不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950～2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋) 海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式, 进行了多组长时间积分试验, 对比观测资料, 讨论了这些海域海表温度异常 (SSTA) 对西北太平洋副热带高压年代际变化的影响。结果表明: 全球、 热带、 热带印度洋－太平洋和热带印度洋海表温度变化均对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化有重要作用, 即在这些海域的海表温度变化影响下, 西北太平洋副热带高压均在1970年代中后期发生了年代际变化, 其后副高面积增大、 强度增强、 位置偏西、 偏南, 这与观测结果较一致; 热带太平洋海表温度变化对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化也有重要作用, 在其作用下, 夏季西北太平洋副热带高压的强度、 面积在1960年代后期发生年代际变化, 南界在1970年代中后期发生年代际变化, 这些时段以后副高强度增强、 面积增大、 偏南; 热带印度洋海表温度驱动模拟的西北太平洋副热带高压变化比热带太平洋海表温度驱动模拟的副高更接近于观测结果, 且年代际变化更显著, 其差异的可能原因在于两区海表温度在1970年代中后期以后的年代际变化能在孟加拉湾〖CD*2〗中国东南沿海区域强迫产生的异常环流不同, 前者强迫产生出反气旋性环流异常, 有利于副高的增强、 面积增大和西伸, 而后者强迫产生出气旋性环流异常, 不利于副高的西伸; 热带太平洋和热带印度洋海表温度在1970年代中后期的冷、 暖年代际背景变化对夏季西北太平洋副热带高压年代际变化有重要作用; 热带外海表温度变化对西北太平洋副热带高压年代际变化作用较小。     

2011年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文基于实时和历史观测资料,利用气候统计和气候机理诊断方法,对2011年气候异常及成因进行总结分析。结果表明,全球海洋外源强迫和大气内部动力过程共同作用下的大气环流系统组合异常,是造成2011年中国大部地区降水异常偏少,温度明显偏高,呈现暖干型气候特征的主要原因。具体表现为,拉尼娜事件在2011年夏季短暂中断后,9月再次进入拉尼娜状态;西太平洋副热带高压在5月之前异常偏弱、偏东,致使长江中下游出现严重春旱,之后副热带高压有所加强,尤其在6月异常偏强,使长江中下游地区梅雨量偏多、旱涝急转;秋季副热带高压脊线偏北、中高纬度冷空气活动阶段性活跃,致使华西、黄淮地区秋雨异常偏多;热带印度洋海温演变经历负偶极型海温模态后,夏季转为全区一致型暖海温;2010／2011年东亚冬季风偏强,2011年南海夏季风爆发偏早、结束偏晚,东亚夏季风正常偏弱;西北太平洋和南海热带气旋生成数量处于偏少的年代际时段,2011年热带气旋生成数量偏少。     

2013年影响广西热带气旋频数偏多的成因分析

使用1951—2013年NOAA OLR、NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料、中国气象局热带气旋资料,分析2013年影响广西热带气旋数量偏多的原因。结果表明：2013年6—9月西太平洋副热带高压明显偏强,西伸脊点明显偏西,脊线略偏北,同时副热带高压南侧对流活跃,降水过程潜热释放有助于副热带高压位置偏北,这种形势非常有利于热带气旋向广西移动。索马里越赤道气流强劲,在南海及菲律宾与北太平洋反气旋西南侧的东南气流相遇,形成季风槽,非常有利于热带气旋生成频数偏多。热带低频强对流带在印度洋和西太平洋活动频繁,并分别向东向西移动;赤道东太平洋海温偏低;哈得来和沃克环流较常年偏强,沃克环流上升支位置偏西,这些也可能是2013年影响广西热带气旋数量偏多的原因之一。     

