风应力的旋转和辐散分量在ENSO循环中作用的数值试验研究

将 1 960～ 1 991年的月平均 FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分 ,分别用以强迫模式海洋。所用的模式为一个 2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明 ,就季节变化而言 ,不论是用旋转分量还是散合分量强迫海洋 ,都不能产生合理的冷舌 ,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一 ,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善。若采用气候平均的含有季节变化的风应力 (未对旋转和辐散分量进行分离 ) ,则可产生与实际相符的海表温度分布。在此基础上 ,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分 ,通过对海洋的强迫 ,可产生海表温度异常。在年际异常旋转分量的强迫下 ,可产生较强的 SSTA振荡且具有明显的 ENSO周期 ;而在辐散辐合年际异常风应力的强迫下 ,则产生较弱的 SSTA,且振荡频率较高 ,ENSO周期不很明显。这些结果说明 ,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成中具有不同的作用 ,即合理的冷舌分布需要风应力旋转分量和散合分量同时作用于海洋方可产生 ,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的 EL Nino/ La Nina现象。同时 ,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的 ,但在 EN-SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。     

海洋对ENSO和其他时间尺度上风应力振荡的响应

利用带通滤波方法，将FSU风应力资料分离成ENSO时间尺度上的分量及其剩余部分，将这两部分分别作用于模式海洋（2层热带太平洋区域模式），研究海洋对不同时间尺度大气变化的响应。结果表明：尺管ENSO时间尺度上的风应力分量只占风应力扰动总方差的30％左右，它却能激发出全部异常风应力强迫海洋时所产生的El Nino/La Nina现象和十分相近的SSTA变化周期与振幅。而其余占总异常风应力方差60％以上的部分强迫海洋仅能产生振幅较小的海表温度异常，在非ENSO和ENSO时间尺度上的风应力强迫下，海洋中可产生相近振幅的Kelvin波，但SSTA振幅却存在显著差别，表明海洋对大气扰动信号的频率非常敏感，这里从理论上对该现象作了解释和说明。     

对流层上层定常波异常遥相关型的维持机制

用ＥＣＭＷＦ１９８０－１９８８年的资料和主成份分析方法研究了北半球冬季定常波月平均异常的空间结构和时间变化，分析了对应主要异常型的由辐散风和瞬变涡度通量的异常引起的涡度源异常，并用正压模式研究了涡度源异常在这些异常型维持中的作用。结果表明，瞬变的涡度通量辐合的异常有抵消辐散风所产生的涡度源异常的趋势；单独考虑辐散风异常作为强迫所产生的环流异常与遥相关型的结构和强度相差很大，但如果将瞬变涡度通量辐合的异常也包含到强迫源中，则强迫出来的环流异常会有很大改善     

赤道太平洋区域风应力与海表温度年际异常的奇异值分解

用向量场奇异值分解方法分析了赤道太平洋区域风应力场与海表温度场年际异常的相关联系。结果表明,最主要的一对奇异向量与ENSO循环关系密切,其主要特征为赤道中、东太平洋风应力向赤道的异常辐合（辐散）与该区的SST异常升高（降低）准同步变化。对70和80年代的4次 El Ni?o事件中标准化风应力异常场的分析表明,它们均表现出赤道中、东太平洋的辐合。这一结果可能比用信风张弛描述ENSO循环中的环流异常更合理和更具代表性。     

赤道太平洋次表层要素变化特征及其与表面风应力关系

利用EOF方法，讨论了赤道太平洋次表层海温、异常散度、表面风应力和纬向流的变化特征及其相互关系。结果表明：赤道太平洋次表层要素场EOF的前2个主分量占其总量的主要部分，第2主分量的变化超前第1主分量8月左右；次表层温度、异常散度、表面风应力基本同步变化且超前纬向流变化3～4月。推断其可能关系为：赤道太平洋表面西（东）风应力异常一赤道太平洋海水次表层上层异常辐合（辐散）、下层异常辐散（辐合）一海水异常下沉（上翻），使得次表层海水温度的异常升高（降低），并促使次表层纬向海流的异常向西（东）。     

