Impact of Kuroshio Extension dipole mode variability on the North Pacific storm track

利用1993年1月至2015年12月的海表面高度异常资料引入黑潮延伸体偶极子模态指数(KED模指数),发现KED模存在正位相(南正北负偶极子模态)和负位相(南负北正偶极子模态)之间的年代际变化,并对海洋锋和北太平洋风暴轴产生影响。研究结果显示,黑潮延伸体北侧海洋锋和延伸体海洋锋都与KED模存在很好的相关关系。在黑潮延伸体北侧海洋锋区域,KED负模态下海洋锋的强度增强,延伸体区域海洋锋则相反。另外在KED负模态下,风暴轴会减弱北移,与风暴轴有关的西风也在风暴轴下游区域北移。进一步分析得到KED模态的转换可以改变海洋锋的强度从而改变上空经向热量通量,进而影响风暴轴。     

黑潮延伸体中尺度涡年代际变化与北太平洋风暴轴变化之间的关系

利用18年带通滤波的卫星高度计资料,通过引入黑潮延伸体中尺度涡能量(EKE)的面积指数,分析了黑潮延伸体中尺度涡EKE的强度和位置的年代际变化特征,并使用回归分析等方法分析了它们与北太平洋风暴轴之间的关系。结果表明,黑潮延伸体中尺度涡增强与北太平洋风暴轴的增强相对应,而EKE位置偏北(南)时对应的北太平洋风暴轴也偏北(南),同时当EKE的位置偏东(偏西)时北太平洋风暴轴则西退(东移)。此外,北太平洋风暴轴的变化对黑潮延伸体也可能有一定的反馈作用,黑潮延伸体中尺度涡EKE强度的变化与北太平洋风暴轴EOF第一和第三个模态(第二个模态)回归的海表面高度距平模态有明显的3~4年滞后的正(负)相关,而黑潮延伸体中尺度涡EKE位置的变化则相反。这种滞后相关可能是通过北太平洋风暴轴驱动的遥相关型环流改变海表面风应力旋度并强迫出的海表面高度距平的西传导致的。     

春季北太平洋风暴轴的年际与年代际变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用20世纪大气再分析资料和欧洲中心海温资料研究了春季西北太平洋风暴轴的年（代）际变化特征以及在不同年代际背景下风暴轴与太平洋海温关系的转变。结果表明,春季西北太平洋风暴轴主要存在两种空间变化模态,即反映其强度变化的第1模态和反映其南北位置变化的第2模态。年代际及以上时间尺度上,风暴轴强度、位置与太平洋海温的关系主要表现为大气对海洋的强迫作用。在不同年代际背景下,风暴轴与太平洋海温的关系则存在明显的年代际转变：1977年以后,风暴轴强度与太平洋海温的关系主要表现为大气对海洋的强迫作用,而在1977年之前则主要表现为海洋对大气的强迫作用,特别是同期冬季日本以东黑潮和黑潮延伸区海温异常的强迫作用;风暴轴南北位置与太平洋海温异常的关系,在1977年以后表现为大气对海洋的强迫作用,主要表现为对北太平洋中部海温的影响,但在1977年以前表现为海洋和大气的共同作用,风暴轴南北位置的变化还与同期的赤道中东太平洋海温异常有关,表明ENSO可能对风暴轴的位置变化存在影响。     

冬季黑潮延伸体海区海洋锋强度变化及其与北太平洋风暴轴的关系

利用英国哈德莱中心（Hadley Center）1949~2014年表层海温资料,将黑潮延伸体海区海温经向梯度的大值区域的平均值定义为黑潮延伸体及其北部海洋锋强度指数（KEFI）,利用数据分析方法研究了各季节KEFI的变化特征及其与北太平洋风暴轴的关系。分析表明,各季节的KEFI存在明显的年际和年代际变化特征,同时在冬季与北太平洋瞬时方差有显著正相关,两者在风暴轴主体位置的相关性最为显著,并且这种相关性在KEFI超前一个月时就所显现,同时对后期风暴轴也有一定影响,即冬季黑潮延伸体海区海洋锋的强度会影响风暴轴区域瞬时方差的变化。之后主要分析了这种影响的可能机制,发现在冬季KEFI高值年,由于海洋锋两侧的热量输送差异更加明显,导致海洋锋附近的近表面气温经向梯度增强,维持了近表面的斜压性,促进涡动热量的向极输送和海洋锋南侧的向上输送,有利于瞬时涡旋的发展。另外大尺度环流场与冬季黑潮延伸体海洋锋也有关系,具体表现为,在海洋锋强年,阿留申低压加深,副热带高压略有加强,对应的对流层低层位势高度场在40°N以北有负变高,以南有正变高,同时高空极锋急流加强,副热带西风急流减弱加宽北抬,海洋锋偏弱年的变化则相反。因此,冬季黑潮延伸体及其北部的海洋锋主要通过两侧海表热量输送差异不断产生气温梯度,进而维持斜压性以促进上层风暴轴的发展。     

