南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心（ECMWF）海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法（EOF）、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明：南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势, 呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

MPI-ESM-LR模式中RCP8.5情景下春季北极海冰突变对东亚夏季降水的影响

利用MPI-ESM-LR模式RCP8.5情景下海冰浓度、降水、海表面温度、500 hPa位势高度和850 hPa风场等数据,对比分析了一次北极海冰突变前后春季海冰与东亚夏季降水关系的差异,并探究其可能成因。结果表明:1)北极海冰突变导致北极海冰浓度(Sea Ice Concentration,SIC)和ENSO对东亚夏季降水的影响均发生变化。突变前SIC和ENSO共同影响降水年际变化;突变后ENSO主导降水EOF的第一模态,SIC主导降水EOF的第二模态;2)北极海冰突变前,ENSO和SIC通过500 hPa经向波列,影响整个东亚地区的850 hPa风场,最终导致三极子型降水模态。突变后,ENSO通过500 hPa经向波列,影响华南地区的850 hPa风场,导致降水的偶极子空间模态,从而主导降水EOF的第一模态;同时SIC通过东亚地区500 hPa纬向波列,影响北方850 hPa风场,最终主导降水EOF的第二模态。3)北极海冰突变后,ENSO和SIC对东亚夏季降水的影响存在区域差异。北极海冰突变前,ENSO和SIC共同影响南北方降水;北极海冰突变后,SIC主要影响北方降水,ENSO主要影响南方降水。     

夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与AO和ENSO的联系

使用NCEP-NCAR月平均再分析资料,研究了夏季纬向平均气流变动的主要模态及其与北极涛动(AO)和ENSO的联系,探讨了夏季[u]主要模态维持的可能机制。结果表明,北半球夏季纬向平均[u]的异常分布表现为两个主要模态。EOF1反映了与AO相对应的纬向平均[u]的分布,EOF2反映了与ENSO相对应的纬向平均[u]的分布。周期分析显示了EOF1、EOF2分别具有与AO及ENSO相似的周期。滞后相关分析表明,除了夏季之外的其他季节EOF1与ENSO存在显著相关,而EOF2与AO亦存在显著相关。夏季,EOF1与ENSO、EOF2与AO的同期相关量值小且不显著。这些说明,北半球夏季纬向平均气流变化的主要模态可以有效分离,其分别代表了AO和ENSO有关的信号。这对于更好地理解AO和ENSO的全球影响具有重要意义。利用准地转无加速定理,发现EOF1和EOF2对应的时间系数高低值年的E-P通量散度的合成差值场分别与纬向平均[u]的EOF1、EOF2分布表现出很好的对应关系,其中行星波对纬向平均气流主要模态的维持起着主要作用。余差环流与E-P通量散度分布型相似,量值相当,但符号相反。在一些地区,大气涡动的摩擦耗散也起着一定的作用。这些平衡了波动的能量输送作用,使纬向平均[u]的结构得以维持。     

10月份热带印度洋海气耦合的统计动力诊断

本文将热带印度洋10月份的大气风场和海洋上层流场看作一个整体, 对其作了动力统计诊断, 即作了复EOF分析, 考察了其年际和年代际变化, 并揭示其与印度洋偶极子 (IOD) 和ENSO的关系。结果表明: 在同一模态中, 海洋模态表现出很强的赤道俘获现象, 而大气则无此现象; 第一模态为印度洋偶极子模态; 第二模态为ENSO前期在印度洋的延伸模态。前2个模态的风场都揭示了Walker环流异常的结构; 印度洋海温的年际变化主要取决于印度洋地区的海气耦合状态, 但太平洋的ENSO循环对其也有一定影响。     

春季东海黑潮锋影响强对流的个例分析

利用卫星观测和再分析资料,研究了2018 年 4 月 30 日东海黑潮海面温度锋(黑潮锋)影响低云突破边界层发展为对流云团,并导致强降水的过程。结果表明：(1)29 日 12 时东海 500 hPa 上受短波槽控制,低空处于高低压之间的偏南气流中;黑潮锋大气边界层稳定,有利于低云发展。 (2)黑潮锋的暖水侧向大气不断输送热量和水汽,稳定性减弱;而冷水侧对大气的冷却作用显著, 大气稳定性增加。(3)经过约12 h 的调整,黑潮锋通过垂直混合机制强迫表层风速发生变化,在黑潮锋上空形成风速辐合,叠加背景辐合场,导致辐合明显增强。(4)受平流效应影响,黑潮锋上空大气增湿增温,抬升凝结高度降低。(5)潜热释放与低空辐合之间形成正反馈,最终导致对流云团发展,降水强度显著增强。     

