近百年全球平均地面气温准周期信号及其长期演变特征的分析

应用奇异谱分析(SSA)方法,对全球及南北半球近100多年(1856～1997年)逐月地面气温距平序列的年际变化准周期性进行诊断分析,结果表明,全球平均气温序列中以准5～6年和准4年周期振荡最显著,其次是准两年周期振荡.各种准周期振荡年代际演变特征及其变率的阶段性,不但表现在振幅上,而且其波数亦很明显.上述特征在全球、南北半球都各有明显的差异.奇异交叉谱分析(SCSA)表明,全球平均地面气温的年际振荡与气候系统中其他各子系统所隐含的准周期信号具有各种耦合关系,尤其表现在与Nino区海温或南方涛动指数中的准周期信号的耦合关系上.     

对流层顶气压与气温的年(代)际变率研究:冬季特征

利用NCEP／NCAR再分析月平均对流层顶气压、气温资料，研究了1979-2002年冬季全球对流层顶气压、气温的年际和年代际变率。选取了冬季对流层项变率最大的区域来定义气压指数、气温指数。通过分析得到：（1）全球对流层项气压、气温随纬度的增加而增高，但在整个热带地区和高纬度地区对流层顶气压、气温的分布较均匀。在分析时段内全球平均的对流层顶气压呈下降趋势，气温呈降低趋势。这些从全球资料得到的结果支持了已有的从部分探空资料所得到的结果。（2）对流层顶变率最大值出现在北半球的副热带地区，最小值出现在低纬度地区。气压指数和气温指数显示出准13a及准3～6a的周期。在1992年以前准3a的周期变化较强，1989年后准6a较强，显示出年际变化的年代际差异。对流层项气压与对流层顶气温在全球大部分地区都呈显著正相关，但在热带和副极地的部分地区相关较弱。对流层顶气压与对流层平均气温在全球大部分地区都呈显著负相关，但在极地地区有正相关关系，显示了对流层顶与对流层内部变化关系的复杂性。     

全球海气系统年际和年代际变化的时空特征分析

本文利用从1950－1998年共计49年的马里兰（Maryland）大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料，分析了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征，结果表明：1）全球上层海洋年际变化的主要模态是位于热带太平洋的ENSO模态，海洋年代际变化的最显著区域为南半球高纬度及中纬度海洋特别是赤道以外区域的热带东太平洋和大西洋；2）全球大气年际和年代际变化都主要位于中高纬度地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生热带海洋上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前者主要表现为大气的内部（浑沌）变化，而后者主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在70年代前后，均一致性地经历了一次跃变，其结果是导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸、及非洲西海岸等海域海表面温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部和格陵兰岛区域气温具有变冷的趋势，而南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

HHT新技术及其对ENSO的诊断

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一。通过对近百年Nino3区月平均海面温度（SST）资料做HHT多时间尺度分析，结果表明：SST的变化包含了7个不同时间尺度的准周期振荡和一个世纪尺度的气候态，SST的主周期发生了一次显著的变化：1891-1943年主周期是准2a，1944-2002年的主周期是3～4a；分析不同模态对ENSO事件的作用表明：3～4a和6～8a分量决定了ENSO事件发生，具有相位锁定的作用，而其余尺度上的分量起着振幅和持续时间的调制作用；近百年来，冷、暖气候态变化对ENSO的冷、暖事件的影响并不显著；一些研究认为的1977年以来的“暖态有利于ENSO暖事件发生”的主要原因是：准18～20a、40a和平均气候态三个时间尺度振荡的共同作用在1977-2002年期间呈强暖相位的缘故。自20世纪90年代末期，这三个尺度的共同作用在暖相位的振幅显著的减弱，对ENSO暖事件的影响可能会减小，这在ENSO的预报中应该引起注意。     

