副热带南北太平洋经向模与ENSO的关系

本文利用Hadley中心的海表面温度、海洋再分析资料ORAS4(Ocean Reanalysis System 4)的海表面高度、NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的海气界面风场及热通量等数据,分析了1948-2018年期间副热带南、北太平洋经向模(South Pacific meridional mode,SPMM、North Pacific meridional mode,NPMM)的基本特征及其与厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o and Southern Oscillation,ENSO)的关系。结果显示,两个副热带太平洋经向模对应的海表面温度异常都呈现南北反位相的偶极子结构,并与ENSO关系密切:当Ni?o3.4滞后北太平洋经向模10个月时,二者达到最大正相关;Ni?o3.4滞后南太平洋经向模6个月时,二者达到最大正相关。换句话说,在副热带太平洋发生北太平洋经向模正位相事件(北太平洋东南暖,西北冷)1 a后或者南太平洋经向模正位相事件(南太平洋东北暖,西南冷)半年后,热带太平洋可能会发生厄尔尼诺事件。据此,利用二元线性回归方法建立了基于南太平洋经向模和北太平洋经向模预测ENSO的统计模型,得到拟合的Ni?o3.4和观测的Ni?o3.4之间的相关系数达0.57,预测效果良好。     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

热带太平洋海平面低频变化

本文选取ECMWF ORAS4再分析数据对1959-2015年热带太平洋海平面的低频变化进行了分析。热带太平洋海平面年际变化第一模态反映了ENSO爆发阶段的海平面变化,热带东、西太平洋变化反相,其时间序列与Niño3.4指数高度相关。海平面第二模态则体现了El Niño爆发前后热带太平洋暖水的输运过程。El Niño爆发前热带西太平洋暖水聚集的位置,以及爆发后暖水向赤道外输运的位置在两类El Niño事件中均有所不同。此外,ENSO的周期在近半个世纪发生了显著的年代际变化,这一变化与热带太平洋的年代际变化有关。热带太平洋的年代际变化对海平面趋势变化也有着显著的影响。卫星高度计观测到的近20年海平面的快速上升（下降）正是由20世纪90年代后热带太平洋频繁的位相转换引起的。     

El Niño对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Niño事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Niño不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Niño发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Niño成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Niño衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Niño影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

1997年西北太平洋热带气旋异常特征分析

对1997年西北太平洋热带气旋的特征进行了统计分析,研究结果表明:El Ni(n)o发生年,西北太平洋生成热带气旋以偏少为主,强度偏强,且热带气旋生成位置偏东,热带低压加强成为热带风暴的平均位置也较多年平均位置偏东;副热带高压强度和Ni(n)o 3.4区海表面温度(SST)变化趋势基本一致,但副热带高压强度变化落后SST变化6个月左右.     

西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量初步研究

基于2001年1月～2014年7月期间的Argo温盐剖面资料，利用循环平稳经验正交函数（CSEOF）分解、最大熵谱分析和相关分析等方法，研究了西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量的空间分布、季节和年际变化特征，并探讨了其影响机制。结果表明，暖池海域近表层与次表层热含量逐年变化呈反位相变化模态，同样盐含量变化趋势也不尽相同。无论热含量还是盐含量，都存在着明显的季节和年际变化。CSEOF分析表明，暖池海域热含量第一模态空间场具有显著的东—西反相位年际振荡，盐含量第一模态则呈正-负-正的三极子模态，但时间序列显示，热含量在2007年以后经过3次位相调整，而盐含量2007年以后只经过一次位相调整，且这种年际变化都与ENSO事件有关，且热含量相比于盐含量受ENSO影响更大。El Niño期间，暖池海域西部热含量减少， 东部增加，La Niña期间则相反；研究海域南北部盐含量在El Niño期间增加，中部（暖池高温中心）减少，La Niña期间则相反；进一步分析表明，热含量变化主要受到局地风场以及纬向流的影响，而盐含量变化则受淡水通量和纬向流的影响。     

