El Ni?o事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971～2000年逐月SODA (Simple Ocean Data Assimilation) 同化资料（Carton等，2004）、1980～2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料（Kalnay等，1996）探讨中部型（暖海水首先出现在120°W以西）和东部型（暖海水首先出现在120°W以东）El Ni?o事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出:（1）中部型和东部型El Ni?o事件发生时，太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象，但中部型El Ni?o事件西风应力距平强度强，造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区，这类El Ni?o事件强度偏强。（2）中部型El Ni?o事件，赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播，辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻，西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。（3）东部型El Ni?o事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区，东太平洋暖水形成与局地（120°W以东）辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关；东部型El Ni?o事件暖池次表层的暖水，不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区，而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区， 再由西风漂流平流到东太平洋。     

El Ni?o影响热带大气季节内振荡的动力学研究

根据El Ni?o期间热带大气状态的异常特征，确定了在简单大气动力模式中描写海温异常的参数化方法。然后利用斜压半地转两层模式从动力学上分析研究了El Ni?o对热带大气低频波的影响。理论分析同有关热带大气季节内振荡的资料分析结果完全一致，El Ni?o事件使热带大气季节内振荡减弱。     

不同空间型的El Ni?o对江淮流域夏季降水的影响

利用江淮流域1979—2010年夏季降水资料和海温资料等,研究了不同空间型的El Ni?o对江淮流域夏季降水的影响。结果表明,El Ni?o年江淮流域夏季降水异常为东部偏多西部偏少,El Ni?o Modok年为全区偏少,这与用江淮流域夏季降水和同期热带太平洋海温进行SVD分析的模态几乎一致。对东亚夏季风和环流场的分析结果表明其原因可能为:El Ni?o年东亚夏季风稍偏弱,长江中下游有异常上升运动,我国东北至西北太平洋海盆及江淮流域为负位势高度距平,华南至菲律宾海为正位势高度距平,江淮流域从低层到高层均为气旋性环流异常控制;而El Ni?o Modoki年为强东亚夏季风,且江淮流域有强烈的异常下沉运动,菲律宾、我国南海以及孟加拉湾北部均为显著的负位势高度距平,正距平中心位于日本及我国东海地区,菲律宾海地区及我国江淮流域低层的异常气旋式环流中心比El Ni?o年偏西且强度偏强,高层的异常反气旋环流中心也比El Ni?o年偏西、偏北,同时西太平洋副热带高压位置也较偏北。      

El Ni?o区域SST的空间结构

本文利用MHAT小波对1970～1990年El Ni?o 区域的SST进行多尺度分析，研究结果发现:(1) 在洲洋尺度(4×10 3～13×10 3 km)里，El Ni?o区域存在着特征波长为6000 km的纬向长波#Aψ*T/2@#a和波长为6500 km的经向长波ψ1；(2) 在区域尺度(1×10 3～4×10 3 km)里，El Ni?o区域的SST存在着特征波长为4500 km的经向中波ψ3和波长为3500 km的纬向中波ψ4；(3) 大尺度范围的海温异常及4波共振机制是发生El Ni?o现象的两个重要原因。     

El Ni?o与La Ni?a期间大气加热场的特征及其对大气环流的影响

本文采用欧洲中心7层网格点逐月平均全球资料和同期美国KWBC的太平洋海温资料分析了1982年1月～1983年12月El Ni?o期间和1988年1月～1989年12月La Ni?a期间大气加热场的特征。结果表明，海表温度异常时，海面向上输送的感热、潜热通量变化并不大，有时甚至出现和海温距平变化相反的趋势，而另一方面，各辐射量和凝结加热量变化却很重要。进一步本文又分别以多年平均的12月、El Ni?o及La Ni?a强盛时的1982年12月和1988年12月的实测海温和实测大气资料为初值作了数值模拟，模拟的     

1982/1983年El Ni?o演变的动力学结构分析

目前，ENSO循环动力学机制仍存在争议。本文在研制热带太平洋线性分层模式的基础上，利用ECMWF 1981～1984年的风场分析资料，进一步模拟分析了El Ni?o的海洋动力学结构和机制。结果较真实地揭示了海洋温跃层扰动的演变。指出海洋表层与次表层间卷挟作用激发新的Kelvin模和Rossby模，它们与经典的动量交换激发的Kelvin模和Rossby模相叠加是温跃层扰动的基本动力学机制。东边界反射Rossby模对温跃层扰动和海洋气候状态恢复具有重要作用。上述动力学模态是El Ni?o循环时滞振荡子机制的本     

