冬季赤道中东太平洋海温异常对北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)提供的再分析资料和CPC(National Climate Prediction Center)提供的Nino3.4指数,研究了与赤道中东太平洋海温异常相对应的ENSO(El Nio-Southern Oscillation)不同位相对同期北半球海气耦合关系及两大洋风暴轴协同关系的影响,具体结论如下:1)赤道中东太平洋海温异常与冬季北半球两大洋风暴轴协同变化关系密切,具体表现为海温正异常时对应北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴同时增强,且大西洋风暴轴整体和太平洋风暴轴东部位置南压,海温负异常时则相反。2)海温正异常(El Nio)年时,对流层中层极涡向北太平洋地区伸展,西北太平洋副热带高压增强西移,东亚大槽减弱,高度场异常对应WP(Western Pacific pattern)、EA(Eastern Atlantic pattern)型遥相关的负位相和PNA(Pacific-North American pattern)型遥相关正位相,对流层低层加拿大高压增强,阿留申低压强度增强并向东南方向移动,东亚急流增强东伸,北美急流强度增强,欧亚大陆50°N附近西风增强,经向环流减弱,北半球的斜压异常分布有利于北太平洋东部风暴轴南侧以及中西部风暴轴的有效位能向扰动动能转换,使得风暴轴增强东部南压,北大西洋风暴轴南部斜压增强,使得风暴轴整体偏南,中、西部强度增强。海温负异常(La Nia)年时,海温和环流异常在两大洋基本与El Nio年相反,对应两大洋风暴轴强度同时减弱,同时北大西洋风暴轴整体和北太平洋风暴轴东部北抬。3)海温正异常(El Nio)年时,北美大陆为北暖南冷的异常分布,60°N以南的东亚地区除我国西南外基本为温度异常升高。海温负异常(La Nia)年时,由于高度场和风场异常在欧亚大陆和北美大陆上的异常分布与El Nio年时并不是完全相反,使得温度场异常主要表现在北美南部和东亚北部异常升高。     

北太平洋涛动和东亚冬季风对ENSO影响差异分析

北太平洋涛动(NPO)和东亚冬季风(EAWM)二者是热带外重要的气候系统,不仅对我国甚至对整个东亚气候都有重要影响,对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响也越发受到关注.本研究利用HadISST海温资料以及美国国家环境预报中心(NCEP)月平均气象场再分析资料,采用相关回归等统计方法分析研究了冬季NPO和EAWM对次年...     

太平洋年代际涛动对ENSO与华南冬季降水关系的可能影响

基于中国160站冬季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA SST资料,本文分析了太平洋年代际涛动(PDO)不同位相时期ENSO事件对华南冬季降水影响的差异。结果表明:在PDO正位相时期,El Nio年华南冬季降水显著增加,而La Nia年华南冬季降水没有明显变化;在PDO负位相时期,El Nio年华南冬季降水增加虽然显著,但仅是PDO正位相时期的一半,而La Nia年华南冬季降水显著减少,这说明PDO对ENSO事件影响华南冬季降水具有调制作用,且El Nio(La Nia)事件对华南冬季降水的影响在PDO不同位相时期具有不对称性。前人研究指出,El Nio(La Nia)事件主要通过西北太平洋异常反气旋(气旋)影响华南冬季降水。本文分析发现,在PDO正位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋北侧西南气流影响华南,造成降水增加,而La Nia年西北太平洋异常气旋位置向南推,对华南地区影响很小;在PDO负位相时期,El Nio年西北太平洋异常反气旋位置东移,对华南影响不大,而La Nia年华南地区基本为西北太平洋异常气旋北侧东北风异常所控制,从而使降水减少。由此可见,PDO不同位相时期El Nio(La Nia)事件影响华南冬季降水异常差异的主要原因是西北太平洋异常反气旋(气旋)的差异造成的。此外,源自孟加拉湾低槽南侧的西风水汽输送异常在PDO不同位相时期El Nio(La Nia)年份也存在非对称性的差异。     

热带太平洋海温异常对北极海冰的可能影响

本文利用1950-2015年间Hadley环流中心海冰和海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了热带太平洋海温异常对北极海冰的可能影响,并从大气环流和净表面热通量两个角度探讨了可能的物理机制。结果表明,在ENSO事件发展年的夏、秋季节,EP型与CP型El Niño事件与北极海冰异常的联系无明显信号。而La Niña事件期间北极海冰出现显著异常,并且EP型与CP型La Niña之间存在明显差异。EP型La Niña发生时,北极地区巴伦支海、喀拉海关键区海冰异常减少,CP型La Niña事件则对应着东西伯利亚海、楚科奇海地区海冰异常增加。在EP型La Niña发展年的夏、秋季节,热带太平洋海温异常通过遥相关波列,使得巴伦支海、喀拉海海平面气压为负异常并与中纬度气压正异常共同构成类似AO正位相的结构,形成的风场异常有利于北大西洋暖水的输入,同时造成暖平流,偏高的水汽含量进一步加强了净表面热通量收入,使得巴伦支海、喀拉海海冰异常减少。而在CP型La Niña发展年的夏季,东西伯利亚海、楚科奇海关键区受其东侧气旋式环流的影响,以异常北风分量占主导,将海冰从极点附近由北向南输送到关键区,海冰异常增加,而净表面热通量的作用较小。     