热带大洋春季海气耦合模态及其与ENSO的关系

在北半球的春季,热带三大洋的海洋–大气系统年际变化会对同期太平洋厄尔尼诺–南方涛动(ElNi?o-Southern oscillation,ENSO)产生响应,同时也能通过区域海洋–大气耦合过程影响ENSO的发展。基于国际公开使用的海表温度资料和降水资料,通过联合正交经验分解方法分析,可以发现全球大洋春季存在两种显著的海气耦合模态。第一模态表现为:在热带中东太平洋,海表温度增暖、降水增多;在热带大西洋和热带印度洋,降水呈现经向偶极型分布以及跨赤道的海表温度梯度异常;即伴随ENSO在春季消亡期的空间型态,大西洋出现经向模态,印度洋出现反对称模态。第二模态表现为:太平洋经向海表温度和降水模态,即太平洋经向模态。回归分析结果表明, ENSO盛期的大气环流调整引起了热带大西洋和印度洋降水辐合带异常,并通过海面风场异常激发海盆内部的海洋–大气反馈,引起春季经向模态。进一步研究发现,冬、春季大西洋和印度洋热带辐合带分别位于赤道以北和以南,导致两个海盆经向模态的降水异常相对赤道呈反对称分布。在春季,太平洋经向模态的暖中心延伸到赤道上,引起西风异常,为后续El Ni?o的发展提供了有利条件。文章揭示了...     

两类El Ni?o发展机制的差异

基于海洋与大气再分析数据,对1950—2010年间的El Ni?o事件进行了分类与合成分析;对比分析了两类El Ni?o事件的发展过程。结果发现,两类El Ni?o事件暖信号的发展经历了不同的过程:中部型El Ni?o暖信号的起源主要受到北太平洋低层大气环流的影响,而东部型El Ni?o暖信号来源于热带太平洋海洋温跃层。在中部型El Ni?o前期冬、春季,北太平洋涛动型大气环流使副热带北太平洋信风减弱,SST增暖。在"风-蒸发-SST"机制的作用下,SST正异常传播到热带太平洋中部,热带太平洋中西部产生西风异常,大气对流发展,热带太平洋东部受东风异常的控制。当中部型El Ni?o发展成熟时,大气对流中心与海温异常中心位于热带太平洋中部;在东部型El Ni?o前期冬、春季,西北副热带太平洋的西风异常使热带太平洋产生暖开尔文波,并向东传播到热带太平洋东部,使其表层海温增暖。在Bjerkness正反馈机制的作用下,表层暖信号发展并向西传播。东部型El Ni?o发展成熟时,大气对流中心与海温异常中心位于热带太平洋东部。     

SST年循环对El Niño事件局地海气过程的影响

利用Hadley中心逐月海表温度、欧洲中心ERA-40的10 m风场及CMAP降水资料探讨了年循环对热带太平洋El Niño海气相互作用过程的影响。尽管El Niño对应的海表温度异常主要出现在赤道东太平洋,经向上呈南北对称分布,然而其对应的大气响应在El Niño年衰减阶段却有着强的向南移动特征。在El Niño发展年的11月之前,强的西风和降水异常主要出现在赤道中太平洋;在12月份之后,赤道上的西风和降水异常迅速南移至5°S,随后西风一直维持在该位置直至衰亡。同时,西太平洋负降水和反气旋异常向北移动。这种SST异常与其大气响应的经向移动不一致,主要是由热带中太平洋气候态SST的季节性南移导致的。由于对流与海温之间存在非线性关系,即当总SST超过一定的阈值,对流降水才会迅速增强;因此相应的对流响应也随着总海温的南移而南移,风场响应也同时南移。此外,南半球增强的对流会通过经向环流进一步抑制北半球的降水,从而使西太平洋负降水和反气旋异常增强并北移。通过分析有/无年循环的两组数值试验结果验证了上述结论,即有年循环的试验较真实地模拟出了观测中异常西风南移和西北太平洋反气旋异常的出现;无年循环试验尽管能模拟出El Niño年赤道中太平洋的西风异常,但其却没有南北向的移动,西北太平洋的反气旋也没有出现。因此,热带中太平洋气候态暖海温的季节循环对El Niño事件大气响应有着至关重要的作用。     

有关副热带太平洋对ENSO影响研究的综述

ENSO(El Nio-Southern Oscillation)的发生发展既受到来自热带西太平洋纬向海气过程的影响,也受到来自副热带太平洋经向海气过程的影响。本文概述了副热带太平洋海气异常影响ENSO研究方面的科学背景及研究进展,综述了前人提出的副热带太平洋大气海洋异常通过经向风应力以及北太平洋/南太平洋经向模态,影响ENSO发展演变的途径及相关物理机制,总结了近些年观测资料分析及数值模拟研究工作所提出的新观点,并讨论了相关研究中的学术分歧及有待进一步研究的问题。     