全球海洋大气耦合环流模式中的ENSO特征对气候背景态改变的敏感性

文中利用一个高分辨率全球海-气耦合环流模式设计两组长期积分试验,揭示了在不同气候背景态下热带太平洋年际变化特征及模式ENSO循环控制机理的差异。通过分析海表温度、上层海洋热容量和低层风场异常的年际变化特征及其和赤道中东太平洋海表温度异常的关系,揭示了基于不同气候背景场的ENSO循环的不同演变过程。结果表明:ENSO年际变率特征(包括振幅、频率等)对气候背景态相当敏感,在不同的背景场下ENSO循环的控制模态可以明显不同。试验表明,当热带太平洋东冷西暖的背景热力梯度接近多年气候平均时,模式ENSO循环表现为所谓的“时滞振子”模态控制,而随着东西向背景热力梯度显著减小,ENSO循环则可以表现为驻波模态控制。研究结果为认识年代际背景变化影响年际ENSO循环的机理提供了一种启示。     

全球增暖对ENSO影响的数值模拟研究

利用日本东京大学气候系统研究所、日本环境研究所和日本地球环境研究中心联合开发的海气耦合模式MIROC3.2，研究了全球变暖对ENSO年际变率的影响。该模式较好地模拟了ENSO循环的不同阶段表层和次表层海水温度变化，海表温度最大振幅出现在120°W以东，与观测一致，表明模式可以较好反映热带地区大气、海洋的动力、热力特征。研究还比较了控制试验和CO2浓度年增长1%的瞬时试验，结果表明，在全球变暖的大环境下ENSO事件发生频率没有显著变化，但ENSO事件强度增大，年际变率变大；热带太平洋呈现整体增暖趋势，表层温度尤其是热带中太平洋地区温度升高显著。敏感性分析表明，年际ENSO变率的振幅增大的主要贡献来自于海洋。海水增温导致热带太平洋海温垂直梯度增大，在热带西太平洋海温垂直温度梯度变化最为明显；次表层海温对单位大气风应力变化的响应大于表层海温响应。当这种响应与热带太平洋赤道地区径向温度梯度变化的共同作用导致温室效应下ENSO振幅增大。     

近百年来热带太平洋海温年际及年代际时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一 ,通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现 ,2 0世纪 50年代以来的海温升高及频繁发生的 ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变 ,同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

1976/1977年前后热带印度洋海表温度年际异常的变化

基于1948～2005年NCEP/NCAR（美国大气研究中心/环境预测中心）再分析资料,讨论了1976/1977年前后的年代际气候变化对热带印度洋海表温度（SST）年际变率特征的影响,结果表明:在气候变化前后,ENSO都能导致热带印度洋SSTA（海表面温度异常）出现全海盆同号的变化,这种模态在冬季最强;气候变化前与变化后相比,该模态对该地区海温年际变率的方差贡献大22.1%, 达到最强的时间早2个月。气候变化前,秋季热带印度洋SSTA的主导年际变率模态表现为全海盆同号,变化后则表现为“偶极子模态”（IODM）。导致上述SSTA特征变化的重要原因,是气候变化前后印度洋风场对ENSO的响应不同。在气候变化前,与ENSO相关联的热带印度洋东风异常首先在夏季出现,而变化后则首先在春季出现,并且有一反气旋性环流异常维持在热带东南印度洋。     

基于慢特征分析方法研究陆地表面气温变率的驱动力

慢特征分析（SFA）方法可以从非平稳时间序列中提取出慢变的外强迫信息。近年来,SFA方法被应用于气候变化研究领域,用于探究气候变化的潜在驱动力及相关的动力学机制。本文基于SFA方法,提取全球陆地表面气温（LSAT）的慢变外强迫信息,研究全球LSAT慢变驱动力的空间结构特征及低频变率的主要驱动因子。SFA方法提取的LSAT慢变驱动力与历史时期全球辐射强迫（GRF）和全球海表温度（SST）的主模态（大西洋多年代际振荡AMO、热带太平洋ENSO变率和太平洋年代际振荡PDO）有显著的相关关系,表明全球大部分地区LSAT的变率受到GRF和三个SST模态的显著影响。GRF对LSAT变率的影响有全球一致性的特征,而三个SST模态对LSAT变率的影响则呈现出明显的区域特点。此外,由于SFA方法可以有效降低原始LSAT序列中随机噪声的干扰,GRF和SST模态对LSAT变率的解释方差显著提高,进一步表明GRF和SST模态是全球LSAT低频变率主要的驱动因子。最后,利用历史海温驱动AGCM试验（即AMIP试验）的结果,验证了三个SST模态对区域LSAT变率的显著影响。     