ENSO事件发展的时空特征

本文利用1951—1988年10°S—50°N太平洋SST资料与EOF分析方法对ENSO事件的发展过程与循环的时空特征进行了分析.分析结果表明EOF第一主分量时间系数的变化可以很好地表示SST距平变化与ENSO事件的发生.并且,第一主分量空间函数分布的变化揭示了一种ENSO事件增温是春季首先始于赤道东太平洋沿岸,随后向西传播到赤道中太平洋的增温过程;而第二主分量空间函数分布的变化揭示了另一种ENSO事件可增温首先始于赤道中太平洋,然后向东传播到赤道东太平洋的增温过程.分析结果还表明,ENSO事件的强度是强弱相间,其周期平均大约为4年左右. 本文还比较了80年代热带太平洋SST的变化及所发生的两次ENSO事件与其它年代所发生的ENSO事件的差别.     

近10年台湾海峡海面风场的时空特征变化动态分析

利用台湾海峡ASCAT海面风场数据和气象观测资料,通过EOF和统计方法综合分析台湾海峡海面风场2007—2017年10年的时空模态变化特征,使用Mann-Kendall法和滑动t-检验法对10年间海面风速进行突变检验,对台湾海峡海面风场季节变化时空特征进行分析研究。(1) “狭管效应”在台湾海峡海面风场上呈现明显的季节性特征,其中春季、秋季和冬季海面风场季节性特征显著,夏季表现不明显。受台湾岛地形和季风环流影响,台湾岛南北两端海面易出现风速增强的角流区,岛中央山脉背风区易出现低风速尾流区。(2) 10年间台湾海峡海面月平均风场EOF空间模态受台湾岛地形影响显著,台湾海峡海域为异常值偏差中心,易发生风速突然增幅和风向改变。时间模态大体表现为季节性振荡型变化,振幅在10年中表现为不活跃,呈逐年递减趋势。(3) Mann-Kendall法和滑动t-检验法等方法的突变检验结果表明风速并未发生显著性突变,10年间台湾海峡海面风速特征表现为从正相位向负相位的改变,且随着趋势持续加大,将可能发生风速突变。      

1961～2013年中国蒸发皿蒸发量时空分布特征及其影响因素

分析了1961～2013年中国1302个台站的蒸发皿蒸发量（Pan Evaporation,PE）的时空分布特征并探讨了影响PE变化的主要气候因子。结果表明:站点平均PE在全年和四季都呈明显下降趋势,且在1978年发生了突变。PE在华北平原、新疆、广东、广西及海南等地呈现出显著的下降趋势,而在福建、浙江和贵州等地为显著上升的趋势。用年平均PE距平场经验正交函数做经验正交函数（EOF）分解得到:在第一模态（EOF1）中,1981年时间系数由负转正,EOF1的空间模态与PE的变化有较好的一致性;第二模态（EOF2）中PE距平呈南北反向分布,2002年以后PE在北方减小,在南方增大。通过计算PE与近地面5个气象因子（降水、气温、风速、湿度、日照时数）的偏相关系数后发现:除了降水外,其余4个因子都和PE有很好的相关性。风速与PE为显著正相关,且相关系数最大的区域与EOF1中PE变率最大的区域吻合;相对湿度与PE为显著负相关;PE与气温的相关系数都为正值,且相关系数最大的区域对应于PE显著增加的地区,而与日照时数的相关系数在除春季以外的其他季节都大于0.6。进一步分析发现,风速和日照时数与PE的关系受两个气象因子的线性趋势影响较大,以此推断出PE的下降趋势应该很大程度是受风速和日照时数减小的影响。此外,干旱发生时,PE明显偏大,降水、气温、湿度和日照时数的变化也都对PE增大有明显的贡献,PE对干旱有很好的指示作用。     