North Pacific Subtropical Mode Waters Observed in Long XBT Cross Sections along 32.5°N Line

The S/V Shoyo, of the Hydrographic Department, Japan Coast Guard, has conducted high-density expendable bathythermograph (XBT) measurements along the 32.5°N line in the North Pacific every year from 1990 to 1993 as a part of the Japanese-World Ocean Circulation Experiment (WOCE). These XBT data are analyzed here, focusing on year-to-year variations of the inventory and core layer temperature (CLT) of the North Pacific subtropical mode water (NPSTMW). Large year-to-year changes are found in the NPSTMW CLTs estimated in longitudes between 140°E and 160°E. CLT values were found of 17.4°C in 1990, 17.1°C in 1991, 17.3°C in 1992 and 17.6°C in 1993. Inspection of the wintertime westerlies over the formation area and sea surface temperature distribution revealed that this change in CLT can be qualitatively attributed to the strength of atmospheric cooling in the formation area in the previous winter. Although a large year-to-year variation of NPSTMW inventory was also found, it is hard to state any relationship between CLT and atmospheric forcing. There is a possibility that different observational seasons may affect the inventory. It has also been found that the thermocline depth in 1991 was shallower in the sea area east of 180° than in 1992 and 1993. Associated with this change, the North Pacific central mode water (NPCMW), characterized by thermostad with temperatures ranging from 14°C to 11°C, appears in the sea area east of 180° in the 1992 and 1993 cross sections. The 1993 cross section, which ranged from the Japanese coast to the west coast of North America, possessed another thermostad in the surface layer, with a temperature of about 17°C in the eastern part of the cross section, off California. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

南印度洋副热带偶极子型海温异常与全球环流和我国降水变化的关系

用1951~2001年观测资料,研究了南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常对全球500hPa环流和我国降水的影响.结果表明,冬季IOSD激发出极显著的南北半球环绕太平洋的波列结构(CP),其年际变化周期是2.0和6.5 a,与赤道中东太平洋海温也有密切联系.北半球冬季异常峰值后的第二年春季欧亚中高纬度地区500 hPa环流出现显著的EUP型低频流型持续异常,同时中太平洋和北美地区出现CPNP流型和澳大利亚南部的南半球中高纬地区呈现极显著的西南太平洋遥相关型(SWP).当冬季赤道南印度洋副热带呈极显著的西负东正海温距平分布时,后期春季欧亚中高纬地区负EUP型遥相关波列持续偏强,导致东亚大槽明显偏弱,长江以北地区(特别是黄河中上游地区)多雨.反之,春季东亚大槽加强且稳定,我国东部地区大范围少雨.它反映了南印度洋地区海气系统相互作用与东亚热带内外环流低频变化的联系.因此,上一年冬季南印度洋副热带偶极子型(IOSD)海温异常强度是预测春季华北地区旱涝变化的重要因子之一.     

苏北浅滩及长江口海域春季海表面温度长期升温机制分析

在1982—2016年,苏北浅滩及长江口海域春季海表面温度主要呈现出从南至北、从近岸至离岸升温趋势逐渐减小的特征,其中长江口附近海域升温速率最大。研究显示,苏北浅滩及长江口附近海域春季海表面温度的长期升温趋势主要与该海域经向热输送及长江平流热输送的增强有关。进一步的研究发现,春季经向风速的增强导致该海域经向热输送的增加,而春季经向风速的年际及年代际变率又受到太平洋年代际振荡、北极涛动的调控,其中,太平洋年代际振荡指数与经向风速呈负相关,北极涛动指数与经向风速呈正相关,北极涛动指数的年际增加以及太平洋年代际振荡指数的年际降低使得春季南风增强,进而南向的冷平流减弱,北向的热平流增强,使该海域春季海表面温度长期升温。在此过程中,净热通量对其升温过程起到抑制作用,而前冬海温主要是对春季海表面温度的年代际振荡产生重要影响,其主要体现为1982—1999年的升温及2000—2016年的降温过程。     

Responses of CO2 in surface water in subtropical West Pacific to El Niño event

In order to investigate the relationships between the change of TCO2, △PCO2 and SST, current, upwelling and biological activities during El Nin(～)o event in the subtropical Pacific, the responses of TCO2 and △PCO2 in surface water in the subtropical Pacific during El Nin(～)o and La Nina have been simulated using a three-dimension carbon cycle model with biota pump. The results of numerical simulations show that TCO2 in sea water increases with reducing of SST during mature phase of El Nin(～)o in the subtropical West Pacific . At the same period , the Kuroshio in this region was weakened , the zonal currents were divergence , the upwelling carried the water with high concentrations of CO2 to the sea surface , so both of TCO2 and △PCO2 in surface water were increased . But TCO2 and △pCO2 were decreased during La Nina period. These simulated results confirmed the observations in 1982/1983 , 1986/1987 ,1991/1995 and 1997/1998 El Nin(～)o events .     