华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征

应用奇异谱（SSA）方法分析了华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征，结果表明，华北地区月降水序列的年际振荡信号较强，占总方差的44．7％，显著振荡周期分别有17个月（准1～2a）、30个月（准2～3a）、60个月（准5a）和11个月（准1a），不同分区降水的准周期振荡信号各有差异。各种准周期振荡随时间的长期演变亦很明显且各不相同。奇异交叉谱（SCSA）诊断表明，华北地区降水的年际振荡与Nino区海温的准周期信号存在着显著的耦合关系，且这种耦合关系随时间是变化的，表现出耦合振荡强度的阶段性变化和耦合位相随时间的改变。各分区降水与不同Nino区海温的显著耦合周期信号及其随时间的长期演变各具特色，体现了华北地区降水对Nino区海温异常响应的复杂性。     

The characteristics of 30–60 day oscillation and its relations to the interannual oscillations

The characteristics of 30-60 day oscillation (hereafter called LFO ) of the outgoing longwave radiation data (OLR) and its relations to the interannual oscillations of the sea surface temperature (SST) are investigated by using the daily OLR data for the period from January, 1979 to December, 1987 and the corresponding monthly SST data. II is found that the LFO the band the interannual oscillations of the SST monthly anomaly (SSTA) interact each oth-er and they all relate to the occurrence and development of El Nino events closely. Before El Nino event happens, it contributes to the SST’s warming up and to the SST’s quasi-biennial oscillation (called QBO for brevity) and three and half years oscillation (called SO for short) being in warm water phase in the equatorial central and eastern Pacific (ECP and EEP) that the LFO in the equatorial western Pacific (EWP) enhances and propagates eastward; When El Nino event takes place, the LFO, SSTA and SSTA’s QBO and SO in the EEP interact and strengthen each other; But the warmer SST and the SSTA’s QBO and SO in the warm water phase in the EEP contribute to the LFO's weak-ening in the equatorial Pacific. Moreover, these contribute to the SST in the EEP becoming cold and the SSTA’s QBO and SO in the EWP being in cold water phase and then impel the El Nino event to end.     

大气季节内振荡：其全球同步性及其与ENSO的关系

利用美国国家环境预报中心和大气研究中心的大气再分析资料，分析研究了大气季节内振荡的年际变化及其与ＥＮＳＯ的关系。揭示了全球不同纬度带之间存在着的大气季节内振荡年际变化的同步性，以及大气季节内振荡与海温和大气向外长波辐射之关系的复杂性。我们还发现大气季节内振荡与Ｎｉｎｏ３指数的关系存在年代际尺度的变化，即，这种关系有时强时弱的现象。     

Factors that affect the amplitude of El Nino in global coupled climate models

Historically, El Nino-like events simulated in global coupled climate models have had reduced amplitude compared to observations. Here, El Nino-like phenomena are compared in ten sensitivity experiments using two recent global coupled models. These models have various combinations of horizontal and vertical ocean resolution, ocean physics, and atmospheric model resolution. It is demonstrated that the lower the value of the ocean background vertical diffusivity, the greater the amplitude of El Nino variability which is related primarily to a sharper equatorial thermocline. Among models with low background vertical diffusivity, stronger equatorial zonal wind stress is associated with relatively higher amplitude El Nino variability along with more realistic east–west sea surface temperature (SST) gradient along the equator. The SST seasonal cycle in the eastern tropical Pacific has too much of a semiannual component with a double intertropical convergence zone (ITCZ) in all experiments, and thus does not affect, nor is it affected by, the amplitude of El Nino variability. Systematic errors affecting the spatial variability of El Nino in the experiments are characterized by the eastern equatorial Pacific cold tongue regime extending too far westward into the warm pool. The time scales of interannual variability (as represented by time series of Nino3 SSTs) show significant power in the 3–4 year ENSO band and 2–2.5 year tropospheric biennial oscillation (TBO) band in the model experiments. The TBO periods in the models agree well with the observations, while the ENSO periods are near the short end of the range of 3–6 years observed during the period 1950–94. The close association between interannual variability of equatorial eastern Pacific SSTs and large-scale SST patterns is represented by significant correlations between Nino3 time series and the PC time series of the first EOFs of near-global SSTs in the models and observations. Received: 17 April 2000 / Accepted: 17 August 2000     

