副极地海洋锋区海温异常影响厄尔尼诺的机制研究

基于1979—2021年的ERA5再分析资料,研究了副极地海洋锋区(Subarctic Frontal Zone, SAFZ)海温(Sea Surface Temperature, SST)异常相关的冬季海气相互作用过程及其影响次年冬季厄尔尼诺(El Niño)的机制。研究表明,冬季SAFZ的特征海气异常表现为大尺度的SST暖异常与偶极型的大气环流异常。在SAFZ海气相互作用过程中,海洋首先通过直接的非绝热加热影响低层大气斜压性,随后通过间接的瞬变涡旋反馈使相当正压的位势高度异常在整个冬季内维持。其中,南部的气旋式环流异常通过减弱副热带的平均信风激发太平洋经向模态(Pacific Meridional Mode, PMM)与风—蒸发—SST (Wind-Evaporation-SST, WES)反馈,从而使中纬度SST暖异常南传至热带太平洋中部,随后导致El Niño发生。然而,并非所有的SAFZ暖异常事件都能激发次年冬季的El Niño,中纬度海气耦合异常的初始配置及同期热带太平洋的表现情况将对中纬度信号南传至热带的过程产生较大的影响。     

Influence of the North American Dipole on ENSO onset as simulated by a coupled ocean-Atmosphere model

北美偶极子(NAD)是热带北大西洋西部和北美东北部的南北向海平面气压异常偶极型模态.以往的观测研究表明,NAD可以有效地影响ENSO事件的爆发.本文利用全球耦合模式FGOALS-g2,评估了NAD与ENSO的关系.结果表明,该模式能较好地重现NAD模态.进一步的分析验证了冬季NAD可以通过强迫冬末春初副热带东北太平洋上空的反气旋和暖海温的出现,在随后的冬季触发El Ni?o事件.此外,在同化NAD实验中,发生El Ni?o事件的概率增加了将近一倍.相比之下,NAO未能在副热带东北太平洋上空引起表面风和海温的异常,因而不能有效地激发次年冬季ENSO事件.     

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

近期的研究发现,热带太平洋低层大气存在两种主要模态,即经向对称ENSO模态和ENSO与海表温度(SST)年循环相互作用产生的经向反对称组合模态。主要探讨了这两种不同ENSO模态对中国东部各季节降水的影响。结果表明,厄尔尼诺年秋季,中国西南、长江及华南大部分区域呈现显著正降水异常;冬季,正降水异常范围扩大,覆盖华南、华东及华北东南部地区。这两个季节的异常降水都主要受ENSO模态的影响。与ENSO模态相关的正异常海温局地强迫导致120°E以西出现反气旋性环流,其西北侧增强的西南暖湿气流使得中国东部地区降水增多。次年春季,从中国华南延伸到东北出现正的异常降水,主要是ENSO组合模态的贡献。因为次年春季热带太平洋地区ENSO模态信号只局限于赤道地区,并没有对中国东部降水有显著的影响,而ENSO与海温年循环相互作用的组合模态使得与ENSO相关的赤道大气异常可以扩展到赤道以外地区。ENSO组合模态对中国降水异常有重要影响,在今后的研究和短期预测中需引起重视。      

西太平洋暖池次表层海温异常 与ENSO循环的相互作用

利用1964～1993年的太平洋次表层海温资料,进一步分析研究了西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环的关系。合成及相关分析的结果进一步表明,西太平洋暖池次表层海温的暖（冷）异常及其东传对ENSO的发生起着十分重要、且更直接的作用。然而,赤道西太平洋异常纬向风是造成次表层海温异常东传的重要原因,而纬向风的异常又是由于东亚冬季风异常活动所引起的,这间接地说明了异常东亚冬季风对西太平洋暖池次表层海温距平东传的重要作用。通过研究还发现,ENSO发生后,北半球副热带地区将有次表层暖（冷）海温距平沿着10～20oN纬带西传,这是导致西太平洋暖池次表层海温发生异常的重要原因之一。也就是说,西太平洋暖池次表层海温异常与ENSO循环之间是相互影响、相互作用的。     

