夏季厄尔尼诺-Modoki和东部型ENSO海表温度异常分布型特征及其与海洋性大陆区域气候异常的联系

2007年,Ashok等揭示了赤道太平洋区域存在一种三极型分布海表温度异常并称之为厄尔尼诺-Modoki,同时定义了相应的海表温度异常指数EMI（记为I_EM）。在此基础上,利用英国哈得来中心逐月海表温度资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析数据集、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐月降水资料（CMAP）,通过在太平洋海表温度异常中扣除厄尔尼诺-Modoki信号后,在Nino1+2区域上定义了东太平洋型海表温度异常指数EPNI（I_EPN）。据此,由I_EPN和I_EM可构成描述热带太平洋海表温度异常变化的一对指数。分析了两个指数相应的海气状态及对海洋性大陆区域气候异常的影响。结果表明,厄尔尼诺-Modoki和东太平洋型海表温度异常及其影响存在显著差异。在北半球夏季,当I_EM处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“负-正-负”的结构,海洋性大陆大部分区域海表温度异常为负,此时对流层低层太平洋地区辐合,海洋性大陆地区辐散,对流层高层太平洋地区辐散,海洋性大陆地区辐合。对应于辐合辐散中心,存在着自赤道中太平洋分别向赤道东太平洋和海洋性大陆中东部地区的异常垂直环流圈,同时也存在自海洋性大陆西部向印度洋西部的垂直环流。大气在海洋性大陆区域北部加热,南部冷却;在太平洋地区西部加热而东部冷却;在海洋性大陆区域10°N以南降水偏少,而10°N以北降水偏多。当I_EPN处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“西负东正”分布型,海洋性大陆区域海表温度异常呈现“西正东负”分布,对流层低层海洋性大陆地区辐散中心范围偏大、位置偏东、强度偏强,太平洋地区辐合中心范围偏小、位置偏东,热带环流异常在垂直方向上呈斜压结构,海洋性大陆区域北部大气加热而南部冷却,太平洋地区大气均呈加热正异常,海洋性大陆大部分区域降水均偏少,赤道太平洋降水偏多。以上这些结果有利于深刻理解热带太平洋海表温度异常的特征及其对海洋性大陆区域气候的影响。      

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

An Abrupt Change in Tropospheric Temperature Gradient and Moisture Transport Over East Asia in the Late 1990s

ABSTRACT

Previous studies have shown that the recent summer climate (precipitation in particular) over East Asia is varying significantly. Here we extend the study to April, May, and June (AMJ) or the seasonal transition period associated with the onset of the summer monsoon. It is found that the average 1000–400?hPa AMJ tropospheric temperature (TT) experienced a sudden change at the end of the twentieth century. The change has a dipolar modal structure, with one pole over countries in Central Asia (Pakistan, Afghanistan, Uzbekistan, Kazakhstan, Kyrgyzstan, and Tajikistan.) and the other over the Tibetan Plateau. The difference in the TT between the centres of the two poles (?TT), which characterizes the zonal gradient of the TT over Asia, has seen a significant reduction since 1999. The causal relations of ?TT with the local circulation, outgoing longwave radiation (OLR), surface shortwave flux (SSWF), precipitation, etc. have been investigated using a newly developed rigorous causality analysis, which unambiguously reveals a one-way causality from ?TT to each of OLR, SSWF, and precipitation.     

热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是：全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.     