费尔干纳盆地1950-2019年降水时空变化及其影响机制

基于1950-2019年费尔干纳盆地降水格点数据,利用线性回归法和经验正交函数（EOF）分析等方法,探究了费尔干纳盆地降水年际变化的影响因素及其空间分布模态,并研究了降水时空变化后的大尺度环流影响因素。结果显示：（1）1950-2019年,费尔干纳盆地降水总体呈下降趋势,为-2.20mm/10a,但并未通过显著性检验,同时对单个月份的降水进行检验也都未发现明显趋势。（2）费尔干纳盆地降水的主要模态有两个,解释了全区降水变化的70.52%,第一模态解释了全区降水变化的59.90%,空间向量场呈现全区一致型,表征研究区整体的降水变化情况,受到ENSO和西风带的影响;第二模态解释了全区降水变化的10.62%,空间向量场表现出从西北到东南的空间反相模态,表征研究区降水空间异质性,受到欧亚大陆北部输送的水汽影响。（3）厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）事件通过调整水汽输送路径和季风环流模式影响了费尔干纳盆地的降水变化;来自欧亚大陆北部的气流是造成费尔干纳盆地降水空间格局差异的主要原因。     

印度与东亚夏季风环流对ENSO及其年代际异常响应的数值研究

根据诊断分析结果,利用LAGS改进的L9R15气候谱模式,设计了3个数值试验,讨论了不同的年代际背景下ENSO异常对亚洲夏季风环流的影响。研究表明不同背景的ENSO异常与亚洲夏季风活动存在密切的关系。在冷背景条件下,当ENSO处于发展时,印度夏季风偏弱,风速较小,降水量偏少。而东亚夏季风偏南气流较强,受低气压控制,有利于气流辐合,降水量偏多。在ENSO衰减期,印度夏季风仍偏弱,风速偏小,具有干旱的趋势,而东亚夏季风区大陆仍为低气压控制,风速略有减小,降水量比正常年多,而比ENSO前一年有减少的趋势。在暖背     

登陆中国热带气旋入海强度变化的统计特征

利用1949—2006年热带气旋资料分析登陆中国又入海的热带气旋(LSTC)的强度变化,重点给出明显加强的LSTC(RLSTC)发生频率、时空分布、路径及强度演变特征。主要结论:(1)LSTC入海有24%加强,主要在我国海域,也有少部分进入朝鲜海峡、日本海和鄂霍次克海加强;登陆大陆入海加强的比率明显高于登陆台湾或登陆海南的比率。(2)RLSTC年平均有0.7个,逐年代减少,8月最多。(3)中心最低气压和最大风速加强最强的月份分别在8月和10月、加强最强的海域分别在南海和东黄海。(4)登陆时强度为强热带风暴的最多;其路径除了移向稳定者外,在南海和北部湾还有迂回盘转式。(5)明显加强主要发生在入海时刻,很少持续明显加强。进入东黄海的RLSTC以最大风速先于中心气压变化或仅有风速加强的情况居多,进入南海、北部湾入海后的风速、气压基本同步加强,迂回路径可在入海后72～132小时还会加强。     

近50a东北冷涡暴雨水汽源地分布及其水汽贡献率分析

用HYSPLIT v4.9轨迹追踪模式,以分辨率为2.5°×2.5°的再分析资料驱动模式,对东北地区308例冷涡暴雨过程中的目标气块,进行后向轨迹追踪模拟。结果显示东北冷涡暴雨主要有4个水汽源地,(Ⅰ)西太平洋及相邻海域(包括鄂霍次克海、日本海、黄海、渤海和东海)水汽贡献率最大,平均水汽贡献率达39.8%;依次是(Ⅱ)孟加拉湾—南海海域为32.1%;(Ⅲ)欧亚大陆,尤其是贝加尔湖附近为20.9%;(Ⅳ)东北地区的水汽贡献率最小,仅为7.2%。欧亚大陆主要输送700 hPa高度附近的干冷气团,而各海域则输送800 hPa高度以下的暖湿气团。     