不同太平洋年代际振荡和ENSO位相下大气水分收支变化对北半球冬季太平洋蒸发量的影响

本文利用OAFlux资料研究了1958~2015年北半球冬季太平洋蒸发量在不同厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）位相下的分布特征,并从水汽收支的角度分析了蒸发量异常的成因,结果表明:ENSO主要影响热带东太平洋、副热带西北太平洋和中纬度北太平洋中部的蒸发量。El Ni?o（La Ni?a）时水汽在北太平洋中部异常辐散（辐合）,有利于当地大气水汽含量减小（增大）,造成蒸发量增大（减小）;副热带西北太平洋异常的水汽辐合（辐散）有利于蒸发量减小（增大）;除此以外,蒸发量在热带东太平洋蒸发量增大（减小）则主要是降水量增大（减小）导致。与此同时,ENSO对上述海区蒸发量的影响还受到PDO的调控,当PDO处于暖（冷）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成蒸发量异常程度在中纬度北太平洋中部显著增大,这主要是由降水量增大（减小）引起的大气水汽含量减小（增大）所致,此时对应着风暴轴异常增大（减小）;当PDO处于冷（暖）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成的蒸发量异常程度在副热带西北太平洋和热带东太平洋显著增大,而这与湿度变化引起的水汽平流异常程度增大紧密相关。     

An enhanced influence of sea surface temperature in the tropical northern Atlantic on the following winter ENSO since the early 1980s

已有研究指出春季热带北大西洋海温对随后冬季ENSO事件的发生存在显著的影响。该研究发现它们的联系在20世纪80年代初以后显著增强。20世纪80年代初以后,春季热带北大西洋海温为正异常时,副热带东北太平洋存在显著的异常气旋环流,同时异常沃克环流在热带中东太平洋引起显著的异常下沉运动。异常气旋环流西侧的东北风异常增强气候态的风速,导致负海温异常。负海温异常通过Gill型大气响应使得热带西北太平洋产生异常的反气旋环流。同时,热带中东太平洋的沃克环流异常下沉运动也对热带西北太平洋异常反气旋环流的形成起到一定作用。热带西北太平洋反气旋环流南侧的东风异常通过海洋动力过程对随后冬季ENSO产生影响。因此,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO存在显著的影响。然而,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温相关的热带东北太平洋异常气旋环流和热带地区的异常沃克环流不显著,从而不能在热带西北太平洋产生异常反气旋。所以,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO的影响不显著。进一步的分析指出,春季热带北大西洋海温对ENSO影响的年代际变化可能与热带北大西洋降水气候态的年代际变化有关。     

赤道印度洋—太平洋地区海气系统的齿轮式耦合和ENSO事件

利用历史观测数据,研究了印度洋海表温度（SST）的季节变化特征,证实赤道印度洋和东太平洋SST年际变化有显著的正相关,指出这种正相关是由于沿赤道印度洋上空纬向季风环流和太平洋上空Walker环流之间显著的耦合造成的。这两个异常的纬向环流圈之间的耦合形式看起来很象是存在于赤道印度洋和太平洋上空的一对齿轮（简写为GIP）,当一个作顺时向变化时,另一个则作反时向变化。文中还证明ENSO事件与GIP的年际异常存在很好的对应关系,暖事件时GIP为反向运转;冷事件时GIP为正向运转;异常的GIP的啮合点位于印尼群岛附近。对80年代以来的ENSO事件的分析表明,每次事件前期异常的GIP的啮合点首先出现在印度洋上空,然后逐渐传入太平洋,引起GIP东侧的大气纬向风#Au#a和SST同时发生异常变化。当这种风场和SST的异常变化发展东传到达赤道中东太平洋时,导致ENSO事件最终出现。本文由此指出印度洋上空纬向环流的异常可以通过印度洋和太平洋上空大气系统的齿轮式耦合去影响赤道中东太平洋的海-气相互作用并触发ENSO事件发生。     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期海温关系的研究

