ENSO-independent contemporaneous variations of anomalous circulations in the Northern and Southern Hemispheres: The polar-tropical seesaw mode

Using the NCEP/NCAR reanalysis and the ENSO indices from the Climate Prediction Center over the period 1978–2014, we have investigated the contemporaneous circulation variations in the Northern and Southern Hemispheres by performing the singular value decomposition analysis of sea level pressure anomalies (SLPA) after the ENSO signal is regressed out. It is found that there exists a polar-tropical seesaw mode (PTSM) that characterizes with the out of phase fluctuations of SLPA between the polar and tropical regions in the Northern and Southern Hemispheres in boreal winter. This PTSM explains 47.74% of the total covariance of SLPA and is almost independent of ENSO. It demonstrates a long-term trend and oscillation cycles of 2–3 and 4–6 yr. The long-term trend in PTSM indicates that the sea level pressure gradually decreases in the tropics and increases in the polar region with time. This PTSM looks roughly symmetric about the equator besides the seesaw pattern of SLPA between the tropics and polar region in each hemisphere. The disturbances in the geopotential height field in association with the PTSM shows baroclinic features in the tropics whereas equivalent barotropic features in the mid and high latitudes in the troposphere. The anomalous thermal forcing in the tropical region is possibly one of the factors facilitating the formation of this PTSM. Significant global precipitation and temperature anomalies related to the PTSM are observed. In the positive PTSM phase, precipitation and temperature are higher than normal in southern Europe and the Mediterranean and surrounding areas, but lower than normal in northern Europe and Siberia. Precipitation is higher than normal while temperature is lower than normal in Northeast Asia. Significant temperature and precipitation anomalies possibly occur in the regions of western China, northern India, parts of North America, parts of subtropical Africa, Maritime Continent, and Antarctic. These results are helpful for better understanding of the circulation variations and the mechanisms behind the interactions between the Northern and Southern Hemispheres and the related winter climate anomalies over globe.     

印度洋偶极子与中国南方夏季降水的可能联系

利用1951—2000年NCEP/NCAR再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站气温资料,采用EOF、合成、相关、奇异值分解等方法讨论了印度洋偶极子（Indian Ocean Di-pole,IOD）对南方夏季降水的影响。结果表明：印度洋海温异常,激发了大气环流的异常,从而导致南方降水异常。当印度洋海温一致变化时,南方降水分布也呈一致;当印度洋上海温距平偶极振荡时,长江流域与华南也出现偶极变化的现象。IOD正位相年,华南降水异常偏多;IOD负位相年,长江流域降水偏多。     

北半球冬季南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA全球海温重建资料及CPC的ENSO指数和CMAP降水资料,从南北半球环流协同变化的角度,利用SVD(Singular Value Decomposition)方法揭示了南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系。结果表明:存在南北半球的同时变化模态(BHCM),其可由海平面气压场(SLP)的SVD分析的第一模态(SVD1)表示。BHCM可解释南北半球SLP总协方差的57.36%,且其存在显著的3～5年变化周期及长期趋势。SVD1揭示的长期趋势显示出海表气压异常在赤道中东太平洋升高而在西太平洋及热带印度洋地区下降,利于1998年后异常东风加强,不利于El Ni?o事件的频繁发生。BHCM的空间分布在热带地区关于赤道大致对称,而在北半球中纬度纬向扰动非常明显,在南半球则与AAO密切相关。在年际时间尺度上,此模态与ENSO存在紧密联系。赤道海温异常可强迫南北半球大气作出响应,反过来,南北半球环流的共同变化亦可能对El Ni?o/La Ni?a事件产生影响。北半球冬季时,与BHCM相关的全球降水和气温存在显著异常,当BHCM处于正位相,中国东部及东亚其他区域降水偏少、气温偏低。这些结果有助于人们进一步加深对南北半球环流相互作用变化规律和机理的认识。      

印度洋海温异常与中国气温异常的可能联系

利用NCEP/NCAR 50 a冬季再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站气温资料,采用EOF、合成、奇异值分解等方法讨论了印度洋海温异常对东亚冬季大气环流及气温的影响.结果表明,印度洋海温异常,引起了大气环流的异常,影响了东亚冬季风的强度.当印度洋海温一致变化时,中国温度变化也呈一致;当印度洋海温距平偶极振荡时,中国东、西部的冬季气温也出现偶极变化的现象;印度洋海温偶极振荡正位相年时,东亚冬季风偏弱,中国东北部气温偏高.     

长江中下游1—5月降水分布型及其成因

采用中国160站降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA第2套扩展重建海温资料及CPC指数,利用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解方法,研究了1951—2013年1—5月长江中下游地区降水的分布型及其成因。结果表明:长江中下游地区降水主要呈现全区一致型、南北反相型、沿江型3种分布型;3种降水分布型对应的环流背景各不相同,环流异常的维持分别与自欧洲出发沿西风带传播的波列、由大西洋穿越极区到长江中下游的波列以及北半球环状模有关;一致型降水与Nino3.4海温指数相关最显著,而南北反相型和沿江型降水与东太平洋海温异常存在联系。     

夏季海洋性大陆区域OLR年际变动与中国长江中上游旱涝的关系

利用1979—2007年的NECP资料、GISST月平均资料和中国160个降水测站资料,用SVD方法分析了热带海洋性大陆区域OLR与夏季中国降水场的关系。结果表明：孟加拉湾、南海季风槽、南太平洋辐合带（SPCZ）、印尼群岛及其附近海域的对流活动与我国夏季长江中上游降水场存在密切联系。若孟加拉湾、南海季风槽、南太平洋辐合带区的OLR偏高（偏低）,及东印度洋、印尼群岛附近的OLR偏低（偏高）,则夏季长江中上游及以北地区的降水偏多（偏少）。定义了与长江中上游降水相关的海洋性大陆区域OLR指数IMCOLR,并由IMCOLR指数确定高低值年再进行合成分析,发现印尼群岛及其海域气柱内净的辐射和海表热通量的异常增加,有利于该地区对流活动增强和OLR负异常的产生和维持;而孟加拉湾、南海和热带西太平洋存在海表热通量的减弱和辐射冷却的加强,有利于对流活动减弱,导致潜热释放异常减少和维持OLR正异常。热带海洋性大陆区域对流活动IMCOLR与海表温度异常间的相关关系表明,热带海洋性大陆地区对流活动的年际变动可受到热带印度洋海温异常和太平洋区域“三级型”海温异常的共同影响。这些热力强迫异常可导致对流层低层大气异常响应,产生P-J类遥相关,影响中国长江流域中上游降水异常。     

长江中下游夏季气温变化型与西太平洋副高活动异常的联系

用中国气象局整编的气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料和OLR资料,分析了长江中下游地区夏季气温变化型与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的年际变动的联系。研究表明,长江中下游地区夏季气温异常可分为全区一致、南北反相、东西反相三种分布型。在年际时间尺度上,此三型的形成与东亚-西太平洋地区环流异常三种不同的分布密切相关。根据异常环流的这三种不同的分布型,分别定义了相应的东亚-西太平洋环流异常指数IEAWPi。分析表明,IEAWPi分别与三型气温指数有很好的相关关系,IEAWPi可在一定程度上反映与长江中下游夏季气温变化型相联系的副高活动异常。IEAWPi对应的高、低值年的高度距平场在长江中下游地区上空均呈相当正压结构。在500 hPa高度上,三型高度场异常的维持均与源自热带洋面上空的波列有关,而第三型高度场异常还与沿西风急流传播的波列有关。IEAWPi可为诊断和预测长江流域气温异常提供线索。