BCC_CSM模式夏季关键区海温回报评估

利用国家气候中心气候系统模式(Beijing Climate Center Climate System Model, BCC_CSM)的汛期回报试验数据集, 评估了夏季中低纬度海表面温度(Sea Surface Temperature, SST)的预测能力。结果表明:该模式对夏季中低纬海温具有一定的预测能力, 且在低纬地区的预测技巧尤为出色。对太平洋、热带印度洋和北大西洋这三个关键区进一步分析发现, 该模式对不同海区海温的预测能力有所不同。其中, 模式对夏季北太平洋海温及Ni?o 3.4指数表现出显著的预测技巧, 对热带印度洋、北大西洋海温及热带印度洋全区一致海温模态(Indian Ocean Basin-wide Warming, IOBW)也表现出一定的预测技巧, 而对北大西洋海温三极子模态(North Atlantic Tripole, NAT)的技巧相对较低。研究发现, 预测技巧与前冬的ENSO状态密切相关, 当前冬位于ENSO异常位相时, BCC_CSM模式对于三大海区夏季海温的预测技巧要高于前冬位于ENSO正常位相时, 且对NAT指数也具有更高的预测技巧。前冬ENSO所处的位相对于该模式对夏季Ni?o 3.4指数及IOBW指数的预测技巧影响不明显。此外, 该模式对夏季海温的预测技巧依赖于超前时间, 预测技巧在大部分情形下超前1个月的预测技巧相对更高。     

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。     

夏季大西洋Niňo基本特征及其与中国夏季降水异常的联系

利用NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析资料、Hadley中心海表温度资料以及全国160站降水资料,运用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解和回归分析等方法,研究了夏季大西洋Niňo的变化特征及其与中国夏季降水异常的联系。结果表明:夏季大西洋Niňo是热带大西洋海温异常的第一EOF模态,其方差贡献率为33.7%,具有明显的年际变化特征。当夏季大西洋Niňo处于暖位相时,对流层低层西北太平洋地区出现明显的异常反气旋,受其影响,西太平洋副热带高压强度增强、位置西伸,中国华南地区出现显著的西南风异常,有利于西太平洋副热带高压西南侧的水汽向中国长江流域及其以北地区输送,使中国长江流域和华北地区降水增多,而中国东南沿海地区则受西北太平洋异常反气旋控制,不利于降水发生;反之亦然。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。     

Sea surface temperature anomaly in the tropical North Atlantic during El Nino decaying years

基于1979年到2016年多种再分析资料,本文分析了El Ni?o衰减年热带北大西洋的海温异常.结果表明,热带北大西洋海温在此期间呈显著变暖趋势.10次El Ni?o事件的合成结果表明热带北大西洋海温异常在El Ni?o事件峰值之后的春季达到最大值,并持续到夏季.一般而言,这种异常与三个因子有关,即El Nino,北大西洋涛动和长期趋势,能分别导致局地海温上升0.4℃,0.3℃和0.35℃.1983年和2005年的对比分析表明,尽管El Ni?o强度对春季北大西洋海温起到决定性作用,与长期趋势密切相关的前冬海温也很重要.此外,超前-滞后相关结果表明北大西洋涛动超前海温约2-3个月.比较两个冬季相反位相北大西洋涛动的年份(即1992年和2010年),表明北大西洋涛动也能调制北大西洋海温异常.冬季负位相北大西洋涛动能显著增强El Ni?o的强迫影响,反之亦然.换言之,如果北大西洋涛动与El Ni?o位相相合,衰减年北大西洋海温异常才更为显著.因此,为全面理解热带北大西洋海温变化,除长期趋势外,还必须考虑El Ni?o和北大西洋涛动的综合影响.     

