Principal Modes of Summertime Zonal-Mean Flow and Their Connections with the AO and ENSO

The NCEP/NCAR reanalysis data have been employed to diagnose variations of the zonal mean flow in boreal summer. Two leading EOF modes are found to dominate the spatial and temporal changes of the summertime zonal mean winds in the troposphere. EOF1 shows the distribution of zonal-mean flow anomalies with higher variance in the North Polar Region, whereas the EOF2 shows the distribution of zonal-mean flow anomalies with higher variance in tropical and extra-tropical regions. The EOF1 and EOF2 have respectively the periodicities similar to those of AO and ENSO. Significant lag correlations have been found between EOF1 and ENSO, and between EOF2 and AO, in the seasons including spring, autumn, and winter. However, no significant correlations have been found between EOF1 in summer and ENSO in any other seasons, and between EOF2 in summer and AO in other seasons, no matter how big the lag that represents number of seasons has been set. These results suggest that the principal modes of summertime zonal mean flow could be statistically separated from each other. Hence, EOF1 and EOF2 are physically related to the AO and ENSO respectively. A theory called quasi-geostrophic non-acceleration theorem has been used to partly explain the possible mechanisms of the maintenance of the two principal modes. The composite differences of the divergence of Eliassen-Palm flux （E-P flux） between positive and negative years as obtained from the time series of EOF1 and EOF2 display the distributions that contribute to the zonal mean wind anomalies represented by EOF1 and EOF2, respectively. The planetary other than the synoptic waves dominate the behaviors of the E-P fluxes, suggesting the crucial role of the planetary waves in the maintenance of the zonal mean flow anomalies. The residual circulation as well as the friction, which cancel the divergence of the E-P flux, also play an important role in some places. These results are very helpful for our better understanding how the anomalous zonal mean flows maintain and how the ENSO and AO influence the global climate variations.     

西太平洋暖池纬向变异及其对ENSO的影响

基于SODA再分析资料以及SST、JEDAC和TAO观测资料,利用加权平均法建立了具有良好代表性的暖池整体暖水的纬向运移指标序列,并利用Morlet小波变换等分析方法,研究了暖池的纬向变异特征及其对ENSO的影响。结果表明,暖池具有明显的年际(2—7年)和年代际(10—16年)纬向变异,并在1976年前后经历了一次由弱到强的气候跃变。暖池内部的暖水大致可以50m为界分为上、下两部分,其上半部分的纬向变异幅度非常大,而其下半部分的纬向变异幅度则相对较小。但两者具有很一致的年际、年代际变化趋势。暖池的年代际纬向变异对赤道中太平洋纬向风应力和纬向流有较好的响应,而且对赤道西太平洋上层热含量变化有较大影响。相关和合成分析表明,暖池的东扩、西缩对ENSO暖(El Nio)、冷(La Nia)事件的形成和发展具有直接的影响,而且暖池的异常东扩对El Nio有增强作用。     

准地转理论在低纬高原冬季暴雨中的应用

2003年1月4～5日云南发生的罕见的冬季暴雨是一次西风带大尺度斜压系统发展过程.利用T213模式计算的物理量场对暴雨过程进行了天气动力学诊断分析发现：暴雨发生机制可以用准地转运动理论得以很好地解释,为今后云南冬半年暴雨预报提供一些新的启示和参考依据.     

一种震前超低频密度——应力波

地震发生前天文时纬残差观测数据出现异常,得到了不同天文台观测结果的证实。另外,两种与地震相关的物理量震前地下深部物质视电阻率变化和断层活动矩变化,其物理机制的解释以及与后续地震的关联方式和天文时纬残差有很多共性。而且,这3类观测现象与后续地震的关联方式与国外学者提出的热力学弹性回跳模型符合得很好。本文基于现有观测证据和理论模型的一致性,提出地震前在地层构造中存在一种来自孕震区域的超低频密度—应力波。     

