atmosphere geopotential heightfields,precipitation and low-level southwest wind from May to August in 1998.It can display theprocess of summer monsoon onset during the third dekad of May and the evolution features afterthe onset.The differences between the simulation results of the coupled model and that of thesingle P-a RCM are shown mainly in the low-level atmosphere and the model internal regions.     

太平洋海气耦合经向模态和西北太平洋热带气旋生成频数的关系

分析了太平洋经向模（Pacific Meridional Mode,PMM）和西北太平洋热带气旋生成频数（Tropical Cyclones Number,TCN）变化的关系。PMM是太平洋热带海气耦合系统内在固有变化的动力模态,它与西北太平洋热带气旋的活动在年际变化上存在较强的相关（1960—2003年期间年际变化的相关系数为0.63）。分析表明这种关系的产生是由于与PMM有关的许多气候条件都对热带气旋的活动产生影响。而PMM和热带气旋活动之间的关系将有助于我们对热带气旋与大尺度气候变化之间关系的讨论,为构建此问题的非单纯热力或动力框架提供了新思路。     

SIMULATION OF SUMMER CLIMATE IN CHINA DURING 1997 AND 1998 USING A REGIONAL AIR-SEA COUPLED MODEL

Using the regional air-sea coupled climate model RegCM3-POM,a series of numerical experiments are performed to simulate the summer climate in 1997 and 1998 with different coupling time steps.The results show that the coupled model has good performance on the simulation of the summer sea surface temperature(SST) in 1997 and 1998,and the simulation results of CPL1(with the coupling time step at 1 hour) are similar to those of CPL6(with the coupling time step at 6 hours).The coupled model can well simulate SST differences between 1997 and 1998.As for the simulation of the drought in 1997 and the flood in 1998,the results of CPL6 are more accurate.The coupled model can well simulate the drought in 1997 over North China,and compared with the results of the atmosphere model RegCM3,the simulation ability of the coupled model is improved.The coupling model has better ability in the simulation of the circulation in the middle and low levels,and the water vapor transportation in the coupling model is reasonable in both 1997 and 1998.RegCM3(an uncoupled model) cannot correctly simulate the transportation path differences between 1997 and 1998,but the coupled model can simulate the differences well.     

DEVELOPMENT OF A COUPLED REGIONAL AIR-SEA MODEL AND ITS NUMERICAL SIMULATION FOR SUMMER MONSOON IN 1998*

A coupled regional air-sea model is developed by using the regional climate model (P-σ RCM) and the regional ocean model (POM),which is used to simulate East Asian monsoon and oceanic elements in East Asian coastal waters.The simulated surface layer oceanic elements are basically consistent with the reality and can reflect the interaction between the monsoon and the surface layer currents.The great difference with the reality is "cold drift" of the simulated surface temperature.The coupled model has certain ability to simulate the atmosphere geopotential height fields,precipitation and low-level southwest wind from May to August in 1998.It can display the process of summer monsoon onset during the third dekad of May and the evolution features after the onset.The differences between the simulation results of the coupled model and that of the single P-σ RCM are shown mainly in the low-level atmosphere and the model internal regions.     

INFLUENCE OF TIBETAN PLATEAU ON AIR-SEA INTERACTION OVER TROPICAL PACIFIC IN OCEAN-ATMOSPHERIC COUPLED SYSTEM

A hybrid coupled ocean-atmosphere model is designed,which consists of a global atmosphericgeneral circulation model(L9R15 AGCM)and a simple ocean model(ZC ocean model over tropicalPacific).Using the model,experimental predictions are performed for the 1986/87 El Nino eventand the 1988/89 La Nina event with and without the Tibetan Plateau respectively(called TPFORC and NTP FORC hereinafter).It is found as follows:(1)The coupled system cansuccessfully predict the El Nino or La Nina event even if the Tibetan Plateau orography is notincluded in the model.The patterns of SSTA and wind anomalies in the model without the TibetanPlateau are similar to those with the Tibetan Plateau,which further verifies the fact that ENSOprocess is mainly caused by the air-sea interaction in tropical Pacific.(2)However.the existenceof the Tibetan Plateau exerts its influences on the intensity and duration of El Nino(or La Nina).It is unfavorable to the development and maintenance of westerly anomalies,so to some extent,restrains the development of El Nino,but favors the development of La Nina.(3)Effects of theTibetan Plateau orography on the wind anomalies in the coupled system are different from those inuncoupled AGCM simulation.     

赤道东太平洋海温与长江下游地区降水异常的相关分析

本文采用最大熵谱分析方法揭示了赤道东太平洋海温和长江下游地区降水均存在3-4年和准两年的周期性振荡特征。且通过时滞相关分析发现两者均存在显著的相关关系,并以降水滞后海温约4个月的正相关最为明显。在此基础上利用一个多级数字滤波器对两者的逐月距平序列进行了高通、低通和带通滤波,并对两者在不同时间尺度上的滤波分量进行时滞相关分析,结果发现只是在2-4年的时间尺度上两者相关最为密切,并以降水滞后海温4-5月的正相关最为显著。     

东亚夏季风雨带和西太平洋副高季节变化的耦合特征

利用NCEP／NCAR数据集中1950～1999年4～9月500hPa位势高度和逐日降水率(PRATE)资料，通过奇异值分解，主要探讨了东亚夏季风雨带与西太平洋副高季节移动的耦合关系。分析发现，模态方差的大小只反映模态对整个分析时段和整个分析区域贡献的大小，但对某些时段、某些区域来说，方差较小模态的贡献很大；因而仅以模态方差贡献的大小来判定模态的重要性是不完全的，只有多个模态的配合才能比较全面地揭示两个场的耦合特征。结果表明：东亚夏季风雨带在不同地区的跳跃对应着西太平洋副高的三次突变，不同模态对三次突变有不同的贡献。