冬季鄂霍次克海海冰对北太平洋风暴轴年际变化的影响

利用北极海冰密集度资料和NCEP＼NCAR再分析资料,运用统计方法讨论了冬季鄂霍次克海及其邻近海区海冰异常与同期北太平洋风暴轴的联系。结果发现,冬季鄂霍次克海西南部海区海冰面积异常与北太平洋海温异常共同作用对北太平洋风暴轴在西北一东南方向的伸缩及强度的年际变化有重要影响,而在海温异常的共同作用下,鄂霍次克海东北部及舍列霍夫海海区海冰面积异常则主要影响风暴轴的南北位移和强弱。     

冬季北太平洋与北大西洋上空风暴轴特征比较与分析

采用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料,选取850,700,600,500,250hPa层风场(u,v)、垂直运动场(ω)、位势高度场(H)和温度场(T),对北半球冬季(12、1、2月)太平洋和大西洋上空风暴轴的特征及影响因素进行了分析和比较。结果表明,北半球冬季风暴轴最强中心位于北大西洋上空,北太平洋高空急流的强度明显大于大西洋高空西风急流的强度。通过诊断分析北太平洋与北大西洋上空风暴轴的影响因素,发现北太平洋和北大西洋上空风暴轴强度的影响因素具有明显的差异:在北太平洋上空,涡度平流随高度的变化和厚度平流项对风暴轴的作用较大西洋而言更明显,而涡动能量的向上输送对北大西洋风暴中心的作用更大。对风暴轴年际变化的分析发现,两大洋风暴轴在1980年代之后均有明显的增强现象,而在空间分布的时间演化上,两大洋风暴轴有着相反的演化:太平洋风暴轴有向西南方向移动的趋势,而大西洋风暴中心则略微向东北方向移动。     

晚春北极涛动对夏季西北太平洋热带气旋生成频数的影响

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集,本文探讨了1950–2018年期间晚春(5月)北极涛动(AO)与随后夏季(6–9月)西北太平洋上空热带气旋生成频数的关系.研究表明,晚春AO对夏季西北太平洋TC生成有明显的预报指示意义,二者...     

北太平洋热带的低频振荡--北方涛动

北方涛动是近几年在北太平洋热带地区发现的一种东西向的大气涛动.本文试图对北方涛动的空间结构和时间变化(包括季节变化和年际变化)的基本特征及其与热带太平洋海温、降水、信风和沃克环流等的联系作进一步的分析研究.经验正交函数(EOF)分析的结果,不仅进一步证实了北方涛动存在的真实性,而且还揭示了它的大尺度特征及其在北太平洋大气环流年际变化中占有头等重要的地位.据延伸的1921-1946年资料的分析表明,北方涛动仍然非常明显,说明它不是某一时期特有的现象,而是北太平洋热带地区大气环流固有的一种低频振荡.北方涛动3-4年的年际振荡与热带太平洋海温、降水、信风和沃克环流关系密切.并且它在这一频带与南方涛动发生强烈的耦合.我们认为,东赤道太平洋之所以是全球热带海洋中海温年际变化最大的地区,以及该区的海气相互作用之所以能够产生世界性年际气候变化最强的信号,可能与它们之间强烈的耦合作用不会没有关系.     

北太平洋年代际涛动与太阳活动的联系

采用逐次滤波法分析了北太平洋海洋大气系统年代际振荡特征及其主要影响因子,探索太阳活动对于北太平洋海洋大气系统年代际变化的影响。结果表明,太阳活动是北太平洋海洋大气系统周期性年代际振荡的重要影响因子,具体反映在：1）北太平洋年代际涛动（PDO,Pacific Decadal Oscillation）存在与太阳活动密切相关的22年周期和11年周期,是PDO仅次于趋势项最重要的周期成分,其方差贡献率分别为20．9％和6．7％。研究发现北太平洋年代际涛动变化对于太阳活动的响应方式与太阳活动强弱程度有联系,太阳活动水平强时PDO与太阳磁场变化符号相同并且振荡幅度大;太阳活动水平弱时PDO与太阳磁场变化符号相反并且振荡幅度小。2）滤除持续下降趋势之后,北太平洋冬季阿留申低压活动区海平面气压（SLP,Sea Level Pressure）表现出与太阳磁场磁性指数（MI,Magnetic index）基本反相的周期性振荡,滤除22年周期之后11年周期也比较清楚,其方差贡献率分别为13．4％和1．1％。3）滤除持续升温趋势以后北太平洋100hPa冬季大气温度距平场表现出与太阳磁场磁性指数基本一致的周期性振荡,滤除22年周期之后11年周期也比较清楚,其方差贡献率分别为15．1％和1．1％。研究结果说明,在太阳活动对于大气温度场的影响过程中,黑子磁场磁性变化是决定性的,即决定了温度变化符号,MI绝对值的变化即太阳磁场强度变化影响其量变。     

