ENSO循环与低纬度大气的正压和斜压运动

利用一个２层海洋模式和ＧＩＳＳＴ资料、ＮＣＥＰ再分析资料,对大气正压／斜压运动与ＥＳＮＯ循环之间的联系进行了研究。结果表明,在赤道中、东太平洋地区,大气斜压模在ＥＮＳＯ时间尺度上的变化位相略超前于正压模的变化,正压模的变化位相超前于ＳＳＴＡ变化,ＳＳＴＡ变化位相超前斜压模的变化位相。斜压纬向风异常与ＳＳＴＡ具有正相关关系（西太平洋西部相反）;正压模则与Ｎｉｎｏ３区海温异常有负相关关系（西太平洋西部     

ENSO发生前与发展初期赤道西太平洋西风异常的爆发问题

利用 NCEP/NCAR再分析资料 ,通过对 El Nino与 La Nina发生前与发展初期低层风场的合成分析 ,发现在赤道中东太平洋增暖当年的春季与夏季 ,赤道西太平洋存在两次显著的西风局地 ( 1 40°E～ 1 80 )增强过程。其原因并不仅仅在于印度洋的西风异常东移 ,更在于南北半球的经向风在该地区强烈辐合 ,造成局地气压梯度增强 ,促进西风加强并向东爆发 ;同时由于地球自转效应的作用 ,来自北半球的东北风到达赤道附近后转西北风 ,南半球的东南风转西南风 ,直接加强了西风的强度。对比分析南北半球经向风的作用表明 ,南半球东南风的强度与位置更稳定 ,对赤道西风两次增幅过程的贡献更大。这支南半球的经向气流来自高纬极区 ,与中高纬度气压场异常有直接的关系。     

The Combined Effect of Initial Error and Model Error on ENSO Prediction Uncertainty Generated by the Zebiak-Cane Model

Initial errors and model errors are the source of prediction errors. In this study, the authors compute the conditional nonlinear optimal perturbation （CNOP）-type initial errors and nonlinear forcing singular vector （NFSV）- type tendency errors of the Zebiak-Cane model with respect to El Nifio events and analyze their combined effect on the prediction errors for E1 Nino events. The CNOP- type initial error （NFSV-type tendency error） represents the initial errors （model errors） that have the largest effect on prediction uncertainties for E1 Nifio events under the perfect model （perfect initial conditions） scenario. How- ever, when the CNOP-type initial errors and the NFSV- type tendency errors are simultaneously considered in the model, the prediction errors caused by them are not am- plified as the authors expected. Specifically, the predic- tion errors caused by the combined mode of CNOP-type initial errors and NFSV-type tendency errors are a little larger than those caused by the NFSV-type tendency er- rors. This fact emphasizes a need to investigate the opti- mal combined mode of initial errors and tendency errors that cause the largest prediction error for E1 Nifio events.     

ENSO事件中纬向异常流反向与东西侧边界反射的联系

建立一个中等复杂程度的海-气耦合模式研究东、西边界反射,纬向平流项-u′(δ)(T+T′)/(δ)x在ENSO循环位相转换中的作用及东、西边界反射与纬向异常流(u′) 符号改变的关系.结果得到:u′超前Nio3区SSTA位相转变的原因是东、西边界反射造成的.Sverdrup 平衡时所产生的地转流(ur)与东、西边界反射所产生的地转流(ur)的方向在大部分时间里是相反的,同时ur与风应力强迫之间大约有9个月的滞后时间(Kelvin波从180°E出发经东边界反射产生的Rossby波到达180°E时间).在模式ENSO事件消亡过程中的某一时刻以后,边界反射产生的调整过程变为主要过程,u′主要由ur来决定,这样就造成了u′的反向先于Nio区SSTA的反向.它实际上是海洋的调整过程与风应力强迫之间滞后关系的一种反映.敏感性数值试验表明,取消东边界反射,耦合模式能够模拟ENSO循环,但其周期比控制试验的周期短一年(3年).取消-u′(δ)(T+T′)/(δ)x,耦合模式能够模拟ENSO循环,但其周期比控制试验的周期长2年(6年).     

ENSO动力学与预测

发生在热带太平洋地区的ENSO现象是海气相互作用的集中表现,是年际气候变化中的最强信号.由于它的发生会在全球许多地区引起严重的气候异常,极大地影响着这些地区的工农业生产和人民生活,因此,对ENSO的机理及其预测的研究一直是大气海洋界的一个热点研究课题.中国科学院大气物理研究所在ENSO的机理及其预测等方面进行了大量的研究,取得了许多研究成果.作者将对中国科学院大气物理研究所在这方面的一些研究成果进行回顾和介绍.     