夏季东亚高空急流与太平洋-日本遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR和NOAA月平均资料,采用奇异值分解方法分析了夏季东亚高空纬向风场和西北太平洋海表温度(SST)的耦合关系,并据此研究了东亚副热带高空急流和太平洋-日本(Pacific-Japan,PJ)遥相关型的可能联系。合成分析结果表明,东亚副热带高空急流正模态年,急流偏南偏强,对流层上层南亚高压增强东进,中层西太平洋副热带高压加强西伸,菲律宾周边海域SST升高,中纬度黑潮延伸体区SST降低,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动偏弱,日本海和黑潮延伸体海区对流活动增强,对应PJ遥相关型的负位相;而东亚副热带高空急流负模态年,急流偏北偏弱,对流层上层南亚高压减弱西退,中层西太平洋副热带高压减弱东撤,菲律宾周边SST降低,中纬度黑潮延伸体区SST升高,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动强盛,日本海和黑潮延伸体海区对流活动减弱,对应PJ遥相关型的正位相。由于夏季东亚副热带高空急流活动与PJ遥相关型存在关联,PJ遥相关型可能是东亚副热带高空急流响应太平洋海温异常的纽带。     

夏季东亚西风急流与陕西降水的关系

定义了西风急流位置指数和强度指数,利用NCEP/NCAR1948—2006年全球再分析风场资料,分析6、7、8月和夏季平均东亚西风急流的气候变化特征,并探讨夏季逐月东亚西风急流异常与陕西降水的关系。分析表明:6—8月西风急流位置显著北抬,位置和强度都存在着显著的年际、年代际变化特征。夏季陕西降水多少与东亚西风急流月际变化密切相关。6月急流轴北侧西风加强、南侧西风减弱,急流位置较常年偏北,有利陕西降水偏多;而7-8月及夏季表现为陕西降水偏多时,东亚西风急流位置偏南。     

冬季黑潮延伸体区域海表温度锋对北太平洋风暴轴的影响

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和NCEP/NCAR的逐日大气再分析资料,分析了冬季黑潮延伸体区域海表温度锋的变化及其对北太平洋风暴轴的影响。结果表明,冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和纬度位置既存在年际变化,也存在年代际变化,且强度和位置的变化是相互独立的。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度的年际变化对北太平洋风暴轴没有显著的影响,而其年代际变化则对北太平洋风暴轴具有非常显著的影响,当冬季海表温度锋偏强时,大气斜压性在鄂霍次克海及阿拉斯加附近区域上空增强,而在海表温度锋下游至东太平洋区域上空显著减弱,平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换在45°N以北的太平洋区域上空有所增多,而在30°-45°N的太平洋区域上空有所减少,涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换在35°N以北的西太平洋区域以及45°N以北的东太平洋区域都显著增加,而仅在其南部边缘存在东西带状的减弱区域,导致40°N以北海区北太平洋风暴轴增强,40°N以南海区北太平洋风暴轴减弱,冬季海表温度锋偏弱时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋纬度位置的变化对北太平洋风暴轴也存在较显著的影响,当海表温度锋位置偏北时,在其下游45°N以南的太平洋区域上空大气斜压性减弱,45°N以南的中东太平洋区域上空区域平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都减少;而在45°N以北的太平洋区域上空大气斜压性增强,在阿拉斯加湾附近上空尤其显著,在黑潮延伸体区域附近以及45°N以北的中东太平洋上空平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都显著增加,导致北太平洋风暴轴在其气候平均态轴线两侧呈现北正南负的偶极子形态;海表温度锋位置偏南时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和位置的变化均对北太平洋风暴轴具有显著的影响,其具体的物理机制还需要进一步的研究。      