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料(ERSST)和中国730个站旬降水资料,采用SVD和扩展SVD（ESVD）分析、合成分析、相关分析等方法,在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上,研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋（EAP）遥相关型形成的过程,及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题。结果表明,梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系。联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个:（1）西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季,使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强;（2）东亚大槽持续偏弱,冷空气活动路径偏北偏东,使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; （3）PNA遥相关型的持续发展,使北冰洋地区高度增高。后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用。另外,持续性分析表明,ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多。在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系,ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常,而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持,对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应。     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料 (ERSST) 和中国730个站旬降水资料, 采用SVD和扩展SVD (ESVD) 分析、合成分析、相关分析等方法, 在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上, 研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋 (EAP) 遥相关型形成的过程, 及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题.结果表明, 梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系.联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个: (1) 西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季, 使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强; (2) 东亚大槽持续偏弱, 冷空气活动路径偏北偏东, 使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; (3) PNA遥相关型的持续发展, 使北冰洋地区高度增高.后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用.另外, 持续性分析表明, ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多.在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系, ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常, 而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持, 对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应.     

A Note on the Role of Meridional Wind Stress Anomalies and Heat Flux in ENSO Simulations

Four comparative experiments and some supplementary experiments were conducted to examine the role of meridional wind stress anomalies and heat flux variability in ENSO simulations by using a high-resolution Ocean General Circulation Model （OGCM）. The results indicate that changes in the direction and magnitude of meridional wind stress anomalies have little influence on ENSO simulations until meridional wind stress anomalies are unrealistically enlarged by a factor of 5.0. However, evidence of an impact on ENSO simulations due to heat flux variability was found. The simulated Nino-3 index without the effect of heat flux anomalies tended to be around 1.0° lower than the observed, as well as the control run, during the peak months of ENSO events.     

东太平洋暖池及经向风异常在ENSO事件发生、发展过程中的作用

利用1982～1999期间LDEO海表温度资料和NCEP/NCAR再分析风场资料,分析东太平洋暖池及经向风异常与ENSO事件的可能关系。结果表明,东太平洋暖池气候平均海表温度存在明显的季节变化特征,且与El Niño事件春季发生、夏季发展、秋季达到成熟及冬季衰亡的成长过程非常相似。经向风异常及其散度与ENSO事件密切相关。综合考虑,提出了东太平洋暖池及经向风异常（北风距平及经向风距平散度辐合）对ENSO事件发生、发展作用的概念模型:北风距平爆发通过产生北风吹洋流的作用,将东太平洋暖池暖水由北向南输送至赤道附近,从而有利于Ni?o3区海表温度上升;几乎与此同时,东太平洋暖池赤道上经向风距平散度辐合不仅能导致暖水在赤道附近堆积,而且辐合的风场对赤道附近的冷上升流有抑制作用,从而有利于Niño3区海表温度的增加,上述增温因素的叠加作用有（不）利于El Niño（La Niña）事件的发生、发展。进一步分析表明,东太平洋暖池及经向风异常仅对El Niño（La Niña）事件发生、发展起促进（抑制）作用而不起决定作用。将东太平洋暖池、经向风异常与西太平洋暖池、西风距平结合起来一并考虑,完善了El Niño事件发生、发展机制。最后,初步分析1980、1990年代El Niño事件特性差异的可能原因。     