海表面盛行风背景下大气对黑潮海洋锋的响应特征

采用一系列高分辨率的卫星资料,应用高通滤波等方法,研究了春季不同海表面盛行风背景下,东海黑潮海洋锋区附近的海气关系。观测分析表明:在东海,春季3种不同海表面盛行风条件下海表面温度与海表面风速之间都存在明显的正相关关系,表现为海洋对大气的强迫作用。大气对海洋锋的响应在3种不同盛行风条件下也存在明显的差异。在西北盛行风和东南盛行风背景下,即当风向垂直于海洋锋由冷侧(暖侧)吹向暖侧(冷侧)时,海表面风的辐散(辐合)出现在海洋锋上空。同时,海洋锋对海平面气压(SLP)、降水和对流活动的影响较弱,表明大气对海洋锋的响应主要局限在大气边界层内。在东北盛行风背景下,即当风平行于海洋锋时,在海洋锋的暖(冷)水侧上空为海表面风的辐合(辐散),并与SLP的异常低(高)值相对应,主要雨带出现在黑潮暖舌上空。无论从总降水还是层云、对流降水频次的空间分布来看,盛行东北风时,海表面温度对其上雨带的影响最为明显。分析结果还表明,在不同盛行风背景下,海洋锋附近的海气关系由不同的物理机制在起主导作用。当盛行平行于海洋锋的东北风时,主要由SLP调整机制起作用;而盛行垂直于海洋锋的西北风时则主要由垂直混合机制起作用。     

ENSO对黑潮海区风应力异常影响的初步探讨

利用近50a黑潮海区风应力场与Nino3区海温指数序列进行相关分析后发现,ENSO对黑潮海区经向风应力影响的“关键时段”为秋、冬季至次年初夏时期,对纬向风应力影响的“关键时段”为冬季至次年春季。黑潮海区风应力距平场与赤道中东太平洋SSTA场的扩展SVD分析及相应的合成分析揭示了ENSO期间黑潮海区风应力异常结构的演变：秋季,中国的东海、琉球群岛附近海域首先出现南风应力异常;冬季,吕宋岛以北、台湾以东的海域出现西南风应力异常,其影响范围和强度在次年2月前后达到最强,其后迅速减弱,至5月,风应力异常基本消失。赤道中东太平洋SSTA对黑潮海区经向风应力异常的影响范围较大,强度更显著。     

Individual and combined impacts of ENSO and East Asian winter monsoon on the South China Sea cold tongue intensity

A region of low sea surface temperature (SST) extends southward in the central part of southern South China Sea during boreal winter, which is called the South China Sea cold tongue (SCS CT). The present study investigates the factors of interannual variation of SST in the SCS CT region and explores the individual and combined impacts of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and East Asian winter monsoon (EAWM) on the SCS CT intensity. During years with ENSO alone or with co-existing ENSO and anomalous EAWM, shortwave radiation and ocean horizontal advection play major roles in the interannual variation of the SCS CT intensity. Ocean advection contributes largely to the SST change in the region southeast of Vietnam. In strong CT years with anomalous EAWM alone, surface wind-related latent heat flux has a major role and shortwave radiation is secondary to the EAWM-induced change of the SCS CT intensity, whereas the role of ocean horizontal advection is relatively small. The above differences in the roles of ocean advection and latent heat flux are associated with the distribution of low level wind anomalies. In anomalous CT years with ENSO, low level anomalous cyclone/anticyclone-related wind speed change leads to latent heat flux anomalies with effects opposite to shortwave radiation. In strong CT years with anomalous EAWM alone, surface wind-related latent heat flux anomalies are large as anomalous winds are aligned with climatological winds.

     

中国沿海风能分布特征及其影响因子的数值模拟

利用欧洲中期天气预报中心0.75°×0.75°再分析资料,对中国海岸线两侧相邻区域内的风能、风速进行研究,讨论不同季节、不同区域风能、风速的分布特征;利用WRF(Weather Research Forecast)模式模拟海表面温度上升和城市化发展对中国东部沿海风能的影响。结果表明:1)中国沿海风能的时空分布不均一,季节变化明显。春季渤海湾区域风能明显大于其他三区(华东沿海、东南沿海和南海北部沿海区域)。夏季渤海湾区域风能显著小于其他三区,而华东沿海区域风能稍大。秋季东南沿海和南海北部沿海区域风能较大。冬季沿海四区风能大小接近。一般而言,秋冬季风能较大、春夏季风能较小,夏季风能显著小于冬季。2)不同区域、不同季节风速的年际变化存在明显差异。除冬季东南沿海区域风速有增大趋势外,其他区域各季节风速都呈缓慢减小趋势,但减小幅度很小。3)海表温度升高在不同季节对风速的影响不同。春季渤海湾和山东半岛、北部湾沿海及杭州湾风速随海温升高而增强。夏季海温升高幅度不同,则风速显著变化区域不同,但大部分沿海区域风速随海温升高而增强。秋冬季风速随海表温度升高而增强,影响区域较稳定:秋季东南沿海和华东沿海区域风速增强,冬季渤海湾和南海北部沿海区域风速增强。4)城市化发展增大了地表摩擦力,使得夏秋季登陆我国的热带气旋迅速减弱,沿海风速随之减小。     