两类ENSO背景下黑潮及其延伸区海温异常对东北夏季降水的影响：个例对比

利用中国160站月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了在2009/2010年中部型El Ni?o和1997/1998年东部型El Ni?o背景下,黑潮及其延伸区海温异常对东北地区降水的影响。结果表明：东亚沿岸自南向北异常“反气旋-气旋-反气旋”环流的偏移是导致这两年东北夏季降水不同的关键。2010年这一异常环流型比1998年整体偏东偏北,使得太平洋副热带高压、中纬度西风槽以及东北亚阻塞形势也偏东偏北,造成冷暖空气交汇于东北南部,降水西南多而西北少;1998年异常气旋中心位于松-嫩流域,强烈的辐合上升运动配合偏强的水汽输送,降水表现为区域性增强。观测与数值试验结果表明两类El Ni?o事件中黑潮及其延伸区异常海温的差异是形成东亚沿岸异常环流位置偏移的主要原因：(1) 受2009/2010年中部型El Ni?o的异常下沉气流比1997/1998年偏北的影响,前者异常暖海温位于黑潮延伸区,后者位于黑潮区;(2)2010年夏季黑潮延伸区的异常暖海温通过加强Rossby波活动使得东亚高空西风急流北进东扩至日本以北,1998年黑潮区暖延伸区冷的海温分布使得急流偏南、偏弱,对应急流南北两侧的异常反气旋、气旋也随之偏北,东北亚阻塞随之偏北偏东。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.     

黑潮延伸体区域海表温度锋的季节变化对北太平洋风暴轴的影响

利用NOAA最优插值逐日海表温度(SST)资料和NCEP/NCAR的逐日大气再分析资料,本文分析了黑潮延伸体区域海表温度锋的变化对北太平洋风暴轴的影响。结果表明,黑潮延伸体区域海表温度锋位置的季节变化很弱,而其强度的变化则非常显著,北太平洋风暴轴强度与海表温度锋强度具有一致的协同变化。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度最强,增强了其上空大气的斜压性,从平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换以及从涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换均在黑潮延伸体区域显著增加,斜压涡旋在此区域生成更加频繁,在随西风向下游运动过程中不断从背景平均流中获得能量,从而导致北太平洋风暴轴增强,且将其中心轴线固定在黑潮延伸体区域上空,而夏季黑潮延伸体区域海表温度锋强度非常弱,其上空大气斜压性减弱,从平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换以及从涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换均显著减少,斜压涡旋在此区域生成减少,导致北太平洋风暴轴减弱,且中心移至太平洋中部,位置偏北。     

冬季太平洋SST异常对风暴轴和急流的影响

利用观测资料分析了冬季太平洋表温度异常对风暴轴和急流的影响。结果表明：在冬季黑潮区域正ＳＳＴ异常进,风暴轴和急流均明显北移,并且风暴辆的强度在入口区显著增强,急流核的中心强度却变化不大;而在冬季赤道中,东太平洋地区正ＳＳＴ异常时,风暴轴和急流主要向东南方向明显扩展,强度也在太平洋中东部显著增强,但急流核的中心强度同样变化不大。     

冬季北极涛动异常对北太平洋风暴轴的可能影响

基于美国国家海洋和大气局气候预测中心公报的北极涛动（Arctic Oscillation,AO）指数逐月数据以及美国国家环境预报中心和大气研究中心的1986—2017年逐日再分析资料等,运用回归和合成分析等方法,分析了北极涛动与北太平洋地区风暴轴的时间演变特征、两者之间的联系及AO异常影响风暴轴的可能机制。结果表明：1）风暴轴经度指数与纬度指数有显著正相关性,两者具有同步变化的特征,而这两者与风暴轴强度指数都呈负相关,但不显著。AO指数与北太平洋风暴轴强度呈显著正相关,且AO指数与风暴轴经度、纬度指数也呈正相关,但并不显著。2）在北极涛动强正（负）位相年份,风暴轴区域天气尺度滤波方差强（弱）、500 hPa高度场上东亚大槽减弱（加深）、急流偏北偏强（偏南偏弱）、扰动动能增强（减弱）、斜压性增强（减弱）。可能影响机制是,异常变化的AO影响东亚大槽,改变急流强度,使斜压性发生变化,进而对风暴轴产生影响。     

THE INFLUENCES OF SSTA OVER KUROSHIO AND ITS EXTENSION ON RAINFALL IN NORTHEAST CHINA UNDER THE BACKGROUND OF TWO DIFFERENT EL NIO CASES