“丝绸之路”模态与东亚夏季环流的关系分析

基于1979—2015年ERA-Interim再分析资料,分析了夏季"丝绸之路"(the Silk Road,即SR)模态与东亚地区大气环流之间的联系,结果表明:在SR模态正异常年,200 hPa亚洲急流在东亚地区比较弯曲,在中国新疆和环渤海地区500 hPa上分别有一个高度脊和一个高度槽,在蒙古国、中国内蒙古以及日本以东500 hPa上有显著的位势高度正异常,风场异常与高度场配合较好。在对流层中低层的中国北方,有明显的下沉气流,在中国内蒙古、蒙古国以及日本以东,出现位涡负异常,而在朝鲜半岛附近,则有位涡正异常出现。中国环渤海地区降水偏少,而日本大部分地区降水偏多。在SR模态负异常年,200 hPa急流相对平直且更强,500 hPa的波列特征比正异常年更加显著,在中国内蒙古和蒙古国、朝鲜半岛、日本以东分别有"-、+、-"分布的位势高度场异常。与正异常年相比,位于东亚135°E附近的正异常中心变得显著,在该异常中心的西侧和东侧分别有上升和下沉异常气流,对应在朝鲜半岛和中国东北附近有较大的位涡负异常。在环渤海、朝鲜半岛南部和日本、日本以东洋面上,降水分别出现偏多、偏少和偏多现象。     

Study of Aerosol Direct and Indirect Effects and Auto-conversion Processes over the West African Monsoon Region Using a Regional Climate Model

This study assesses the direct and indirect effects of natural and anthropogenic aerosols(e.g., black carbon and sulfate)over West and Central Africa during the West African monsoon(WAM) period(June–July–August). We investigate the impacts of aerosols on the amount of cloudiness, the influences on the precipitation efficiency of clouds, and the associated radiative forcing(direct and indirect). Our study includes the implementation of three new formulations of auto-conversion parameterization [namely, the Beheng(BH), Tripoli and Cotton(TC) and Liu and Daum(R6) schemes] in Reg CM4.4.1,besides the default model's auto-conversion scheme(Kessler). Among the new schemes, BH reduces the precipitation wet bias by more than 50% over West Africa and achieves a bias reduction of around 25% over Central Africa. Results from detailed sensitivity experiments suggest a significant path forward in terms of addressing the long-standing issue of the characteristic wet bias in Reg CM. In terms of aerosol-induced radiative forcing, the impact of the various schemes is found to vary considerably(ranging from-5 to-25 W m~(-2)).     

Cloud Condensation Nuclei over the Bay of Bengal during the Indian Summer Monsoon

The first measurements of cloud condensation nuclei(CCN) at five supersaturations were carried out onboard the research vessel "Sagar Kanya"(cruise SK-296) from the south to the head-bay of the Bay of Bengal as part of the Continental Tropical Convergence Zone(CTCZ) Project during the Indian summer monsoon of 2012. In this paper, we assess the diurnal variation in CCN distributions at supersaturations from 0.2% to 1%(in steps of 0.2%) and the power-law fit at supersaturation of 1%.The diurnal pattern shows peaks in CCN concentration(NCCN) at supersaturations from 0.2% to 1% between 0600 and 0700 LST(local standard time, UTC+0530), with relatively low concentrations between 1200 and 1400 LST, followed by a peak at around 1800 LST. The power-law fit for the CCN distribution at different supersaturation levels relates the empirical exponent(k) of supersaturation(%) and the NCCNat a supersaturation of 1%. The NCCNat a supersaturation of 0.4% is observed to vary from 702 cm~(-3) to 1289 cm~(-3), with a mean of 961 ± 161 cm~(-3)(95% confidence interval), representing the CCN activity of marine air masses. Whereas, the mean NCCNof 1628 ± 193 cm~(-3) at a supersaturation of 1% is higher than anticipated for the marine background. When the number of CCN spectra is 1293, the value of k is 0.57 ± 0.03(99% confidence interval)and its probability distribution shows cumulative counts significant at k ≈ 0.55 ± 0.25. The results are found to be better at representing the features of the marine environment(103 cm~(-3) and k ≈ 0.5) and useful for validating CCN closure studies for Indian sea regions.     

