印度洋海温年际异常与热带夏季季节内振荡的关系及其数值模拟研究

利用观测分析资料和SINTEX-F海气耦合长时间(70年)数值模拟结果,分析了印度洋海温年际异常与热带夏季季节内振荡(BSISO)各种传播模态之间关系及其物理过程。结果表明,印度洋海温年际异常与热带BSISO关系密切,当印度洋为正(负)偶极子情况,中东印度洋北传BSISO减弱(加强);当印度洋为正(负)海盆异常(BWA)情况,印度洋西太平洋赤道地区(40°E -180°)东传BSISO加强(减弱)。印度洋海温年际变化通过大气环流背景场和BSISO结构影响热带BSISO不同传播模态强度的年际变化。在负(正)偶极子年夏季,由于对流层大气垂直东风切变加强(减弱),对流扰动北侧的正压涡度、边界层水汽辐合加强更明显(不明显),导致形成BSISO较强(弱)的经向不对称结构,因此北传BSISO偏强(减弱)。印度洋BWA模态通过影响赤道西风背景以及海气界面热力交换,导致赤道东传BSISO强度产生变化。在正BWA年夏季,赤道地区西风较明显,当季节内振荡叠加在这种西风背景下,扰动中心的东侧(西侧)风速减弱(加强)更明显,海面蒸发及蒸发潜热减弱(加强)更明显,导致扰动中心的东侧(西侧)海温升高(降低)幅度更大,从而使边界层产生辐合(辐散)更强、水汽更多(少),因此赤道东传BSISO偏强;而在负BWA年,赤道地区西风背景减弱,以上物理过程受削弱使赤道东传BSISO偏弱。     

冬季热带西太平洋MJO活动强弱年的环境场特征

利用1948—2011年NCEP等再分析资料,采用合成分析等方法对比分析了冬季(冬半年)热带西太平洋MJO(Madden-Julian Oscillation)活动强、弱年的环境场特征。结果表明,冬季热带西太平洋MJO的活动具有显著的年际和年代际变化。MJO活动强年,对流层低层在菲律宾以东洋面上空有异常气旋式环流,赤道东太平洋上空为较强的东风距平,赤道印度洋到赤道西太平洋上空是异常西风,西太平洋地区有较强辐合,从而导致热带西太平洋地区积云对流活动显著加强;而MJO活动弱年的环流特征相反。热带MJO以东传为主,有少量西传波动。在MJO活动强年,无论东传还是西传其时空谱值都显著大于MJO活动弱年,其中心频率较MJO活动弱年偏高。MJO活动的异常和海温及东亚冬季风紧密相连,在MJO活动强年,海平面气压和500 hPa位势高度异常场表现为中高纬度的正异常和低纬地区的负异常,东亚冬季风活动偏强,中国大陆中部气温普遍偏低,同时,黄河以南长江以北地区降水偏多,而长江以南地区降水偏少;台湾附近海域受强东亚冬季风影响,海表温度偏低,东太平洋上海温距平呈现La Ni?a型的异常分布,而在MJO活动弱年上述特征基本相反。      

夏季西太平洋副热带高压北跳及异常的研究

根据欧洲中心1980～1989年逐日200,500和850hPa风场、高度场及日本气象厅提供的GMS观测的黑体辐射温度（TBB）逐日资料,探讨了夏季西太平洋地区（125～145°E）副热带高压脊线季节性北跳、季内脊线位置的异常与低纬度的西风爆发和热带对流的关系。研究表明：初夏西太平洋地区低层赤道西风爆发后,西太平洋地区的赤道对流加强（赤道地区的TBB值减小）;赤道西风向北扩展,赤道强对流向北推移,热带对流加强（热带地区TBB值减小）。夏季西太平洋副热带高压脊线的二次北跳现象与低层赤道西风二次北跳及赤道对流向北推移密切相关。研究指出：夏季热带对流弱（强）,西太平洋副热带高压脊线位置相对偏南（北）,夏季西太平洋副热带高压脊线位置的异常与高、低层流场辐合、福散中心的位置及高层西风传播方向有关。     