2017年秋季我国北方地区降水异常偏多成因分析

根据国家气象信息中心提供的中国台站气温、降水资料,NCEP/NCAR逐日大气环流再分析资料和NOAA提供的月平均海温资料,分析了2017年秋季我国北方地区降水异常偏多的成因。结果表明2017年秋季我国降水阶段性特征明显,9—10月北方地区降水异常偏多主要受东亚环流型组合异常的影响。东亚500 hPa高度距平场从高纬至低纬呈“+-+”的异常分布,极区高度场偏高,极涡分裂偏向东北亚地区,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为显著低槽区,西太平洋副热带高压较常年偏强偏西偏北,有利于华西秋雨偏强。此外,850 hPa距平风场上朝鲜半岛的反气旋式环流异常有利于引导偏东路径的冷湿气流输送至黄河与长江之间的地区,与来自孟加拉湾和南海的暖湿气流交汇,形成水汽通量异常辐合区,造成黄淮及江淮等地降水异常偏多。进一步诊断表明热带中东太平洋海温秋季转为偏冷状态,热带太平洋地区Walker环流明显增强,有利于西太平洋副热带高压偏强西伸偏北;9—10月热带印度洋偶极子维持正位相有利于在孟加拉湾形成反气旋式环流异常,并同样有利于副热带高压西伸偏北。因此,海温外强迫信号的影响加上中高纬环流异常的共同作用造成9—10月东亚环流型异常特征,并进一步导致我国北方地区降水异常偏多。     

青岛汛期降水量与太平洋年代际振荡的关系

基于太平洋海面温度（SST）、大气环流及青岛降水量资料,分析并发现了青岛汛期（6—9月）降水量与太平洋年代际振荡（PDO）指数存在重要联系。当PDO处于冷位相时,西北太平洋区SST偏高,北美沿岸以及热带中东太平洋区SST偏低,西太平洋副热带高压偏弱偏东,脊线偏北,东亚夏季风偏强,青岛汛期降水量偏多,反之偏少。定义了一个新的太平洋SST距平指数SSTI,该指数包含了西北太平洋与热带中东太平洋SST距平反相变化的协同影响,也包含了PDO与ENSO的协同影响。与PDO指数、西北太平洋及热带中东太平洋SST相比,该指数与青岛汛期降水量相关性更好,通常SSTI正指数对应着汛期西太平洋副热带高压脊线偏北,面积偏小、强度偏弱,东亚夏季风偏强,有利于青岛汛期降水量偏多,反之偏少。SSTI指数可作为青岛汛期降水量预测的指示因子。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979-2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明:西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986-1999年为少雨期,2000-2012年为多雨期。进一步分析表明:西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚一北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。     

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

2011年8月气候异常及成因分析

在总结2011年8月我国气候异常与大气环流特征的基础上,针对西南干旱和热带气旋活动偏少两大气候异常事件的成因进行了分析。结果表明：高度场偏高、西太平洋副热带高压偏强、夏季风偏弱和水汽条件较差等大气环流异常是导致高温干旱的主要原因;中部型拉尼娜事件的滞后影响和印度洋偏暖的影响是西南干旱的重要外强迫条件。南海对流活动偏弱,菲律宾以东季风槽位置偏北,热带气旋活动区域垂直风切偏大,西北太平洋副热带高压偏强等因素导致热带气旋活动偏少。     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

VARIABILITY IN THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS RELATIONSHIP WITH SEA TEMPERATURE VARIATION CONSIDERING THE BACKGROUND OF CLIMATE WARMING OVER THE PAST 60 YEARS