海拉尔盆地伊敏凹陷煤层气成藏条件及成藏模式

为明确海拉尔盆地伊敏凹陷中低煤阶煤层气成藏富集条件,研究主力煤组的煤岩煤质、厚度、埋深、煤储层物性、含气性、顶板封盖性,以及水文地质条件,类比国内外中低煤阶成熟勘探区成藏地质条件,综合构造、煤储层分布、含气性、保存条件和水文地质条件,建立煤层气成藏模式,提出勘探选区建议。结果表明:伊敏凹陷西南部和中南部主力煤组(16号煤组、27号煤组)煤层厚度大,埋深适中,储层物性较好,顶板封闭性强,水文地质条件处于缓流区,适合煤层气富集成藏;研究区成藏条件与国内外中低煤阶成熟勘探区对比具有一定相似性,具备良好煤层气富集成藏基础,建立断层—地层封盖型热成因气和缓坡带晚期生物气型或混合型两种成藏模式,且前者优于后者;五牧场等地埋藏较深的大磨拐河组为煤层气勘探首选目标区,西南部埋藏较浅的大磨拐河组和伊敏组为煤层气勘探的第二选择。     

新疆冬季气温年际异常的主模态及其成因分析

基于新疆1961—2016年89个观测站冬季平均气温经验正交分解的空间模态,讨论了与各空间模态及其相联系的北半球中高纬度环流特征,结果表明：新疆冬季平均气温的年际异常空间模态分为全区一致类、南北反相类、东西反相类,根据这三类空间模态的正负位相不同分别分为一致偏冷型、一致偏暖型、北冷南暖型、北暖南冷型、东冷西暖型和东暖西冷型等6个空间分布型。新疆冬季平均气温各空间分布型的环流影响因子既表现了极地和中纬度环流相互作用,也有纬圈方向的波列传播的影响。当北半球中纬度西风偏弱,中高纬度环流经向度加大,乌拉尔山地区的高压脊发展和东亚大槽偏深,50°N以南为负高度距平,新疆冬季平均气温一致偏低;反之则一致偏高。北冷南暖型在40°N以北的区域与一致偏冷型的环流特征基本类似,但在中亚至新疆40°N偏南的区域位势高度偏高;北暖南冷型出现时,乌拉尔山负高度距平和东亚大槽偏弱,新疆上空为浅脊控制,新疆南部受脊后的浅槽影响。东冷西暖型和东暖西冷型区别在于中纬度的500 hPa正高度距平中心的位置和700 hPa气流方向。北极涛动（AO）、区域西风指数、乌拉尔山关键区因子、欧亚纬向环流指数、西藏高原-1指数、西藏高原-2指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数(SCA)、亚洲区极涡面积指数等8个气候指数都对新疆冬季平均气温产生了重要的影响。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。     

岁差驱动的全新世热带太平洋—印度洋水汽输送

大洋内部蒸发、水汽输送和降水过程构成了全球水文循环的主体,但长久以来对全新世大洋内部水文循环的演变历史和驱动机制缺乏认识。利用全球热带海区98个站位混合层浮游有孔虫壳体的δ¹⁸O和Mg/Ca温度记录,计算了全新世以来表层海水δ¹⁸O以及海水剩余δ¹⁸O的波动历史。发现最显著的特征是全新世以来热带西太平洋和东印度洋表层海水剩余δ¹⁸O具有不同的变化趋势。早—中全新世时期(11.5～6.0 ka BP),热带西太平洋表层海水剩余δ¹⁸O比东印度洋偏重约0.2‰,而晚全新世(2.0～0 ka BP),两个海区的重建值几乎相同。结合同位素数值模拟结果,发现岁差通过一系列机制控制了两个大洋不同的剩余δ¹⁸O变化信号。早全新世较低的岁差值可以驱动西太平洋往印度洋的大气水汽净输送并降低印度洋降水同位素,同时强盛的南亚季风通过河流体系向孟加拉湾倾注了大量陆地冲淡水。这些机制都有利于东印度洋海水剩余δ¹⁸O出现相对负偏移信号。但较低的岁差值导致开放的西...