全球夏、冬季加热场的气候学特征及其年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了1948-2002年全球夏、冬季节大气热源的气候分布,并对其年代际变化规律进行分析.研究表明,全球存在4个主要的大气热源中心,其位置随季节的改变而改变.夏季分别位于中非、孟加拉湾附近、热带西太平洋菲律宾群岛附近及加勒比海西南部;冬季则移至南非、海洋大陆至印度洋一带、澳大利亚西北部至南太平洋一带及南美洲北部.夏季中非、热带西太平洋菲律宾群岛附近及加勒比海西南部大气热源都表现出明显的年代际变化特征,中非热源在20世纪70年代存在减弱突变,而热带西太平洋菲律宾群岛和加勒比海西南部热源存在增强突变,孟加拉湾热源强度存在减弱变化趋势.冬季南美洲北部热源具有明显的年代际变化,在70年代中期存在增强突变,南非和海洋大陆至印度洋一带热源强度存在增强变化趋势,而澳大利亚西北至南太平洋一带热源强度存在减弱变化趋势.     

秋季热带印度洋偶极子年际振荡对长江上游径流量多寡的影响分析

利用年际增量、小波分析和回归分析等方法深入分析了秋季热带印度洋偶极子(Tropical Indian Ocean Dipole,TIOD)年际振荡对次年长江上游年径流量的影响特征及其物理机理。结果表明,长江上游年径流量和秋季TIOD均具有显著的年际振荡特征,在20世纪80年代以前和90年代之后尤为明显。两者的滞后相关系数为0.42,通过了99.9%的显著性检验,即秋季TIOD较前一年增强(减弱),有利于次年长江上游径流量较前一年偏多(少)。秋季TIOD对次年长江上游年径流量多寡的影响,是通过调制降水,尤其是夏季降水来实现的。当秋季TIOD增强时,赤道印度洋海温呈东西"-+"分布,其中偏暖区延伸至南北纬20°,偏冷区与西太平洋的偏冷区相通。赤道印度洋至西太平洋上空激发出增强的Walker型环流,中心位于印度洋正上方。随着时间的发展,暖性Kelvin波产生并向东传播,印度洋偏暖区以及冷暖海温差异中心东移。至次年夏季,西印度洋暖海温中心移动至东印度洋边缘至南海区域,偏冷海区东退至日界线附近。印度洋上空增强的Walker型环流消失,高层转为偏东气流与105°E附近加强爬升的气流相连。与此同时,105°E以东的Walker环流加强,高层为西风,400 hPa以下为深厚的东风区。高低空环流相互耦合并配合科氏力的影响,赤道以北副热带地区负涡度增强,西太平洋副热带高压偏大偏强,异常反气旋北扩,系统外围的西南气流加强南海和孟湾水汽的输送,使得次年夏季长江上游全流域处于水汽辐合上升区,降水显著偏多,从而影响了长江上游年径流量的多寡。     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

南亚高压强度年代际变化及其与热带副热带海温关系

采用1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和CAM3.0大气环流模式,探讨了南亚高压(SAH)强度年代际变化及其与热带、副热带海温的关系。 (1) SAH呈显著年代际变化,以1970年代末期为界,之前强度偏弱;之后强度增强、面积扩大、东西扩展,冬季西侧扩展程度大于东侧,夏季则相反。(2) 与SAH强度年代际变化相对应,1970年代末期以后,热带、副热带辐散风分量表现为显著的两个上升区和三个下沉区。两个上升区一个位于东太平洋,另一个随季节变化位置有所改变,冬季位于印度洋,夏季位于南海-西太平洋海域;三个主要下沉区分别位于非洲中北部、亚洲东部和中太平洋地区。(3) 与SAH强度年代际变化相对应,夏季低层涡旋风分量在南海-西太平洋地区表现为异常气旋性环流,冬季低层涡旋风分量在印度洋表现为异常气旋性环流,而在赤道中太平洋则呈现异常反气旋性环流。(4) 数值试验表明：SAH年代际变化与热带、副热带海温关系密切,冬季印度洋海温起作用较大,夏季则是南海-西太平洋海温起作用较大,另外东太平洋海温也起了一定作用。     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