太平洋年代际振荡对冬季北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR提供的再分析资料和NOAA提供的海温资料分析太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)不同位相的年代际背景下北半球海气耦合关系的异常与风暴轴协同变化的联系,主要结果如下:1)冬季太平洋年代际振荡与北半球两大洋风暴轴协同变化之间存在显著的相关关系,当PDO暖位相时,对应两大洋风暴轴南北位置反向的异常变化,其中北太平洋风暴轴偏南且中东部减弱,北大西洋风暴轴偏北且中东部增强,PDO冷位相时相反。2)PDO为暖位相时,对应El Niňo型海温异常,北大西洋海温呈三极型,平均槽脊加强,经向环流增强,极涡收缩,北太平洋风暴轴南压,大西洋风暴轴则北抬,此时欧亚大陆北部和北美大陆大部分地区温度异常升高,亚洲南部、非洲北部及巴伦支海以北的高纬温度异常降低,北美西南部和格陵兰岛附近温度也为异常降低,PDO冷位相时相反。     

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.     

东北地区冬季气温对海温异常响应的研究

利用HadISST OI海温和中国东北地区92站逐日气温资料,使用广义平衡反馈分析方法(GEFA)结合EOF分析方法(GEFA-EOF)研究了近50a中国东北地区冬季气温对海表温度异常(SSTA)的响应.结果表明:对于热带和北半球中纬度5个海盆来说,东北地区冬季气温异常与同期热带大西洋和北大西洋海温异常有密切关系,与其他海盆关系不显著;热带大西洋的"正—负—正"三极型模态(TA3)以及北大西洋纬向上"正—负—正"三极型模态(NA3)分别对东北地区冬季气温的异常偏低和偏高有显著的强迫作用,且对北部地区的强迫作用大于南部地区.热带大西洋和北大西洋对东北地区冬季气温异常影响的可能途径为:热带大西洋TA3模态通过在北半球激发的"正—负—正"的遥相关波列,致使东亚大槽移至贝加尔湖地区,有利于极地冷空气南下至东北地区,导致该地区的冷冬;北大西洋的"正—负—正"三极型模态(NA3)直接响应使得东亚大槽减弱消失,极地冷空气南下受阻,导致该地区冬季气温异常偏高.     

2009/2010年冬季中国气温异常及其对海表温度的遥响应

基于1958/1959～2009/2010年冬季全球海表温度(HadISST)和中国160站地面月平均温度等资料,利用广义平衡反馈分析方法(GEFA),分析了中国地区2009/2010年冬季气温异常型态与SST异常的关系。结果表明,热带中东太平洋El Niño型和热带大西洋“三极型”对2009/2010年冬季中国地区西南暖东北冷的异常型态(简称LN型)影响显著。 为了验证统计结果的可靠性,利用MPI(Max Planck Institute for Meteorology)全球大气环流模式ECHAM5进行气温异常型态对关键海盆SST变化响应的敏感性试验,结果表明西南地区气温异常对热带太平洋El Niño模态强迫的增暖响应在0.5℃左右;对热带大西洋“三极型”强迫的增暖响应在0.6℃左右,增暖中心的云贵高原一带最大增温幅度达到1℃。对El Niño模态、热带大西洋“三极型”的强迫,东北绝大部分地区表现出冷的响应,气温异常下降分别在0.6℃和0.45℃左右,中国东部地区气温异常型态是热带大西洋“三极型”海温异常和热带太平洋El Niño模共同强迫的结果。这两种海温异常型态使中高纬度地区西风加强,阻挡了来至高纬度地区的冷空气向南方输送,导致西南地区较常年偏暖,而东北偏冷。同时,西太平洋地区出现的海平面气压反气旋式环流异常可能削弱了东亚冬季风。     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟II：热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响。研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则。来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的“- -”的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应。换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平。北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2—3个月的时间。     

Role of tropical atlantic SST variability as a modulator of El Niño teleconnections

The present study suggests that the off-equatorial North Atlantic (NATL) SST warming plays a significant role in modulating El Niño teleconnection and its impact on the North Atlantic and European regions. The El Niño events accompanied by NATL SST warming exhibit south-north dipole pattern over the Western Europe to Atlantic, while the ENSO teleconnection pattern without NATL warming exhibits a Rossby wave-like pattern confined over the North Pacific and western Atlantic. Especially, the El Niño events with NATL warming show positive (negative) geopotential-height anomalies over the North Atlantic (Western Europe) which resemble the negative phase of the NAO. Consistently, it is shown using a simple statistical model that NATL SSTA in addition to the tropical Pacific SSTA leads to better prediction on regional climate variation over the North Atlantic and European regions. This role of NATL SST on ENSO teleconnection is also validated and discussed in a long term simulation of coupled global circulation model (CGCM).     