近海面风场对黄东海域海平面特征影响的分析与模拟

基于1993—2012年TOPEX/Poseidon(T/P)卫星海平面异常SLA(Sea Level Anomaly)数据和FSCR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析风场资料,分析黄东海域近20 a海平面的时空分布特征,尤其是不同时间尺度风场影响的变化特征,进而通过区域海洋模式对海面高度短期变化的可能机制进行探讨。结果表明:1)黄东海域海平面多年平均状态为南高北低,近海面季节性风场在岸线分布和海水热膨胀特征下,造成海面冬春季偏低,夏秋季偏高。近20 a黄东海域平均风速逐步减弱,平均海面上升速率为2.9 mm/a。2)风场的短期活动主要为灾害性大风,统计显示冬夏寒潮大风和台风大风均呈频数减少、强度增强的趋势。运用FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)模拟分析台风和寒潮作用下黄东海域海平面的变化,发现台风强风可形成辐散式海流气旋式涡旋,对应海面为下凹负值中心;北路寒潮大风可形成海流反气旋式涡旋,对应海面为上凸正值中心。两类涡旋的强海流部分增强了海面倾斜度。3)强海流部分动能和动量迅速向海水深部下传,无论在深度和强度上,寒潮造成的海流涡旋动能和动量下传比台风涡旋更迅速,更强。这与寒潮降温引起的海洋层结不稳定对流作用有关。     

环渤海区域强风过程的气候特征模拟分析

采用欧洲中期天气预报中心ERA-interim再分析资料驱动WRF模式,对环渤海区域1981—2012年123次强风过程进行了模拟,并对不同天气系统形势下环渤海区域强风过程的气候特征进行了分析,得到以下结论：1）WRF数值模式可以较好地模拟环渤海区域强风过程的发展演变特征。2）西北路冷锋过程引起的环渤海区域强风强度较其他过程偏强,强风集中在辽东半岛西部、渤海海峡和山东半岛东部。黄河气旋引起的强风过程与冷锋相比,分布特征有着明显的不同,强风主要集中在山东半岛东部及黄海海域,渤海海域的强风相对偏弱。3）强风过程存在明显的季节变化,秋冬季强风持续时间长,风速大,春季次之,夏季最弱。4）强风过程在渤海海域的最大风速呈增加趋势,而在渤海海峡以东海域和山东半岛南部呈减小趋势。     

我国近海和邻近海的海洋环境对最近全球气候变化的响应

鉴于全球气候变暖对海洋环境和海洋生态及对经济和社会可持续发展影响的严重性,作者首先利用ERA-40再分析的风场资料以及HadISST 和SODA等海洋高分辨率再分析资料,分析了近50年来全球气候变化对中国近海(包括渤海、黄海、东海和南海)和邻近海(主要是热带和副热带西太平洋)海面附近的风力、海表纬向和经向风应力和海表温度的影响.分析结果表明: 由于受全球气候变暖的影响,1976年之后中国近海和邻近海上空的冬、夏季风变弱,从而引起中国近海冬、夏季海表风应力减弱(尤其是经向风应力),而海表水温明显上升; 并且,冬、夏季海表风应力的减弱和海水温度的上升在中国东海反映尤其明显,这些为中国近海赤潮的频繁发生提供了有利的海洋环境.此外,从中国近海上空环流散度分布的变化可见,中国近海上空从1976年之后大气环流辐散增强,这不利于中国近海上升流的形成,从而会对沿岸水域营养盐的输送产生影响.