1980～1983年低纬西太平洋、印度洋地区低频振荡的空间型和遥相关分析

利用１９８０年１月～１９８３年１２月已滤波的ＯＬＲ资料，采用经验正交函数分析方法，对１９８０～１９８１年（正常年）和１９８２～１９８３年（异常年）低纬西太平洋和印度洋地区低频振荡的空间分布及遥相关特征进行了研究．结果表明：正常年与异常年，这些地区低频振荡的强度、空间型及时间系数的变化有较大的差异．此外，还发现正常年这些地区存在３种低频遥相关，即赤道西太平洋型，北热带西太平洋型和赤道印度洋型；异常年则仅存在２种低频遥相关，即赤道西太平洋型和南热带西太平洋型．由于受厄尔尼诺事件的影响，东西向偶极型低频振荡中心的位置和强度都有很大的变化     

南亚高压的年际和年代际变化

利用1958～1998年NCEP/NCAR再分析月平均100 hPa高度场和风场资料， 依据大气环流观测事实及天气学原理，较客观地定义了描述南亚高压活动的特征参数， 然后对南亚高压的年际及年代际变化特征进行了系统的诊断分析。发现北半球中低纬 100 hPa环流异常具有空间整体性和时间持续性，即北半球中低纬100 hPa环流同时加 强或同时减弱，并且其整体异常具有明显的年代际变化。南亚高压面积和强度的变化 存在3.8年的振荡周期，与ENSO的循环周期一致。南亚高压的中心和脊线在夏季较为稳 定，较大的年际差异出现在春季。高压面积和强度的年际变化最明显，并且面积大、 强度强的年份往往与El Niao年相对应。南亚高压的位置和强度还存 在明显的年代际变化，自1978年以后，冬半年南亚高压脊线南移，中心东移，面积增大， 强度增强，夏半年南亚高压的位置变化不很明显，但是面积和强度也增大增强。这种年代 际异常与低层大气系统及赤道太平洋海温的年代际异常一致。南亚高压强度距平与热带 海洋SSTA密切相关，与印度洋海区的同期相关最好。南亚高压强度异常对印度洋SSTA的 响应时间为0～5个月，对赤道中东太平洋SSTA的响应时间为4～6个月。南亚高压明显的 年际和年代际变化特征表明，可将南亚高压看作气候系统中大气子系统异常的强信号， 通过分析南亚高压的年际及年代际异常可以更直接地研究和预测区域气候异常。     

Comparison of the Structure and Evolution of Intraseasonal Oscillations Before and After Onset of the Asian Summer Monsoon

High-resolution satellite-derived data and NCEP-NCAR reanalysis data are used to investigate intraseasonal oscillations （ISO） over the tropical Indian Ocean.A composite evolution of the ISO life cycle is constructed,including the initiation,development,and propagation of rainfall anomalies over the tropical Indian Ocean.The characteristics of ISO over the tropical Indian Ocean are profoundly different before and after the onset of the Indian summer monsoon.Positive precipitation anomalies before monsoon onset appear one phase earlier than those after monsoon onset.Before monsoon onset,precipitation anomalies associated with ISO first initiate in the western tropical Indian Ocean and then propagate eastward along the equator.After monsoon onset,convective anomalies propagate northward over the Indian summer monsoon region after an initial eastward propagation over the equatorial Indian Ocean.Surface wind convergence and air-sea interaction play critical roles in initiating each new cycle of ISO convection.     

Synoptic climatology of transient tropical intraseasonal convection anomalies: 1975–1985

Summary Pentad mean anomaly maps were used to study the climatology of tropical intraseasonal convection anomaly (TICA) as a dynamic system. One hundred and twenty-two events were identified and classified into three categories: eastward (77), independent northward (27), and westward (18) propagation. The eastward propagation is more active in boreal winter than in summer, while the independent northward propagation, which is not associated with equatorial eastward propagation, occurs in boreal summer from May to October.The eastward moving TICA exhibits three major paths: 1) eastward along the equator from Africa to the mid-Pacific, 2) first eastward along the equator, then either turning north-east to the northwest Pacific or turning southeast to the southwest Pacific at the maritime continent, and 3) the main anomaly moves eastward along the equator with split center(s) moving northward over the Indian and/or western Pacific Oceans. The equatorial Indian Ocean and the western Pacific intertropical convergence zone are preferred geographic locations for their development, while the maritime continent and central Pacific are regions of dissipation.Independent northward propagation is confined to the Indian and western Pacific monsoon regions. Its existence suggests that the mechanism responsible for meridional propagation may differ from that for eastward propagation.The dynamic effect of the equator and the thermodynamic effect of the underlying warm ocean water are basic factors in trapping TICA in the deep tropics, while the annual march of maximum SST (thermal equator) and the monsoon circulation have profound influences on the annual variation and meridional movement of TICA.With 12 FiguresContribution No. 89-11, Department of Meteorology, University of Hawaii.     