By adopting characteristic index data for the Western Pacific Subtropical High (WPSH) from the National Climate Center of China, U.S. National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data, and the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sea surface temperature (SST) data, we studied the WPSH variability considering the background of climate warming by using a Gaussian filter, moving averages, correlation analysis, and synthetic analysis. Our results show that with climate warming over the past 60 years, significant changes in the WPSH include its enlarged area, strengthened intensity, westward extended ridge point and southward expanded southern boundary, as well as enhanced interannual fluctuations in all these indices. The western ridge point of the WPSH consistently varies with temperature changes in the Northern Hemisphere, but the location of the ridgeline varies independently. The intensity and area of the WPSH were both significantly increased in the late 1980s. Specifically, the western ridge point started to significantly extend westward in the early 1990s, and the associated interannual variability had a significant increase in the late 1990s; in addition, the ridgeline was swaying along the north-south-north direction, and the corresponding variability was also greatly enhanced in the late 1990s. With climate warming, the SST increase becomes more weakly correlated with the WPSH intensity enhancement but more strongly correlated with the westward extension of the ridge point in the equatorial central and eastern Pacific Ocean in winter, corresponding to an expanding WPSH in space. In the northern Pacific in winter, the SST decrease has a weaker correlation with the southerly location of the ridgeline but also a stronger correlation with the westward extension of the ridge point. In the tropical western Pacific in winter, the correlations of the SST decrease with the WPSH intensity enhancement, and the westward extension of the ridge point is strengthened. These observations can be explained by strengthened Hadley circulations, the dominant effects of the southward shift, and additional effects of the weakened ascending branch of the Walker circulation during warm climatological periods, which consequently lead to strengthened intensities, increased areas, and southward expansions of the WPSH in summer.     

广西前汛期降水变化特征及其与东南太平洋海温变化的因果联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、国家气候中心的西太平洋副热带高压特征指数逐月资料、英国Hadley中心逐月海表面温度资料以及NCEP/NCAR逐月再分析资料,结合小波分析、相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了广西前汛期降水的变化特征及其与东南太平洋海温变化的因果联系。结果表明:近40 a来广西前汛期降水呈弱增多趋势,在1980年代末至21世纪初存在显著的3~5 a周期。在1980年代至1990年代初为少雨期,而在20世纪末至21世纪初期转为多雨期。东南太平洋是海温影响广西前汛期降水的关键区,同年春季以及同期该区域海温变化是造成广西前汛期降水变化的原因之一,海温升高(降低)能够部分导致降水的减少(增多)。同年春季海温偏冷年,关键区西侧为对流抑制,南太平洋出现异常反气旋环流响应,通过垂直环流引起澳大利亚西北侧上升运动异常,减弱了局地Hadley环流。该异常通过大气桥一方面使得副高增强增大,位置偏西偏南,有利于副高西侧的西南气流向广西输送水汽;另一方面使得广西地区上空局地Hadley下沉支减弱,受异常上升运动控制,对流增强,导致降水正异常。反之亦然。      

Anomalous Western Pacific Subtropical High during Late Summer in Weak La Nia Years: Contrast between 1981 and 2013

Both 1981 and 2013 were weak La Niña years with a similar sea surface temperature (SST) anomaly in the tropical Pacific, yet the western Pacific subtropical high (WPSH) during August exhibited an opposite anomaly in the two years. A comparison indicates that, in the absence of a strong SST anomaly in the tropics, the cold advection from Eurasian high latitudes and the convection of the western Pacific warm pool play important roles in influencing the strength and position of the WPSH in August. In August 1981, the spatial pattern of 500 hPa geopotential height was characterized by a meridional circulation with a strong ridge in the Ural Mountains and a deep trough in Siberia, which provided favorable conditions for cold air invading into the lower latitudes. Accordingly, the geopotential height to the north of the WPSH was reduced by the cold advection anomaly from high latitudes, resulting in an eastward retreat of the WPSH. Moreover, an anomalous cyclonic circulation in the subtropical western Pacific, excited by enhanced warm pool convection, also contributed to the eastward retreat of the WPSH. By contrast, the influence from high latitudes was relatively weak in August 2013 due to a zonal circulation pattern over Eurasia, and the anomalous anticyclonic circulation induced by suppressed warm pool convection also facilitated the westward extension of the WPSH. Therefore, the combined effects of the high latitude and tropical circulations may contribute a persistent anomaly of the WPSH in late summer, despite the tropical SST anomaly being weak.     