混合海气耦合模式的研制和El Ni?o的预告试验

所使用的海气耦合模式是由COLA R15 AGCM和简单的CZ海洋模式耦合而成。使用该混合海气耦合模式完成了15次ENSO试验预报,预告和观测的Ni?o 3指数超前15个月的相关系数达0.6（在0.01有意义水平上该相关系数在统计上是有意义的）,超前一年半的Ni?o 3指数的预告误差大约为0.6～0.9℃。预告结果表明混合海气耦合模式具有预测ENSO的能力达15个月。最后,还讨论了该模式的优点和进一步改进的途径。     

热带太平洋地区风场异常和与El Ni?o有关的年际变化

利用1964～1993年NCEP/NCAR再分析风应力资料和中国科学院大气物理研究所发展的14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋与El Ni?o有关的年际变化进行了研究.首先,分析了西太平洋暖池次表层海温异常(SOTA)与Ni?o3区海表温度异常(SSTA)的年际变化关系,发现在El Ni?o事件之前,暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了El Ni?o的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传.然后,选取了20世纪70年代和80年代两次最强的El Ni?o事件讨论了引起这种机制的可能原因--西风异常的作用.最后,对1964～1993所有的El Ni?o年的风场、次表层海温和海表温度的异常进行了综合分析.     

有无El Ni?o影响下热带北大西洋春季增暖的差异及可能成因

热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)对美洲乃至全球的气候变率有着重要影响。利用再分析资料对NTA的暖SSTA进行诊断,分析有、无El Ni?o影响下春季增暖的差异以及可能的成因。结果表明,与El Ni?o有关的情形中关键区(5~25 °N,10~60 °W)平均春季SSTA为0.55 ℃,无El Ni?o情形是0.37 ℃;前者与冬季的显著正偏差出现在NTA,后者主要发生在NTA的东侧,且正偏差的数值较小。El Ni?o激发的热带外Rossby波活动通过加强北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)负位相,引起El Ni?o峰值后NTA海域显著的西风异常,暖Kelvin波加热NTA对流层大气,增强其容纳水汽的能力,减小海-气界面的垂直湿度梯度,两者共同作用使海表蒸发减弱,在NTA春季呈现显著暖SSTA。与El Ni?o无关的情形中,NTA SSTA的变化主要受热带海-气反馈过程的调制,其与热带外NAO的季节内振荡有关,NAO的季节平均负位相较弱,异常西风值较小,同时海-气垂直湿度梯度异常增大,使春季NTA的增暖较弱。      

赤道太平洋西风异常与El Nio的关系

分析了1980年以来赤道太平洋西风异常观测资料,并利用 POM海洋模式模拟了赤道太平洋海温对不同类型西风异常的响应.分析和数值模拟试验结果都表明,赤道太平洋上的西风异常可以引起赤道中东太平洋海温升高,但是El Nio事件是否能发生,则与西风异常的位置、强度和东移有关.只有当赤道中太平洋(160°E～160°W)出现一定强度的西风异常并较快东移,才有利于El Nio发生.     

两类El Ni?o事件对华南前汛期降水异常的影响

利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El Ni?o事件对华南前汛期（4—6月）降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP（CP）型相关的降水异常以偏多（少）为主;6月则相反,EP（CP）型的降水呈负（正）异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850 hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500 hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500 hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500 hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列（EAP）型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP /CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。      

利用热带测雨卫星的测雨雷达资料对1997/1998年El Ni?o后期热带太平洋降水结构的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMM PR)的探测结果,对1997/1998年 El Ni(n)o后期热带太平洋的降水结构进行了研究,并对比了非El Ni(n)o的1999年和2000年的同期降水情况,取得如下结果:(1)1997/1998 El Ni(n)o后期与非El Ni(n)o期间相比,1997/1998 El Ni(n)o后期,热带东、中太平洋层云降水和对流云降水的比例明显增大、平均降水率也增大,并且层云强降水的比例增多,而层云弱降水比例减少.(2)在非El Ni(n)o期间,热带东、中太平洋对流云降水系统较为浅薄,冻结层高度比西太平洋低约0.5 km;而在1997/1998 El Ni(n)o后期,这种差异明显减小,热带东、中太平洋对流云降水和层云降水都变得深厚;对流云降水和层云降水的降水率随高度的变化也发生了变化.(3)对大气环流的分析表明,对应于降水结构的变化,热带太平洋地区的高空辐合辐散分布也发生了改变,导致Walker环流在1997/1998 El Ni(n)o后期减弱.     