两类ENSO对中国北方冬季平均气温和极端低温的不同影响

利用1961-2012年观测、再分析资料以及全球大气环流模式数值试验,探讨了中国北方冬季平均气温对于不同类型（即东部型和中部型）ENSO事件的气候响应,并分析了不同类型ENSO对极端低温事件的可能影响,重点关注了北大西洋涛动（NAO）在其中的桥梁作用。结果表明,ENSO信号能通过调制北大西洋地区的大气环流改变欧亚中高纬度地区的纬向温度平流输送和西伯利亚高压的强度,进而影响中国北方冬季气温,由于不同类型ENSO事件海温分布的差异,这种影响具有明显的非线性特征。在两类厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季,北大西洋涛动均呈现负位相,不利于北大西洋的暖湿空气向欧亚大陆输送,西伯利亚高压偏强,因而中国北方地区较气候态偏冷。中部型厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季气温负异常的显著区域分别位于东北大范围地区、内蒙古河套附近;东部型厄尔尼诺事件冬季显著的冷异常信号仅局限于黑龙江北部与大兴安岭地区;而中部型拉尼娜事件冬季虽伴随北大西洋涛动正位相,但其空间结构向西偏移,对下游中国北方地区气温的直接影响并不显著,可能受局地信号干扰较大。数值试验再现了北大西洋涛动以及中国北方冬季气温对不同类型ENSO的响应,进一步佐证了上述结论。此外,两类厄尔尼诺事件冬季中国东北地区日平均气温容易偏低,极端低温事件的发生频次增多;而两类拉尼娜事件对极端低温的影响较弱。      

Prediction skill of monthly SST in the North Atlantic Ocean in NCEP Climate Forecast System version 2

This work evaluates the skill of retrospective predictions of the second version of the NCEP Climate Forecast System (CFSv2) for the North Atlantic sea surface temperature (SST) and investigates the influence of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and North Atlantic Oscillation (NAO) on the prediction skill over this region. It is shown that the CFSv2 prediction skill with 0–8 month lead displays a “tripole”-like pattern with areas of higher skills in the high latitude and tropical North Atlantic, surrounding the area of lower skills in the mid-latitude western North Atlantic. This “tripole”-like prediction skill pattern is mainly due to the persistency of SST anomalies (SSTAs), which is related to the influence of ENSO and NAO over the North Atlantic. The influences of ENSO and NAO, and their seasonality, result in the prediction skill in the tropical North Atlantic the highest in spring and the lowest in summer. In CFSv2, the ENSO influence over the North Atlantic is overestimated but the impact of NAO over the North Atlantic is not well simulated. However, compared with CFSv1, the overall skills of CFSv2 are slightly higher over the whole North Atlantic, particularly in the high latitudes and the northwest North Atlantic. The model prediction skill beyond the persistency initially presents in the mid-latitudes of the North Atlantic and extends to the low latitudes with time. That might suggest that the model captures the associated air-sea interaction in the North Atlantic. The CFSv2 prediction is less skillful than that of SSTA persistency in the high latitudes, implying that over this region the persistency is even better than CFSv2 predictions. Also, both persistent and CFSv2 predictions have relatively low skills along the Gulf Stream.     