广西近百年气温和降水序列的多时间尺度分析

对广西近百年平均气温及降水量变化进行了多时间尺度的层次结构研究,并与Nino3区的海温距平进行奇异交叉谱分析。结果表明：平均气温有较强上升趋势并伴有明显的准两年周期振荡;降水则呈下降趋势,主要周期为32 a左右及准两年振荡。1884至1910年代初,广西处于干冷期;1910年代初至1930年前后,处于湿冷期;1930年前后至1950年代后期,处于湿暖期;1950年代后期至1990年代前期,处于干暖期。ENSO事件3~7 a的周期对广西平均气温及降水影响显著,赤道太平洋海温变化对广西气温的影响主要表现在年代际变化上,对降水的影响主要体现在年际变化上。     

EVOLUTIONAL FEATURES OF INTERANNUAL LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS AND THEIR RELATION TO THE OCCURRENCE OF EL NINO

A simplified data set with 8°×8° grid system in a region of 32°S-32°N from 1951 to 1979 for the elements of sea surface temperature (SST),zonal wind at sea level (U),sea level pressure (SLP) and total cloud amount (CA) is made from the COADS.The oscillation components with periods of 2 years (QBO),3.5 years (SO) and 5.5 years (FYO) in interannual low-frequency oscillations have been studied by using the methods of extended EOF (EEOF) and lag comelation analysis with the oscillational components of SST in the equator of eastern Pacific as the reference element.In our paper,the relationship between oscillation components and occumence of El Nino is also investigated.     

NINO区SST与SOI的耦合振荡信号及其预测试验

应用奇异交叉谱（ＳＣＳＡ）分析方法,提取Ｎｉｎｏ 海区各区的平均海温（ＳＳＴ）和南方涛动指数（ＳＯＩ）之间的耦合振荡信号,由此描述其年际和年代际的时变特征。基于ＳＣＳＡ,重建耦合振荡分量序列（ＲＣＣＳ）,并与回归分析相结合,对Ｎｉｎｏ 各海区平均的ＳＳＴ月际序列作短期气候预测试验。结果表明,各海区ＳＳＴ与ＳＯＩ的显著耦合振荡周期各有特色,其年际或１０ 年际变化不尽相同,从而构成了ＥＮＳＯ信号在时空演变型态上的复杂性。ＳＣＳＡ基础上的回归预报模型的预报技巧绝大部分优于ＳＳＡ－ＡＲ预报模型,实际预报试验证明效果优良     

CLIMATIC FEATURES OF SEA TEMPERATURE OF WARM POOL AND RELATIONSHIP WITH SST OF ITS ADJACENT REGIONS*

In this paper,climatic features of sea temperature of western Pacific warm pool and the relationship with sea surface temperature (SST) of its adjacent regions are analyzed based on the observed sea temperature on vertical cross section along 137°E in western Pacific,the monthly mean SST of Xisha Station in South China Sea and the global monthly mean SST with resolution of 1°×1° (U.K./GISST2.2).The results indicate that (1) in a sense of correlation.SST of western Pacific warm pool can represent its sea subsurface temperature from surface to 200 m-depth level in winter,and it can only represent sea temperature from surface to 70 m depth in summer.The sea subsurface temperature anomaly of warm pool may be more suitable for representing thermal regime of western Pacific warm pool.The sea subsurface temperature of warm pool has a characteristic of quasi-biennial oscillation.(2)Warm pool and Kuroshio current are subject to different ocean current systems (3)Furthermore,the relationship between SST of Xisha Station and SST of warm pool has a characteristic of negative correlation in winter and positive correlation in summer,and a better lag negative correlation of SST of Xisha Station with sea subsurface temperature of warm pool exists.(4)Additionally,oscillation structure of sea temperature like "a seesaw" exists in between warm pool and Regions Nino3 and Nino4.January (June) maximum (minimum) sea subsurface temperature anomaly of warm pool may serve as a strong signal that indicates maturity phase (development phase) of La Nina (El Nino) event,it also acts as a strong signal which reveals variations of SST of Regions Nino3 and Nino4.     

