1998～1999 年间负位相印度洋偶极子事件的长波动力机制研究

使用美国海洋环境预报中心(NCEP)逐日的表面风场和热通量强迫的大洋环流模式(LICOM)研究了1998~1999年负位相印度洋偶极子(IOD)事件期间赤道印度洋环流长波动力机制的年际变化.模式能够很好地模拟出高度计资料的海面高度异常.使用垂直模分解方法对模式输出进行赤道波分解,结果表明:西边界反射在负位相IOD事件发生、发展和衰亡过程中起了重要作用.虽然西边界反射在正、负位相IOD期间均起到了重要的负反馈作用,但两者的来源机制却是不同的.在1998~1999年负位相IOD 事件期间,西边界处产生的两个上翻的开尔文波均来自赤道罗斯贝波在西边界处的反射.第一个上翻的开尔文波主要在西印度洋和中印度洋发生作用,由于受到西风异常强迫的下沉的开尔文波的影响,它并没有成功到达东印度洋,但是却一定程度上削弱了中东印度洋的下沉异常;而第二个上翻开尔文波成功到达东爪哇沿岸终止了那里的下沉异常,最终终止了负位相IOD事件.首次从赤道长波动力学角度解释了1998~1999年负位相IOD事件的结束机制,有利于进一步了解IOD对印度洋周边气候甚至太平洋的影响.     

一个简单的印-太海气耦合模式

本文基于一层半海洋模式和SVD(Singular Value Decomposition)大气模式构建了一个简单的海气耦合模式, 引入热通量的作用, 分析ENSO影响热带印度洋地区的动力学和热力学耦合过程。其中, 使用统计大气模式, 由给定的SST(Sea Surface Temperature)异常得到风应力异常, 进而驱动海洋环流反馈给SST, 完成海气的动力耦合; 使用块体经验公式由SST异常和风场异常计算热通量异常, 直接作用于SST, 实现海气的热力学耦合。动力耦合实验揭示, 太平洋第一EOF(Empirical Orthogonal Functions) 模态与观测基本吻合。并且模拟Ni?o 3指数存在两年左右的谱峰周期。这说明, 海气动力学耦合是ENSO生成的主要因素。热力耦合的加入是为了考察ENSO影响热带印度洋的热力学效应。同时考虑动力和热力耦合的实验结果表明, 热带太平洋暖异常中心更加接近观测值, 热带印度洋出现海盆尺度海温正异常。这意味着热带太平洋的ENSO信号通过海气界面的热量交换实现对热带印度洋地区的遥强迫, 导致印度洋海盆尺度增暖。     

Modulation of interannual variability of tropical cyclone activity over Southeast Indian Ocean by negative IOD phase

Tropical cyclones (TCs) over Southeast Indian Ocean (SEIO) have the notable interannual variability caused by ENSO and Indian Ocean Dipole (IOD). In the September–November of El Niño and October–November of positive IOD (PIOD), SEIO TCs is far less than its climatology. However, it is hard to separately understand El Niño and PIOD's impact on SEIO TCs due to their similar occurrence time and time scale. Unlike El Niño and PIOD, SEIO TCs is remarkably more than its climatology only in September–November of negative IOD (NIOD) instead of La Niña. Consequently, it is concluded NIOD mainly affects SEIO TCs’ increase. Diagnose results suggest the relative humidity (RH) contributes mostly to the TCs’ increase, vertical wind shear provides the secondary positive contribution, vorticity term also makes a weak positive contribution and PI term's contribution even may be negligible. The study still uncovers the process of RH change: NIOD reaches its peak period and changes atmosphere circulation to make a positive low-level vorticity anomaly over SEIO. Vorticity anomaly strengthens upward motion. The vertical velocity anomaly and climatogical specific humidity (SH) work together to make vertical advection play a dominant role in SH variation. SH's change mainly reflects in RH variation. Eventually, all of these associates with NIOD lead to more SEIO TCs in September–November and the significance of difference is above 99%.     

耦合模式对印度洋偶极子的模拟研究

利用一个海洋-大气-陆面系统耦合模式,模拟分析了热带印度洋的季节和年际气候变化特征。该模式很好地模拟出热带印度洋区域的季节变化特征,对热带印度洋强的局地年际耦合信号-偶极子模拟也比较成功,模拟结果与已有的观测分析以及高分辨率耦合模式模拟结果接近。     

几种统计模型对热带印度洋海温异常的预报

本文利用神经网络模型、多元线性回归模型和马尔科夫模型分别建立了统计预报模型,对热带印度洋海表温度异常(SSTA)和印度洋偶极子(IOD)指数进行了63 a的长时间回报实验,并详细比较了线性和非线性统计预报模型的差异。结果表明:统计模型对IOD指数的预报技巧和现有动力模式预报技巧相差不大,对偶极子指数(DMI)有效预报时效为3个月,东极子指数(EIO)为5～6个月,西极子指数(WIO)达到8～9个月。IOD事件强烈的季节锁相特性使得对秋季的DMI指数可以提前4个月做出有效预报。加入同期的ENSO指数来预报IOD指数,能有效地提高IOD预报技巧,特别是对IOD峰值的预报。复杂的神经网络模型和简单的多元线性回归模型在对SSTA和IOD指数的预报具有同等的效果。     