夏季MJO持续异常的主要特征分析

在MJO传播过程中,其活动中心并不总是规律地沿赤道东传。本文通过资料分析发现,夏季MJO的活动中心会出现东传停滞的情况,表现为MJO在赤道太平洋持续异常活跃或者在印度洋持续异常活跃两种形式。为更好描述MJO这种东传不明显的异常特征,本文定义了一个描述MJO持续异常的指数,并据此对夏季MJO持续异常的主要特征进行分析。通过小波分析的方法,发现夏季MJO持续异常时其振荡周期会出现缩短或变弱。通过对MJO持续异常状况下的大气环流进行合成对比分析后发现,夏季MJO的持续异常会对热带大气环流造成显著的影响。具体表现为:MJO夏季在赤道太平洋（印度洋）持续活跃的时候,赤道沃克环流减弱（增强）,西太平洋哈得来环流增强（减弱）,西太平洋副高位置偏北（偏南）,赤道太平洋（印度洋）高层辐散且对流活跃。     

The ISO Events in the Winter of 2007

The intraseasonal oscillation (ISO) events that occurred from November 2007 to February 2008 in the tropical Indian Ocean region were investigated by analyzing observational oceanic and atmospheric datasets.The results reveal that two ISO events were generated and developed from November 2007 to February 2008 in the tropical area of the Indian Ocean,which both originated from the southern African continent and propagated along a northeastward direction and finally penetrated into the equatorial eastern Indian Ocean.Compared with the general winter MJO event,which tended to travel along the equator from the western Indian Ocean into the western Pacific,the ISO of winter 2007 propagated not only along the equator into the eastern part of the Indian Ocean but was also transported northward into the subtropical region in the eastern Indian Ocean,which is more similar to the behavior of traditional summer ISO events.     

印度洋—西太平洋对流涛动的季节内特征

本文利用30~60天带通滤波资料, 考察了不同季节印度洋—西太平洋区域对流活动季节内尺度变率的主要模态, 发现在不同季节赤道东印度洋(5°S~10°N, 70°E~100°E)和西北太平洋(5°N~20°N, 110°E~160°E)对流活动均存在反相变化的关系, 将之称为季节内尺度的印度洋—西太平洋对流涛动(Indo-West Pacific Convection Oscillation), 简称IPCO。对IPCO两极子区域对流活动进行超前滞后相关分析, 发现IPCO事件形成—发展—消亡的生命周期是由对流活动季节内振荡及其传播造成的。对流扰动首先在赤道中西印度洋形成, 随后逐渐向东发展变强, 在其继续变强的过程中将分两支传播:一支由赤道印度洋向北传播, 至印度半岛南部后逐渐减弱消失;另一支沿赤道继续东传, 在海洋大陆受到抑制, 快速越过海洋大陆到达赤道西太平洋后又开始发展变强, 随后北传至西北太平洋区域逐渐减弱, 最终至我国长江流域中下游到日本区域消失。将这一过程划分为8个位相, 详细分析了不同位相对应的环流场和降水场特征, 最后给出了IPCO事件演化示意图。     

The tropical intraseasonal oscillation in SAMIL coupled and uncoupled general circulation models