长江梅雨的长期变率与海洋的关系及其可预报性研究

采用最新发布的梅雨国家标准资料,以长江区域梅雨为代表,在分析区域梅雨的多时间尺度变化特征的基础上,从海洋外强迫影响因子角度探讨了梅雨的可预报性来源,进一步综合海洋背景变率和预测模型回报试验讨论梅雨异常的可预报性。结果表明:（1）长江梅雨呈现周期为3-4、6-8、12-16、32、64 a的多时间尺度变化分量和长期减少趋势。其中,3-4 a准周期变化是梅雨异常变化的主要分量。梅雨的干湿位相转变受12-16 a的准周期变化调制,极端涝年易出现在12-16 a准周期变化湿位相和3-4 a变化分量峰值位相叠加的情况。（2）长江梅雨的各准周期变化分量有不同的海洋外强迫背景,是梅雨可预报性的重要来源。与时间尺度较短的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,而与时间尺度较长的年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度。3-4 a准周期变化分量的海洋外强迫强信号随季节变化由前冬的ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）转为春末夏初的印度洋偶极子（IOD）。6-8和12-16 a年准周期变化分量的海洋强迫关键区主要位于太平洋。准32和准64 a周期振荡则受北太平洋多年代际变化（PDO）和北大西洋多年代际变化（AMO）的共同影响。梅雨的长期变化趋势则与全球变暖背景及以PDO为代表的年代际海洋外强迫因子相联系。（3）尽管梅雨异常与ENSO的正相关关系呈现减弱趋势,但20世纪70年代以后的梅雨异常年际变化分量的可预报性有所增大。（4）将梅雨各变化分量作为预测对象分别建模,进一步构建梅雨异常预测统计模型。采用该模型对近5年梅雨预测进行独立样本检验,有较好的回报效果,验证了梅雨异常年际分量可预报性的稳定性以及基于多时间尺度分离建立梅雨预测模型的优越性。      

Distinguished Effects of Interannual Salinity Variability on the Development of the Central-Pacific El Nino Events

El Nio events in the central equatorial Pacific (CP) are gaining increased attention,due to their increasing intensity within the global warming context.Various physical processes have been identified in the climate system that can be responsible for the modulation of El Nio,especially the effects of interannual salinity variability.In this work,a comprehensive data analysis is performed to illustrate the effects of interannual salinity variability using surface and subsurface salinity fields from the Met Office ENSEMBLES (EN3) quality controlled ocean dataset.It is demonstrated that during the developing phase of an El Nio event,a negative sea surface salinity (SSS) anomaly in the western-central basin acts to freshen the mixed layer (ML),decrease oceanic density in the upper ocean,and stabilize the upper layers.These related oceanic processes tend to reduce the vertical mixing and entrainment of subsurface water at the base of the ML,which further enhances the warm sea surface temperature (SST) anomalies associated with the El Nio event.However,the effects of interannually variable salinity are much more significant during the CP-El Nio than during the eastern Pacific (EP) El Nio,indicating that the salinity effect might be an important contributor to the development of CP-El Nio events.     

近百年全球平均气温年际变率中的QBO长期变化特征

应用奇异谱分析(SSA)方法和奇异交叉谱分析(SCSA)方法，对全球及南北半球近100多年(1856～1997年)逐月地面气温距平序列中的准两年周期振荡(QBO)的长期演变特征进行诊断分析。结果表明:全球平均气温序列蕴含显著的QBO分量，它们与全球气候系统中其他各个子系统所隐含的QBO信号具有各种耦合对应关系，尤其突出地表现在Nino区海温和以SLP序列为代表的全球大气环流系统中QBO信号的耦合对应关系上。而平均气温的QBO的年代际特征及其变率的阶段性，不但表现在振幅上，而且其位相亦很明显。上述特征在全球、两半球具有明显的差异。