夏季厄尔尼诺-Modoki和东部型ENSO海表温度异常分布型特征及其与海洋性大陆区域气候异常的联系

2007年,Ashok等揭示了赤道太平洋区域存在一种三极型分布海表温度异常并称之为厄尔尼诺-Modoki,同时定义了相应的海表温度异常指数EMI（记为I_EM）。在此基础上,利用英国哈得来中心逐月海表温度资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析数据集、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐月降水资料（CMAP）,通过在太平洋海表温度异常中扣除厄尔尼诺-Modoki信号后,在Nino1+2区域上定义了东太平洋型海表温度异常指数EPNI（I_EPN）。据此,由I_EPN和I_EM可构成描述热带太平洋海表温度异常变化的一对指数。分析了两个指数相应的海气状态及对海洋性大陆区域气候异常的影响。结果表明,厄尔尼诺-Modoki和东太平洋型海表温度异常及其影响存在显著差异。在北半球夏季,当I_EM处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“负-正-负”的结构,海洋性大陆大部分区域海表温度异常为负,此时对流层低层太平洋地区辐合,海洋性大陆地区辐散,对流层高层太平洋地区辐散,海洋性大陆地区辐合。对应于辐合辐散中心,存在着自赤道中太平洋分别向赤道东太平洋和海洋性大陆中东部地区的异常垂直环流圈,同时也存在自海洋性大陆西部向印度洋西部的垂直环流。大气在海洋性大陆区域北部加热,南部冷却;在太平洋地区西部加热而东部冷却;在海洋性大陆区域10°N以南降水偏少,而10°N以北降水偏多。当I_EPN处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“西负东正”分布型,海洋性大陆区域海表温度异常呈现“西正东负”分布,对流层低层海洋性大陆地区辐散中心范围偏大、位置偏东、强度偏强,太平洋地区辐合中心范围偏小、位置偏东,热带环流异常在垂直方向上呈斜压结构,海洋性大陆区域北部大气加热而南部冷却,太平洋地区大气均呈加热正异常,海洋性大陆大部分区域降水均偏少,赤道太平洋降水偏多。以上这些结果有利于深刻理解热带太平洋海表温度异常的特征及其对海洋性大陆区域气候的影响。     

夏季黄河流域降水气候特征及其与大气环流的关系

本文基于1958—2015年夏季黄河流域55个观测站降水量和NCEP/NCAR再分析1高度场等资料,使用MannKendall突变检验、合成分析和Monte Carlo检验等气候统计方法,分析了黄河流域58年夏季降水量的气候变化特征,以及导致其变化的大气环流成因。58年期间,黄河流域夏季降水量总体呈减少趋势,尤其在河套北部有显著性减少趋势,其主要原因是欧亚中高纬度等压面升高、西风带减弱所致;1975年和1996年是黄河流域夏季降水的两个明显年代际气候变化转折点,在1958—1975年期间,黄河流域夏季降水量年际变化大,异常偏多和偏少年出现频次较高,期间欧亚中高纬度及其以南包括黄河流域地区高度场偏低,主要受高空低压系统和较强冷空气影响;在1976—1995年期间,黄河流域大部降水偏多,其主要环流成因为乌拉尔山阻塞高压发展、贝加尔湖到东北亚一带受负高度距平控制高空槽加深,同时,来自南方的暖湿气流输送增强;到1996—2015年最近20年间,乌拉尔山北部环流高度场偏低、里海至贝加尔湖再到东北亚一带高度场一致偏高,黄河流域一带西风带强度和冷空气势力均较弱,流域受高压影响导致大部区域降水偏少。不同时期黄河各流域段降水量与中高纬度阻塞高压以及与西北太平洋副热带高压的相关关系分析进一步说明了上述结论。     

基于时空统计降尺度的淮河流域夏季分月降水概率预测

针对淮河流域水资源短缺、洪涝、干旱并存的问题,基于国家气候中心第二代季节气候模式的集合回报数据集(1991—2014年),建立时空相结合的统计降尺度模型,提前1—3个月预测该流域夏季分月降水,应用ROC(relative operating characteristics)评分评估比较了不同集合预测方案的预测技巧。交叉检验结果表明,样本数取18、20、22、28时,集合预测方案对3、4、5月三个起报时次预测的夏季各月降水技巧预测均高于模式预测技巧。2015—2017年的独立样本检验进一步表明该统计降尺度模型能够明显降低3月、5月起报的6月和8月的降水预测偏差。认为可尝试将该降尺度方法应用于淮河流域夏季降水预测及进一步的流域水文预测。