Simulations of tropical intraseasonal oscillation(TISO) in SAMIL,the Spectral Atmospheric Model from the Institute of Atmospheric Physics(IAP) State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics(LASG) coupled and uncoupled general circulation models were comprehensively evaluated in this study.Compared to the uncoupled model,the atmosphere-ocean coupled model improved the TISO simulation in the following aspects:(1) the spectral intensity for the 30-80-day peak eastward periods was more realistic;(2) the eastward propagation signals over western Pacific were stronger;and(3) the variance distribution and stronger signals of Kelvin waves and mixed Rossby gravity waves were more realistic.Better performance in the coupled run was assumed to be associated with a better mean state and a more realistic relationship between precipitation and SST.In both the coupled and uncoupled runs,the unrealistic simulation of the eastward propagation over the equatorial Indian Ocean might have been associated with the biases of the precipitation mean state over the Indian Ocean,and the unrealistic split of maximum TISO precipitation variance over the Pacific might have corresponded to the exaggeration of the double Intertropical Convergence Zone(ITCZ) structure in precipitation mean state.However,whether a better mean state leads to better TISO activity remains questionable.Notably,the northward propagation over the Indian Ocean during summer was not improved in the mean lead-lag correlation analysis,but case studies have shown some strong cases to yield remarkably realistic northward propagation in coupled runs.     

The boreal summer intraseasonal oscillation simulated by four Chinese AGCMs participating in the CMIP5 project

The performances of four Chinese AGCMs participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 （CMIP5） in the simulation of the boreal summer intraseasonal oscillation （BSISO） are assessed. The authors focus on the major characteristics of BSISO： the intensity, significant period, and propagation. The results show that the four AGCMs can reproduce boreal summer intraseasonal signals of precipitation; however their limitations are also evident. Compared with the Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation （CMAP） data, the models underestimate the strength of the intraseasonal oscillation （ISO） over the eastern equatorial Indian Ocean （IO） during the boreal summer （May to October）, but overestimate the intraseasonal variability over the western Pacific （WP）. In the model results, the westward propagation dominates, whereas the eastward propagation dominates in the CMAP data. The northward propagation in these models is tilted southwest-northeast, which is also different from the CMAP result. Thus, there is not a northeast-southwest tilted rain belt revolution off the equator during the BSISO＇s eastward journey in the models. The biases of the BSISO are consistent with the summer mean state, especially the vertical shear. Analysis also shows that there is a positive feedback between the intraseasonal precipitation and the summer mean precipitation. The positive feedback processes may amplify the models＇ biases in the BSISO simulation.     

季节内印度洋-西太平洋对流涛动对次季节-季节尺度大气可预报性的影响

利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动（IPCO）和实时多变量Madden-Julian指数（RMM指数）可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变下S2S尺度可预报期限空间分布的变化规律。结果表明：（1）与RMM指数相比,季节内IPCO指数可预报性更强,可预报期限达到31天左右,比RMM指数高出2周以上;（2）印度洋-西太平洋区域S2S尺度大气可预报性最强,可预报期限达到30天以上,其中季节内IPCO是该地区的主要可预报性来源之一,其贡献达到6天,占总可预报期限的25%以上;（3）随着季节内IPCO的演变,印度洋-西太平洋地区S2S尺度大气可预报性有空间结构变化,表现为可预报期限异常的传播和振荡。S2S尺度大气可预报期限正负异常沿季节内IPCO传播路径,一支以赤道中西印度洋为起点北传至印度半岛,一支向东传播,经过海洋性大陆到赤道西太平洋后向北传播,到达日本南部。同时,可预报性异常的传播在在东印度洋和西太平洋表现出反向变化的特征,形成东西两极振荡,当季节内IPCO向正位相发展时,东印度洋具有更强的可预报性,西太平洋具有更弱的可预报性,反之亦然。季节内IPCO的发展（衰退）可使东印度洋（西太平洋）S2S尺度大气可预报性更强,表明模式预报技巧对此具有更大的提升空间。     

OLR资料所揭示的热带地区低频振荡的变化特征

本文使用1979年1月至1984年12月射出长波辐射(OLR)资料,对热带地区低频振荡的一些特性进行了研究,认为正常年份30—60天振荡的合成功率谱最强,El Nino年最弱。低频波活动冬夏差异较大,其年际变化大值区冬季在赤道地区,夏季位置偏北,位于印度洋和西太平洋。就六年平均而言,低频波在西太平洋及印度洋地区有明显的经向传播,赤道地区低频波的纬向传播主要集中在北半球夏季。此外,30—60天OLR滤波场的强弱与印度季风的爆发和减弱有较好的对应关系。