热带印度洋-太平洋海温主模态对中国南部秋季降水异常的影响

基于HadISST逐月海温数据,对热带印度洋-太平洋海区海温场主模态及其组合进行了研究。结果表明：三种类型的El Niño事件中,东部型（EP）和对称中部型（CPⅠ）发展年,热带印度洋东部及海洋性大陆降水为负异常,印-太海区Walker环流减弱,赤道印度洋为东风异常,根据Bjerknes反馈,东印度洋海温负异常,易形成正位相印度洋偶极子（Positive Indian Ocean Dipole,PIOD）事件;而非对称中部型（CPⅡ）与印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole,IOD）事件无相关性。进一步对印-太海区海温场主模态及其组合与中国南部秋季降水异常的关系进行分析发现,独立EP型、独立CPⅠ型、EP与PIOD组合型及CPⅠ与PIOD组合型四种模态下,在赤道印度洋及热带太平洋暖湿气流的作用下,中国东南部秋季降水呈正异常,其中独立EP型、独立CPⅠ型和CPⅠ与PIOD组合型对中国东南部的局地水汽净输入以自西向东的纬向贡献为主,而EP与PIOD组合型由于西太平洋副热带高压的异常西伸,水汽沿副高西南边缘向北输送进入中国东南部,对中国东南部的局地水汽净输入以经向贡献为主。CPⅡ型El Niño事件发展年,中国南部大部分地区秋季降水异常偏少;独立PIOD事件发展年,中国西南部地区秋季降水表现为正异常,而东南部呈负异常。     

印度洋偶极子向海盆一致模转变的年代际变化及其成因

利用3种百年时间尺度的海温资料,探讨了印度洋偶极子(India Ocean Dipole, IOD)向海盆一致模(Indian Ocean Basin, IOB)年际转变的年代际变化,结果发现1940—1970年几乎不存在这一转变现象,1970年以后该现象则十分显著。研究表明,IOD与ENSO之间海气耦合作用的年代际变化是这一转变现象的主要原因,1940—1970年IOD与ENSO之间发生发展相互独立,而1970年以后联系密切。通过进一步对物理量场的诊断分析,揭示了其中主要的动力机理：1970年以前,热带印度洋上空形成的季风环流异常无法与热带太平洋的沃克环流异常进行耦合,IOD事件发生时无法与热带太平洋产生联系。反之,1970年以后,热带两大洋上空两个纬圈环流异常之间耦合作用强烈,正(负)IOD事件发生时,通过海气相互作用,促进El Ni1o(La Ni1a)发展,印度洋又会受到来自ENSO的正反馈作用。因此这种“齿轮式”耦合模型能一直持续到冬季和次年春季,热带印度洋上空持续受到东(西)风异常的影响和低层环流的引导,西印度洋有次表层暖水的流入(出),加上印度洋本身海盆尺度较小,西边的暖...     

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。     

Statistical Evidence for Asymmetry in ENSO–IOD Interactions

The interaction between the El Niño–Southern Oscillation (ENSO) and the Indian Ocean Dipole (IOD) has been noted in many previous studies. However, the interaction is often presumed to exist in a robust manner. This paper questions this assumption and looks for statistical evidence for the robust existence of the ENSO–IOD interaction rather than chance co-occurrences. Consistent definitions of ENSO and IOD events were developed so that ENSO and IOD events identified are comparable in nature, strength, persistence, and time of occurrence during the year, relative to their natural variability. We applied a combinatorial probability test to the probability tables of ENSO and IOD events to test for robustness of our results and those computed from two published works. Our findings show that there is an asymmetry in the interaction between ENSO and IOD. The interaction between El Niño (EN) and the positive and negative phases of the IOD (pIOD and nIOD, respectively) is more robust, enhancing the EN–pIOD co-occurrence and suppressing the EN–nIOD co-occurrence. On the other hand, the interaction between La Niña (LN) and either phase of the IOD cannot be said to exist with the same robustness; the interaction suppresses LN–pIOD co-occurrence, but the occurrence of LN–nIOD might be coincidental. Further research is needed to determine the cause and mechanisms for the asymmetry in the interaction between LN and pIOD/nIOD.     

亚洲夏季风环流结构与热带印度洋偶极型海温异常

使用T42L28大气环流模式就夏季风时期大气对印度洋海温偶极子型异常的响应进行了数值试验研究,结果表明,印度洋偶极子型海温异常可以引起感热和潜热加热异常并进而形成异常辐合辐散,导致热带印度洋及其邻近地区夏季降水异常。同时此热带扰动可激发或造成中纬度异常波列。通过改变季风区温度场分布,偶极子型海温强迫可以影响大气的正／斜压环流结构和斜压性强弱。强的纬向风垂直切变趋向于靠近海洋异常偏暖的地区。不论是正偶极子型强迫或负偶极子型强迫,西太平洋暖池和东亚地区的大气环流均出现异常并激发出中纬度的异常波列,但异常类型并未显著反相。