基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

两广地区夏季降水异常与澳大利亚东侧海温异常的联系及可能机制

广东省和广西壮族自治区(两广地区)夏季降水时空分布很不均匀,存在显著的年际变化。利用站点观测降水资料、海洋及大气再分析资料,研究了近40 a两广地区夏季降水年际异常与澳大利亚东侧海温异常的联系及机理。在年际时间尺度上,两广夏季降水异常与澳大利亚东侧的海温异常存在显著的负相关关系。当澳大利亚东侧海温异常偏高时,一方面,部分水汽由热带中太平洋向澳大利亚东侧海区辐合,部分沿西太平洋副热带高压边缘向东亚地区输送,两广地区为水汽辐散区域,另一方面,澳大利亚东侧海区的对流活动增强,该地区上空的上升运动异常增强,通过"大气桥"遥相关使得海洋性大陆地区的异常上升运动增强,从而加强了东亚地区的局地Hadley环流,使得两广地区下沉运动增强,二者共同作用致使两广地区夏季干旱少雨;反之亦然。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

两广地区前、后汛期降水异常反位相现象及可能机理

利用1961—2018年中国地面气象台站2 400站中广东省和广西壮族自治区(两广地区)134站逐日降水资料、英国Hadley中心逐月海表温度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,筛选了两广地区前汛期降水正(负)异常、后汛期降水负(正)异常的年份,即前、后汛期降水异常反位相年份。结果表明,近60 a来,两广地区前、后汛期降水反位相现象与热带西太平洋海温异常存在密切联系。前汛期期间,当热带西太平洋海温为负异常时,大气对该冷源的Rossby波响应引起西北太平洋反气旋环流异常,且水汽由热带西太平洋向两广地区输送并辐合,同时两广地区为水汽的湿平流区域、风场异常辐合区域,其上空受异常上升运动控制,这样的环流配置有利于两广前汛期期间降水正异常。热带西太平洋海温负异常可持续至后汛期期间,大气的Rossby波响应所致的西太平洋反气旋较前汛期偏西北,两广地区为水汽异常辐散区域,同时水汽干平流且风场异常辐散,受异常下沉运动控制,不利于两广地区降水的产生。反之亦然。     

Impacts of two types of El Niño on atmospheric circulation in the Southern Hemisphere

Based on NCEP/NCAR （National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmo- spheric Research） reanalysis data from 1979 to 2010, the impacts of two types of E1 Nino on atmospheric circulation in the Southern Hemisphere （SH） are analyzed. It is shown thaL when a warming event occurs in the equatorial eastern Pacific （EP E1 Nino）, there is a negative sea level pressure （SLP） anomaly in the east- ern Pacific and a positive one in the western Pacific. Besides, there exists a negative anomaly between 40°S and 60°S and a positive anomaly to the south of 60°S. When a warming event in the central Pacific （CP E1 Nino） occurs, there appears a negative SLP anomaly in the central Pacific and a positive SLP anomaly in the eastern and western Pacific, but the SLP anomalies are not so evident in the SH extratropics. In particular, the Pacific-South America （PSA） pattern induced by the CP E1 Nino is located more northwestward, with a weaker anomaly compared with the EP E1 Nino. This difference is directly related with the different position of heating centers associated with the two types of E1 Nino events. Because the SST anomaly associated with CP E1 Nino is located more westward than that associated with EP El Nino, the related heating center tends to move westward and the response of SH atmospheric circulation to the tropical heating changes accordingly, thus exciting a different position of the PSA pattern. It is also noted that the local meridional cell plays a role in the SH high latitudes during EP E1 Nino. The anomalous ascending motion due to the enhancement of convection over the eastern Pacific leads to an enhancement of the local Hadley cell and the meridional cell in the middle and high latitudes, which in turn induces an anomalous descending motion and the related positive anomaly of geopotential height over the Amundsen-Bellingshausen Sea.