By using the gauged rainfall in 160 stations within mainland China and the NCEP/NCAR reanalysis data, the impacts of anomalous SST in Kuroshio and its extension on precipitation in Northeast China were investigated. The results show that a difference in the meridional circulation such as the East Asia/Pacific teleconnection pattern(EAP)may be responsible for the difference in rainfall between 1998 and 2010. In comparison with 1998, the anomalous meridional circulation pattern in 2010 shifted northeastward, and then the western subtropical high, the mid-latitudinal trough and the northeastern Asia blocking high also shifted northeastward, causing intensified convergence of the cold and warm air masses at the southern region and thus more rainfall in the southwestern region and less in the northwestern region. In 1998, the anomalous cyclone, one component of the meridional pattern, located at the Songhuajiang-Nengjiang River basin, resulted in more rainfall in the majority of the area. The results of observation and the model show that the difference in SSTA in Kuroshio and its extension under the background of different El Ni觡o events is the key point:(1) The anomalous warmth moved westward from the mid-Pacific to the east of the Philippine Sea during the central event, which led the heat resources shifting to the northeast in 2010; subsequently, a shift occurred to the north of the anomalous ascent and decent, followed by a warm SSTA in the region of Kuroshio's extension in 2010 and Kuroshio in 1998.(2) The warm SSTA in the Kuroshio extension causing the Rossby wave activity flux strengthened in 2010, and then the westerly jet shifted northward and extended eastward. A warm SSTA in Kuroshio and cold SSTA in its extension in 1998 caused the westerly jet to shift southward and weaken. As a result,the anomalous anticyclone and cyclone shifted northward in 2010, and the blocking high also shifted northward.     

冬季北太平洋风暴轴的年代际变化特征及其可能影响机制

利用1958-2002年的ERA-40再分析资料,用谐波变换和EOF方法分析了冬季北太平洋风暴轴在年代际时间尺度上的变化特征,并通过回归分析的方法初步探讨了风暴轴年代际变化的可能影响机制.结果表明,在年代际时间尺度上,北太平洋风暴轴有两种主要模态,第1模态是风暴轴在其气候平均位置增强或减弱的主体一致变化型,其年代际变化受到上游涡旋强迫的影响,北大西洋强(弱)的涡旋活动,使得冬季北太平洋西风急流减弱(增强)、变宽(窄)、北抬(南压),同期北太平洋风暴轴活动偏强(弱),黑潮延续体区海表温度有偏暖(冷)的响应;第2模态是风暴轴中东部在气候平均位置南北两侧振荡的经向异常型,与太平洋年代际振荡(PDO)循环的暖(冷)位相相联系,下垫面海温非绝热加热的作用,激发加强(减弱)大气中类太平洋/北美遥相关型(PNA)的响应,引起大气斜压性异常偏南(北),使得风暴轴整体南压(北抬),且中东部向东南(北)方向移动.因此,冬季北太平洋风暴轴的年代际变化不仅是局地波-流相互作用的结果,还应考虑上游涡旋活动和海温热力强迫的作用.     

The dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of the East Asian circulation

In this paper, the dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of atmospheric circulation over East Asia are analyzed by using the function of Rossby-wave source and the energy exchanging function be-tween divergent component and rotational component of the flow.The results analyzed from the observed data show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the monsoon rainfall in the south to the Yangtze River and the strong convective activities around the Philippines may play an important role in the northward jump of westerly jet stream during the seasonal transition from spring circulation to summer circulation over East Asia. Due to the northward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over the Yellow River basin and Northwest China and will cause the intensification of the zonal flow there. Thus, the jet stream abruptly shifts northward to North China.Moreover, the analysed results also show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the strong convective activities around the Philippines also plays an important role in the intraseasonal varia-bility of the circulation over East Asia during the seasonal transition from summer to winter. With the southward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over East Asia, especially over the Yangtze-Huaihe River basin. Therefore, the jet stream gradually moves southward from North China to the Yangtze River basin.     

夏季逐月东亚高空西风急流经向偏移与热带中、东太平洋海温的关联

Previous studies have shown that meridional displacement of the East Asian upper-tropospheric jet stream (EAJS) dominates interannual variability of the EAJS in the summer months. This study investigates the tropical Pacific sea surface temperature (SST) anomalies associated with meridional displacement of the monthly EAJS during the summer. The meridional displacement of the EAJS in June is significantly associated with the tropical central Pacific SST anomaly in the winter of previous years, while displacements in July and August are related to tropical eastern Pacific SST anomalies in the late spring and concurrent summer. The EAJS tends to shift southward in the following June (July and August) corresponding to a warm SST anomaly in the central (eastern) Pacific in the winter (late spring-summer). The westerly anomaly south of the Asian jet stream is a result of tropical central Pacific warm SST anomaly-related warming in the tropical troposphere, which is proposed as a possible reason for southward displacement of the EAJS in June. The late spring-summer warm SST anomaly in the tropical eastern Pacific, however, may be linked to southward displacement of the EAJS in July and August through a meridional teleconnection over the western North Pacific (WNP) and East Asia.