1948-2000年ENSO事件与全球陆地年降水量的关系

用最新创建的全球陆地月降水资料(PREC／L)，研究了1948—2000年期间的ENSO事件与全球陆地年降水量的关系。对合成分析的结果进行了蒙特卡罗模拟检验。结果表明，暖事件年全球陆地年降水量大范围减少。显著地区是：赤道西太平洋区、中国华北、赤道中美洲区、孟加拉湾北部及尼泊尔、东澳大利亚区、印度西部及巴基斯坦南部、勒拿河以东地区、西欧及南极的威尔克斯等区域。在暖事件年，陆地年降水量增加地区不多，主要是南美的智利和阿根廷、东非索马里、肯尼亚和坦桑尼亚、中东的土耳其、伊拉克及伊朗、北非的利比亚和阿尔及利亚、西南非的纳米比亚及非洲南部的博茨瓦纳和津巴布韦。统计检验表明，暖事件年全球陆地年降水量减少面积比降水量增加面积要大，而且更为显著。研究还指出，ENSO的年代际变化对上述地区降水的年代际变化影响不明显。但是，80年代以后的暖事件对东澳大利亚干旱、中国华北干旱的影响比80年代前的影响要大。     

THE CONTRASTS BETWEEN STRONG AND WEAK MJO ACTIVITY OVER THE EQUATORIAL WESTERN PACIFIC IN WINTER

This paper investigates the contrasts between strong and weak Madden-Julian Oscillation (MJO) activity over the equatorial western Pacific during winter using the NCEP reanalysis data. It is shown that the MJO over the equatorial western Pacific in winter shows significant interannual and interdecadal variabilities. During the winters with strong MJO activity, an anomalous cyclonic circulation lies east of the Philippines, strong anomalous easterlies control the equatorial eastern Pacific, and anomalous westerlies extend from the Indian Ocean to the western Pacific in the lower troposphere, which strengthens the convergence and convection over the equatorial western Pacific. The moisture convergence in the lower troposphere is also enhanced over the western Pacific, which is favorable to the activity of MJO. Eastward propagation is a significant feature of the MJO, though there is some westward propagation. The space-time spectral power and center period of the MJO are higher during strong MJO activity winters. The anomalous activity of MJO is closely related to the sea surface temperature (SST) and East Asian winter monsoon (EAWM). During strong MJO activity winters, there are positive/negative anomalies at high/low latitudes in both sea level pressure and 500 hPa geopotential height, and the temperature is lower over the central part of the Chinese mainland, which indicates a strong EAWM. China experiences more rainfall between the Yellow and Yangtze Rivers, but less rainfall south of the Yangtze River. The SSTA is negative near the Taiwan Island due to the impact of strong EAWM and shows a La Ni?a pattern anomaly over the eastern Pacific. During the weak MJO activity winters, the situation is reversed.     

南海大气季节内振荡特征及其与ENSO循环的关系

采用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,简称OLR)及扩展重建海表面温度资料,对南海大气季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,简称ISO)特征及其与ENSO循环的关系进行了诊断分析。结果表明:1)南海大气ISO的30~60 d周期在5—10月均显著。一般年南海大气ISO的对流传播在纬向上存在东传和西传,在经向上具有南北半球季节性摆动的特征。以低频动能表征的南海大气ISO强度年代际变化特征明显,近31 a来趋势增强,年变化呈单峰结构,峰值在7—8月。2)南海大气ISO的对流与ENSO循环显著相关,其强度在El Nio(La Nia)年减弱(增强)。与一般年对比,南海大气ISO对流在El Nio和La Nia年均表现为西传减弱、北传显著。北传特征表现为强对流活跃带于春季(4—5月)北跳至北半球(在La Nia年最北可至35°N),但在北半球的传播方向与一般年相比存在显著差异。3)南海大气ISO强度与ENSO循环关系密切,在El Nio(La Nia)年减弱(增强),两者表现为约半年(6~8个月)的滞后相关。Nio3区海表面温度异常序列与南海大气ISO强度的相关在中西太平洋地区和El Nio成熟前的春、秋季最显著,同时相关中心伴随低频动能高值区东移。     

一次降水相态转换过程中温度垂直结构特征分析

2012年11月3-5日华北地区出现了该年度的第一次大范围雨雪天气过程,各地区依次都出现了雨转雪的复杂天气,这给预报带来了较大的难度。一直以来,冬季降水相态类型的预报都是国内外气象预报的难题之一,而温度的垂直结构特征是影响最终降水类型的关键因素之一。利用常规地面观测资料、NCEP再分析资料及中尺度数值模式WRF对此次雨雪天气过程中的温度垂直结构演变特征以及相态转变对温度垂直结构的作用等几个方面进行了分析讨论。结果表明:(1)在发生雨转雪过程中,温度递减率会持续减小,并最终会在低层形成一个上下一致的均温层,同时还伴有浅薄逆温层的产生;(2)降水相态类型严重依赖于温度的垂直结构,温度垂直结构的细微改变将决定最终到达地面的降水类型,因此,相关层次的厚度差可以成为判别降水相态类型的重要指标;(3)在降水类型由雨转雪的过程中,由于相关层次的融化作用,伴随着相态的变化温度垂直结构会发生一定程度的改变。     

Effect of Stochastic MJO Forcing on ENSO Predictability

Within the frame of the Zebiak-Cane model,the impact of the uncertainties of the Madden-Julian Oscillation(MJO) on ENSO predictability was studied using a parameterized stochastic representation of intraseasonal forcing.The results show that the uncertainties of MJO have little effect on the maximum prediction error for ENSO events caused by conditional nonlinear optimal perturbation(CNOP);compared to CNOP-type initial error,the model error caused by the uncertainties of MJO led to a smaller prediction uncertainty of ENSO,and its influence over the ENSO predictability was not significant.This result suggests that the initial error might be the main error source that produces uncertainty in ENSO prediction,which could provide a theoretical foundation for the data assimilation of the ENSO forecast.