冬季赤道太平洋不同类型海温异常表征指数的再构建

利用1963—2013年Hadley中心月平均海表温度资料,以及NCEP/NCAR再分析资料,根据两类厄尔尼诺事件发生时北半球冬季赤道太平洋地区海温异常的不同空间分布特征,即赤道中太平洋CP型和东太平洋EP型海温异常空间分布,从寻找与之相似的空间型角度出发,设计了一组新的海温异常指数I_(CP)和I_(EP)。与以往ENSO指数相比,新指数组I_(CP)和I_(EP)不仅表示了空间上相互独立的海温异常分布,而且在相同的研究时段内,因时间域上相互独立而能更好地表征和区分两类El Ni?o/La Ni?a事件。据此,采用该新指数组探讨了与中部型和东部型海温异常事件相关的热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,与传统的东部型El Ni?o事件发生时最大暖海温中心位于赤道东太平洋地区不同,中部型El Ni?o事件,异常增暖中心位于赤道中太平洋。中部型时异常Walker环流的上升支向西偏移,异常降水集中于热带中太平洋,不似东部型时异常限定于赤道东太平洋地区。不论哪类事件,海洋性大陆均可受到影响,即CP或EP型El Ni?o发生时,海洋性大陆区域降水偏少。但比较而言,中部型ENSO对海洋性大陆区域的影响更大。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

Influence of Springtime Atlantic SST on ENSO: Role of the Madden–Julian Oscillation

Increased evidence has shown the important role of Atlantic sea surface temperature (SST) in modulating the El Niño–Southern Oscillation (ENSO). Persistent anomalies of summer Madden–Julian Oscillation (MJO) act to link the Atlantic SST anomalies (SSTAs) to ENSO. The Atlantic SSTAs are strongly correlated with the persistent anomalies of summer MJO, and possibly affect MJO in two major ways. One is that an anomalous cyclonic (anticyclonic) circulation appears over the tropical Atlantic Ocean associated with positive (negative) SSTA in spring, and it intensifies (weakens) the Walker circulation. Equatorial updraft anomaly then appears over the Indian Ocean and the eastern Pacific Ocean, intensifying MJO activity over these regions. The other involves a high pressure (low pressure) anomaly associated with the North Atlantic SSTA tripole pattern that is transmitted to the mid- and low-latitudes by a circumglobal teleconnection pattern, leading to strong (weak) convective activity of MJO over the Indian Ocean. The above results offer new viewpoints about the process from springtime Atlantic SSTA signals to summertime atmospheric oscillation, and then to the MJO of tropical atmosphere affecting wintertime Pacific ENSO events, which connects different oceans.     

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...     

INTERANNUAL VARIABILITY OF WINTER AND SPRING PRECIPITATION IN SOUTH CHINA AND ITS RELATION TO MOISTURE TRANSPORT

The interannual variability of winter and spring precipitation in South China(SC)and its relation to moisture transport are investigated by using the monthly precipitation data of NMIC,NCEP reanalysis datasets and NOAA ERSST analysis datasets from 1960 to 2008.The results show that winter and spring precipitation in SC is less than normal from the 1960s to the start of the 1970s and from the end of the 1990s to the present.Most of rainfall anomalies on the whole regional scale of SC is well in phase during winter and spring,and the frequency of persistent drought is higher than that of persistent flood.Seasonal variations of moisture transport differences of SC between persistent drought and flood events are observed:the differences in winter are characterized by moisture transport from Bay of Bangle(BOB)and South China Sea(SCS),while differences in spring are characterized by that from SCS and North China(NC).There are two types of Ni o3.4 sea surface temperature anomaly(SSTA)related to persistent winter and spring drought(flood)events in SC,which are positive SSTA next to Ni o4(Ni o3)and negative SSTA next to Ni o3(Ni o4).Moreover,the variations of moisture transport from BOB and SC have important effects on persistent drought/flood in SC when the Ni o3.4 index is in the positive phase,while those from western North Pacific(WNP)-SC in winter and those from Philippine Sea(PHS)-SC and NC in spring primarily contribute to persistent drought/flood events in SC when the Ni o3.4 index is in the negative phase,and these stronger(weaker)moisture transports are observed in persistent flood(drought)during winter and spring regardless of the Ni o3.4 index.In conclusion,with the correlation between variations and distributions of Ni o3.4 SSTA and persistent drought/flood events in SC,moisture transport is responsible for the formation of precipitation anomalies.In addition,the moisture transport from SCS is most significantly correlated with persistent drought/flood events during winter and spring.