海温异常东向传播──El Nio事件发生的可能机制

为了揭示８０年代以来发生ＥｌＮｉｎｏ事件形成的机制，利用一个两层半的热带海洋模式进行数值试验．结果表明：在特定的西向流场背景条件下，热带大气季节内时间尺度振荡强迫激发的赤道第二斜压模态的波动可以在向东传播的过程中出现停驻．波动传播停驻与多普勒效应有密切的关系．由于波动停驻海区海表面温度（ＳＳＴ）正异常增大，可促进其上空大气对流运动的发展，导致赤道中、西太平洋出现大范围西风异常，在赤道海洋中激发起第一斜压模态的Ｋｅｌｖｉｎ波．基于上述事实和数值试验结果，文章提出了一个阶段性海气相互作用激发ＥｌＮｉｎｏ事件发生的机制，热带中太平洋波动传播停驻导致的ＳＳＴ正异常在这个发生机制中起着关键的作用．     

印度洋偶极子与两类El Niño的关联及其可能机理

通过合成三种具有代表性的两类ENSO指数,将El Ni?o事件划分为东部(EP)和中部(CP)型。利用EOF、相关分析、合成分析等方法探究了印度洋偶极子(IOD)与两类El Ni?o事件的关联及其产生的可能机理。研究表明,源于热带太平洋-印度洋尺度海气相互作用的IOD事件由两种型态构成,其分别与EP和CP型El Ni?o事件相联系。与EP型El Ni?o相联系的IOD事件(第一类IOD)在赤道印度洋50~150 m的温跃层附近信号最强,并关于赤道呈南强北弱的准对称海温异常分布;与CP型El Ni?o相联系的IOD事件(第二类IOD)则在热带南印度洋海表层信号最强。在产生机理方面,EP型El Ni?o发展时,异常Walker环流在赤道印度洋海表面产生较强的东风应力,使赤道印度洋东部冷水上翻,西部暖水堆积;同时,赤道外南强北弱的异常反气旋环流造成旋度中心区域暖水堆积,形成第一类IOD事件。CP型El Ni?o发展时,异常Walker环流较弱,中心西移,赤道印度洋东风应力距平较弱,偶极子信号在赤道印度洋不显著;苏门答腊岛南部出现异常反气旋,其东侧偏南风和西侧偏北风分别将高纬冷水和低纬暖水向15~25°S的热带南印度洋输送;同时热带南印度洋东、西部风场分别有较强的辐散、辐合,使东部海温降低、西部升高,形成第二类IOD事件。     

两类El Ni?o事件对我国西南地区冬季降水的影响

采用1960~2014年西南地区93个站的逐月降水资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了东部型El Ni?o（EP El Ni?o）和中部型El Ni?o（CP El Ni?o）对我国西南地区冬季降水的不同影响。结果表明,EP ElNi?o年冬季和CP El Ni?o事件中1994/1995年、2002/2003年冬季,我国西南地区受异常偏东风影响,获得来自孟加拉湾和南海的水汽供应。同时,西南地区存在明显的幅合上升运动,上升运动异常增强,对流加强,导致西南地区冬季降水偏多;而CP El Ni?o事件中1968/1969年、1977/1978年,2004/2005年、2009/2010年冬季,我国西南地区受异常西北风影响,来自孟加拉湾和南海的水汽减少。同时,西南地区存在明显的幅散下沉运动,上升运动异常减弱,对流减弱,导致西南地区冬季降水偏少。     

热带大气季节内振荡的异常与1997年El Nio 事件的发生

利用美国NCEP资料分析热带大气季节内振荡（ISO）与ENSO的关系，揭示了1997年El Ni o事件的发生，与赤道中西太平洋地区大气 ISO在 1996年冬到 1997年春期间的异常增强有重要关系。而且该地区 ISO的异常增强并不主要由赤道印度洋地区移来，主要表现为ISO在印度尼西亚上空被激发增强和东传。印度尼西亚地区ISO的被激发，则是由于东亚冬季风强异常在该地区引起的强对流活动的结果。     