北太平洋经向翻转环流和热盐输送研究综述

北太平洋经向翻转环流是北太平洋所有经向翻转环流圈的总称,目前它拥有五个环流圈,即副热带环流圈(the subtropical cell,STC)、热带环流圈(the tropical cell,TC)、副极地环流圈(the subpolar cell,SPC)、深层热带环流圈(the deep tropical cell,DTC)和温跃层环流圈(the thermohaline cell,THC)。这些环流圈是北太平洋经向物质和能量交换的重要通道,它们的变化对海洋上层热盐结构和气候变化皆有重要影响。迄今,人们已对STC、TC和DTC的结构形态、变化特征与机理开展了广泛而深入的研究,并对STC的极向热输送特征也做了一些初步分析。但应指出的是,关于SPC和THC的研究仍较少,迄今尚不清楚这两个环流圈的三维结构和变异机理;而且,对北太平洋经向翻转环流的热盐输送研究尚处于起步阶段,目前对各环流圈的热盐输送特征、变化规律和变异机理仍知之甚少,这些科学问题亟待深入研究。     

南北半球副热带高压对赤道东太平洋海温变化的响应

本文利用1974年1月到1996年12月重分析(NOAANCEP-NCARCDAS-1)全球500hPa位势高度场资料,及同期赤道太平洋各海区SST资料,研究了南北半球副热带高压的变化特征及其对赤道东太平洋SST变化的响应。结果表明,全球副热带高压的变化及对SST的响应,在南北两个半球有很好的一致性。全球副热带高压强度的变化与超前3个月SST的正相关最为显着。对SST响应最强烈的区域主要在南北纬30°之间的低纬,低纬地区局地SST对副热带高压也有强烈的影响。从10°到30°纬度,对SST的响应分别落后于赤道2～9个月。在中、高纬大气环流的响应表现为波列特征,对暖SST及冷SST的响应波列基本相反,但对暖SST的响应更为显着。海温和副热带高压的月际持续性有明显的季节变化,副热带高压9-10月的相关障碍可能与NinoC区SST8-9月的相关障碍低点有关。     

Response of global subtropical highs to the equatorial eastern Pacific SST anomaly

INTRODUCTIONDuring the 1960s, Bjerknes (1966, 1969) first noted that there had been strong relationshipbetween the tropical Pacific SST and atmospheric circulation. SST anomaly could affect tropicalatmospheric circulation by the Walker Circulation, and affect extratropical atmospheric circulationby the Hadley Circulation. When there was a "warm" event in the eastern tropical Pacific, ascending and sinking branch of the Hadley Circulation would strengthen, subtropical highs (SHs)and …     

西北太平洋累积气旋能量的年代际变化

利用1949—2011年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,分析了西北太平洋累积气旋能量(ACE)的年代际变化特征。结果表明,西北太平洋热带气旋(ACE)的年代际变化主要分为1957—1967高值期、1976—1986过渡期和1998—2008低值期。其中强热带风暴(STS)、台风(TY)和超强台风(SuperTY),特别超强台风是决定成分。副热带高压偏弱,垂直风切变偏小,低纬度低空正涡度异常偏东以及低纬度海表面温度(SST)正异常偏东等背景场的年代际特征,有利于形成ACE的年代高值期。     

The three-dimensional structure and seasonal variation of the North Pacific meridional overturning circulation

The three-dimensional structure and the seasonal variation of the North Pacific meridional overturning circulation (NPMOC) are analyzed based on the Simple Ocean Data Assimilation data and Argo profiling float data.The NPMOC displays a multi-cell structure with four cells in the North Pacific altogether.The TC and the STC are a strong clockwise meridional cell in the low latitude ocean and a weaker clockwise meridional cell between 7°N and 18°N,respectively, while the DTC and the subpolar cell are a weaker ...