“暖北极—冷欧亚”模态的年代际变化及其与北大西洋海温的联系

本文利用美国航空航天局戈达德空间研究所地表气温、美国国家海洋和大气局—环境科学协作研究所20世纪再分析资料,以及第六次国际耦合模式比较计划的多模式Historical试验结果,去除外强迫影响后,研究1910/1911～2019/2020年冬季（DJF）欧亚中高纬地区“暖北极—冷欧亚”（WACE）模态的年代际变化特征及其物理原因。结果表明:WACE具有显著的年代际变化,在WACE正位相时期,乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于热量向极区输送使得极区出现异常暖平流,且水汽向极区输送导致极区水汽辐合,向下长波辐射增加,另外对流活动增强导致潜热释放,进而极区温度上升。与此同时,极涡及欧亚大陆西风减弱且乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于冷空气侵袭欧亚大陆造成异常冷平流,且欧亚地区水汽辐散,向下长波辐射减少,对流活动减弱进而潜热释放减少,导致欧亚大陆温度降低。最后利用CAM3.0大气环流模式模拟了北大西洋海温正异常对WACE的影响,模式结果与统计结果相符合,进一步说明了北大西洋海温正异常可以通过强迫低层与高层大气环流异常,导致极区水汽辐合,欧亚大陆水汽辐散,进而影响WACE的年代际变化。     

中国东部夏季水汽输送的年代际变化特征

基于1948—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用9 a滑动平均、EOF分析及合成分析方法,研究了我国东部夏季水汽输送的年代际变化特征。结果表明:6—8月水汽输送由强转弱发生在1975年前后,水汽输送异常显著区域主要位于东部地区;6月南海到我国东部地区的水汽输送存在年代际变化,7月孟加拉湾、南海和西太平洋(8月印度洋、南海和西太平洋)到我国东部的水汽输送同样存在年代际变化;6—8月年代际变化前后水汽输送矢量分布与相应月份水汽输送通量年代际特征向量场的空间分布基本一致;显著的水汽通量散度辐合区位于华中以西经华北到东北地区,长江以北水汽辐合(辐散)异常显著区域由风场的辐合(辐散)异常和水汽平流异常共同造成,长江以南地区水汽辐合(辐散)异常显著区域主要由风场的辐合(辐散)异常造成。     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 I. 数值模拟

基于低阶大气环流谱模式，本文设计了太平洋及印度洋4个不同海域的海表温度异常试验，去研究大气环流及降水对热带海表温度异常强迫作用的“同时”性响应。结果表明尽管暖性的海表温度异常均激发出低空辐合及高空辐散，但在不同海域所激发的异常流场却差异甚大。不过降水异常均发生在海表温度异常区及其毗邻处。它在对称的SSTA区的分布一般是非对称的。对水汽收支的分解分析表明，海表温度异常区异常降水的大小主要由异常的低空辐合决定，而异常降水的分布形态则由异常的水汽平流过程所决定。由于异常的低空辐合及异常的水汽平流过程主要发生在海     

与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构

利用多年逐月海温距平和风应力距平观测资料,运用线性回归和EOF分析方法,分析了与ENSO相联系的热带太平洋典型风应力异常场结构。结果显示,与ENSO线性相关的风应力异常场在时间尺度上表现为低频变化,在水平结构上主要表现为四个典型分布。其中,分布型1主要表现为日界线以东赤道地区东风异常和赤道风应力场辐散;分布型2主要表现为日界线以东赤道地区西风异常和经向异常风应力向赤道气流;分布型3主要表现为日界线以东赤道偏南地区西风异常和风应力场辐合,日界线以西为东风异常;分布型4主要表现为160°W以东的弱东风异常和160°W以西的西风异常。与ENSO线性无关的风应力场主要表现为高频过程,在水平空间结构上其典型场主要位于赤道外地区。还用与ENSO有关的那部分回归风应力异常场强迫海洋距平模式,成功地再现了ENSO的主要信号。这表现观测揭示的典型风应力异常型对于El Nino的产生是根本性的。      

降水对热带海表温度异常的邻域响应 I．数值模拟

基于低阶大气环流谱模式，本文设计了太平洋及印度洋４个不同海域的海表温度异常试验，去研究大气环流及降水对热带海表温度异常强迫作用的“同时”性响应。结果表明尽管暖性的海表温度异常均激发出低空辐合及高空辐散，但在不同海域所激发的异常流场却差异甚大。不过降水异常均发生在海表温度异常区及其毗邻处。它在对称的ＳＳＴＡ区的分布一般是非对称的。对水汽收支的分解分析表明，海表温度异常区异常降水的大小主要由异常的低空辐合决定，而异常降水的分布形态则由异常的水汽平流过程所决定。由于异常的低空辐合及异常的水汽平流过程主要发生在海表温度异常区及毗邻处，因此，降水对热带海表温度异常的响应基本Ｌ是一种邻域响应。它发生在气候平均低空气流沿海表温度异常的下风方向，或在海表温度异常所激发的低空异常气流沿气候平均海温降低的方向。