中纬度北太平洋依赖于ENSO事件及独立于ENSO事件的变率特征:观测事实与海气耦合模式模拟

观测事实显示,在E1 Ni(?)o发生期间,伴随着赤道中东太平洋的增暖,中纬度北大平洋中部表层海温（SST）常出现冷距平,而北美大陆西海岸SST则出现暖距平。借助观测资料分析和海气耦合模式模拟两种手段,检验了北太平洋对ENSO事件的上述响应。观测证据和数值模拟都支持有关学者提出的“大气桥”概念,即大气对赤道中东太平洋SST异常增暖的响应,随后强迫中纬度北太平洋,并导致那里SST的变冷,从而起到了连接热带和热带外特别是中纬度北太平洋的“桥梁”的作用。关于其机制,本文认为主要是海洋对大气强迫的动力响应导致那里的SST变冷,尽管潜热通量的贡献也很显著。至少模式结果证明短波辐射、长波辐射和感热通量的贡献都是次要的。进一步的分析揭示,北太平洋存在着线性独立于ENSO事件的所谓“北太平洋模态”,在空间型上,它和线性地依赖于ENSO事件的模态非常相近,即它们的纬向结构都呈现出扁平的“双极”型,只是彼此间SST距平极大值的中心位置不同。模拟结果表明,北太平洋模态与大气的耦合作用,主要是通过海气热通量交换实现的,其中短波辐射和长波辐射的作用居主导地位,而潜热通量的贡献则基本可以忽略。     

Temporal and Spatial Characteristics of Intraseasonal Oscillations in the Meridional Wind Field over the Subtropical Northern Pacific

Based on the NCEP/NCAR reanalysis I daily data from 1958 to 2002, climatic characteristics of the 30-60-day intraseasonal oscillations (ISOs) of the zonal wind (u), meridional wind (v), and geopotential height (h) over global areas and especially the ISO of v over the subtropical northern Pacific are analyzed using the space-time spectrum analysis and wavelet transform methods. The results show that the ISO of v is very different from those of u and h, with the former representing the meridional low-frequency disturbances, which are the most active in the subtropics and mid-high latitudes, but very weak in the tropics. In the subtropical Northern Hemisphere, the energies of the ISOs of u and h are both concentrated on the waves with wave number of 1 and periods of 30-60 days, while the main energy of the ISO of v is concentrated on the waves with wave numbers of 4-6 and periods of 30-60 and 70-90 days. The westward propagating energies for the 30-60-day oscillations of u, v, and h are all stronger than the eastward propagating energies in the subtropics. In addition, the ISO of v is the strongest (weakest) in summer (winter) over the subtropics of East Asia and northwestern Pacific, while the situation is reversed over the subtropical northeastern Pacific, revealing a "seesaw" of the ISO intensity with seasons over the subtropics from the northwestern to northeastern Pacific. In the subtropical northwestern Pacific, the interannual and interdecadal changes of the ISO for v at 850 hPa indicate that its activities are significantly strong during 1958 1975, while obviously weak during 1976-1990, and are the strongest during 1991-2000, and its spectral energy is obviously abnormal but ruleless during the ENSO periods. However, in the 2 7-yr bandpass filtering series, the interannual changes of the v ISO over the subtropical northwestern Pacific contain distinct ENSO signals. And in the 9-yr low-pass filtering series, the v ISO changes over the subtropical northwestern Pacific are significantly out of phase with the changes of the Ni(n)o -3.4 SST, whereas the v ISO changes in the subtropical northeastern Pacific are significantly in phase with the changes of the Ni(n)o-3.4 SST.     

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.     

北太平洋海温Victoria模态与ENSO年际关系的非对称特征

利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征.研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关.然而,正负VM事件与ENSO冷暖位相在年际尺度上的联系存在着一定的...     

ENSO对冬季北太平洋水汽输送及大气河的影响

利用1979-2016年ERA-Interim再分析资料,分析了ENSO对冬季北太平洋地区水汽输送特征的影响,包括整层水汽含量、整层水汽输送及其散度和大气河频率。结果表明,在El Ni1o年冬季,东北太平洋地区的气旋式环流异常增强了自副热带太平洋向北美西海岸的水汽输送,导致区域性的水汽辐合与辐散异常;La Ni1a年冬季的水汽输送特征与厄尔尼诺年大致相反。根据尺度分解的方法,对水汽输送及其散度的异常成因进行分析,得到结论如下:除El Ni1o年黑潮及其续流区外,ENSO年冬季北太平洋的水汽输送异常主要由环流异常导致;水汽输送散度异常则主要由环流异常的散度、气候态比湿的经向梯度和异常比湿的纬向梯度三部分决定。此外,El Ni1o年冬季北太平洋大气河频率分布的向极弯曲增强,分布更加集中;而La Ni1a年冬季大气河频率分布更加分散,纬向跨度减小,经向跨度增加。     