北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径

利用Godas月平均次表层海温资料, 分析了冬、春季和夏季北太平洋次表层海温层际相似性特征, 据此对次表层海温进行分层。在此基础上研究了500 hPa位势高度场、北太平洋次表层海温、中国夏季降水三者之间的时滞相关关系, 发现春季北太平洋次表层海温场是联系前、后期大气环流的关键因素。前期冬季大气环流对春季北太平洋次表层海温场影响最显著, 春季北太平洋次表层海温场又持续影响同期及后期夏季大气环流异常。异常的夏季大气环流与同期表层、次表层海温相互作用, 共同造成夏季长江流域与华北、华南降水出现相反异常的分布型式。     

El Ni?o和La Ni?a事件对东亚冬、夏季风循环的影响

通过合成的El NiNo和La NiNa的分析发现,一般一个El Nino或La Nina事件大致可以分成爆发前的冬季、发展期的夏季、盛期时的冬季和衰亡期的夏季四个阶段.在此基础上利用NCEP再分析环流资料和中国降水资料分析了东亚冬、夏季风对E1 Nino和LaNina的响应,结果发现,E1 Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环.E1Nino爆发前的冬季在东亚地区往往有异常强的北风;El Nino发展期的夏季,西太平洋副热带高压偏弱,同时影响我国的西南气流偏弱,从而江淮地区和南方沿海地区多雨,长江中游和华北地区少雨;E1 Nino盛期的冬季东亚地区则出现异常的南风;而E1 Nino衰亡期的夏季,西太平洋副热带高压偏强,同时影响我国的西南气流偏强,从而江淮地区少雨,华北、东北以及洞庭湖、鄱阳湖地区多雨.La Nina对东亚冬、夏季风循环的影响则与El Nino大致相反,但它的影响不如El ino的影响显著.对强、弱东亚冬季风后的夏季中国降水异常的分析则表明,正是由于与El Nino或La Nina事件有关的海温异常对东亚冬、夏季风循环的影响才导致了东亚冬季风与随后的夏季风存在着紧密的联系;当冬季风异常不是由与ElNiNino或La Nina事件有关的海温异常所引起时,两者之间就缺少显著的联系.     

El Ni?o、La Ni?a事件与太阳活动对河南省东亚飞蝗大发生的影响

用研究灾变规律的关键时方法分析了El Ni(n)o、La Ni(n)a事件和太阳活动对河南省东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis Meyen)的影响.结果发现,El Ni(n)o和La Ni(n)a事件不会促使河南省沿黄地区东亚飞蝗的大发生,并得出El Ni(n)o和La Ni(n)a事件对飞蝗大发生的影响主要通过影响其发生地的天气、气候(主要是降水),从而影响飞蝗的大发生.在太阳黑子相对数高年的后一年,河南省东亚飞蝗大发生的可能性超过90%.       

ENSO位相转换期北太平洋热带外大气对热带东太平洋海温的影响

利用NCEP/NCAR提供的大气月平均再分析资料、NOAA提供的ERSST.V4资料及ECMWF提供的ORAS4海洋再分析数据集,借助合成分析、相关分析和SVD分解等方法,对ENSO位相转换期北太平洋热带外大气对热带东太平洋海温的影响进行分析。结果表明:（1）6月关键区（155~130 °W,10~30 °N）存在海平面气压正异常与同期以及后期热带东太平洋出现海温负异常有关,E-L型事件（El Ni?o次年发生La Ni?a）在关键区出现海平面气压正异常的概率远大于E-N型事件（El Ni?o次年不发生La Ni?a）;（2）通过分析北太平洋3—6月海平面气压场和后期12月海温场SVD分解的结果,同样发现关键区海平面气压异常和后期12月热带东太平洋海温异常的负相关关系;（3）6月正位相OKJ波列的传播可能是导致同期关键区海平面气压正异常的原因之一;（4）6月关键区出现海平面气压正异常时,可能通过引起1~3个月后同区域出现更多向南海表层海流流速异常,有助于将中纬较冷的海水向赤道输送,引起12月热带东太平洋海温负异常,对于La Ni?a的形成起到一定促进作用。