南亚高压与西太平洋副热带高压对我国西南地区夏季降水异常的影响

利用1961～2010年全国台站观测资料中逐日平均降水资料,及同期NCEP／NCAR再分析资料,通过统计方法,研究分析了南亚高压东脊点和西太平洋副热带高压西脊点对我国西南地区夏季区域降水的影响。分析得到：对于1961～2010年我国西南地区夏季降水异常,南亚高压与西太平洋副热带高压其东西脊点之间的经距,在31候、36～37候以及45～46候,体现出明显异常特征。特别是涝年和旱年对比中,在这3个时段上存在明显差异。并且发现,31候时南亚高压东脊点与西太平洋副热带高压西脊点之间经距,与前一年的差距越大,我国西南地区该年夏季降水偏多,特别是中部与东部,效果更为显著。     

Interannual Variations in Synoptic-Scale Disturbances over the Western North Pacific

The present study investigates the interannual variation of June–November synoptic disturbance activity over the western North Pacific(WNP) and its relationship with large-scale circulation for the period 1958–2014. Two leading modes of eddy kinetic energy for the disturbance variability over the WNP are obtained by EOF analysis, characterized by anomalous eddy kinetic energy over the subtropical WNP and around the Philippines, respectively. These modes explain a large portion of the interannual variance of synoptic disturbance activity over the WNP. Both are associated with lower-level cyclonic anomalies, but with different locations: over the subtropical WNP for the first mode and over the South China Sea for the second mode. Considering the impact of ENSO on synoptic disturbance activity over the WNP, we repeat the analyses after removing the effect of ENSO, which is simply defined as the components linearly regressed onto the Ni o3.4 index, and find similar results, suggesting that the leading modes and their relationships with large-scale circulation exist without SST effects.Further analyses suggest that the meridional shear of zonal winds caused by cyclonic anomalies is crucial for maintaining the leading modes through barotropic conversion.     

Different Configurations of Interannual Variability of the Western North Pacific Subtropical High and East Asian Westerly Jet in Summer

This study investigates the circulation and precipitation anomalies associated with different configurations of the western North Pacific subtropical high(WNPSH) and the East Asian westerly jet(EAJ) in summer on interannual timescales. The in-phase configuration of the WNPSH and EAJ is characterized by the westward(eastward) extension of the WNPSH and the southward(northward) shift of the EAJ, which is consistent with the general correspondence between their variations. The out-of-phase configuration includes the residual cases. We find that the in-phase configuration manifests itself as a typical meridional teleconnection. For instance, there is an anticyclonic(cyclonic) anomaly over the tropical western North Pacific and a cyclonic(anticyclonic) anomaly over the mid-latitudes of East Asia in the lower troposphere. These circulation anomalies are more conducive to rainfall anomalies over the Yangtze River basin and south Japan than are the individual WNPSH or EAJ. By contrast, for the out-of-phase configuration, the mid-latitude cyclonic(anticyclonic) anomaly is absent, and the lower-tropospheric circulation anomalies feature an anticyclonic(cyclonic)anomaly with a large meridional extension. Correspondingly, significant rainfall anomalies move northward to North China and the northern Korean Peninsula. Further results indicate that the out-of-phase configuration is associated with the developing phase of ENSO, with strong and significant sea surface temperature(SST) anomalies in the tropical central and eastern Pacific which occur simultaneously during summer and persist into the following winter. This is sharply different from the in-phase configuration, for which the tropical SSTs are not a necessity.