北太平洋海温与南方涛动的相关分析

有关热带太平洋的海洋学和气象学近年来已列为理论和“诊断”研究的课题之中。从事这方面的大量工作是探讨埃尔尼诺和南方涛动(SO)相互作用的复杂机理问题。本文着重讨论南方涛动与北太平洋海温相关场的时滞关系以及它们的时空变化,表明在不同海域、不同季节中都存在较大的差异。     

反复不定的北极涛动

放眼世界,近50年来,全球极端异常天气与气候事件的频率和强度明显增多。百年不遇的欧洲暴雪、超强的卡特琳娜飓风、震惊全球的日本海啸,还有全球普遍的异常高温,异常低温等,皆是触目惊心。     

北太平洋冬季海平面气压场的主要特征及与季节性南方涛动的相互联系

本文用复经验正交函数(CEOF)分析方法,研究了1899～1980年北太平洋冬季海平面气压场的时空结构,指出北太平洋中部的高、低纬度地区分别为二个半永久性大气活动中心(阿留申低压和副热带高压)。并指出该地区的空间波是一行波,其传播方向是自西北向东南的准纬向方向,且高低纬度地区气压距平变化是反位相关系。 采用多维谱分析方法,探讨了各季节的南方涛动指数(SOI)与气压场的振荡特性,结果表明它们之间存在准3.5年的耦合振荡,且以南方涛动变化超前气压场为主要特点,冬季更为显著。     

基于ECHAM5模式的21世纪冬季北大西洋涛动与北半球风暴轴的特征分析

基于德国马普所大气模式ECHAM5的输出结果,对RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景下21世纪冬季北大西洋涛动(NAO)与冬季北半球风暴轴的变化特征进行探究。结果显示,3种情景下,NAO指数(NAOI)均表现出9-14年的周期,冬季两大洋风暴轴强度均呈增长趋势,2大风暴轴位置震荡总呈东北(西南)向。辐射较强的情景,冬季北太平洋风暴轴的平均位置越偏向亚欧大陆,冬季北大西洋风暴轴的平均面积指数越大且平均位置越偏西。合成分析结果显示,3种情景下,从NAO强年、平均态依次到弱年,2大洋风暴轴的响应不尽相同:RCP2.6情景中,北太平洋风暴轴明显远离欧亚大陆,强度和面积指数递减,而北大西洋风暴轴面积指数却显著递增;RCP4.5情景中,北半球两大洋上风暴轴面积均逐渐增大,北大西洋风暴轴逐渐靠近美洲大陆,强度也加强;RCP8.5中,冬季北太平洋风暴轴面积指数增大,位置远离亚欧大陆,强度增强,北大西洋风暴轴强度显著递增。     

黑潮弯曲时的北太平洋冬季海温异常对大气低频振荡的影响

利用中科院大气物理研究所开放实验室ＩＡＰ－ＡＧＣＭ（二层大气环流模式），针对黑潮弯曲时的北太平洋冬季表层海温（ＳＳＴ）异常进行八个月的数值积分试验。试验结果表明：黑潮弯曲时北太平洋冬季ＳＳＴ异常对大气低频振荡的影响具有明显的３０－６０ｄ振荡的特征；在北半球的３０－６０ｄ振荡，大部分地区为向西传播，在南半球则为向东传播；其经向传播较为复杂，在１２０°Ｅ剖面上以向南传播为主；热带地区受此ＳＳＴ异常的影响以西太平洋、印度洋大气加热场的３０－６０ｄ振荡为主要标志。     

北方涛动和南方涛动与太平洋海温关系的对比分析

本文对太平洋气压场和海温场相互关系的分析,不仅证实了近年来一些研究提出的北方涛动与赤道东太平洋海温变化的关系,而且进一步揭示了北方涛动与太平洋海温相关最显著区域是在赤道太平洋日界线以东附近、Namias海区和加利福尼亚洋流区,而南方涛动与东太平洋和秘鲁沿岸的海温关系密切.并发现南、北方涛动虽处于同一3-4年的振荡系统中,但对各次埃尔尼诺过程而言,南、北方涛动指数的极值和相对强度都不尽一致.分析表明,埃尔尼诺现象的三种不同增温类型与南、北方涛动影响赤道太平洋海温在空间上的差异,以及位相和相对强度的不同匹配状态有相当程度的联系.     

极地海冰对北太平洋副热带高压影响的可能途径

本文应用1953-1977年50°N以北、160°E-110°W范围内的月平均北极海冰面积资料,北太平洋副热带高压面积指数和北太洋海温资料,统计分析了11-7月极冰与1-7月海温的时滞相关场和1-7月海温与滞后0-11个月的副热带高压的相关场。计算表明,春季极冰号海温的时滞相关区几乎与加利福尼亚寒流和部分北赤道洋流区相重合,而加利福尼亚寒流区和部分北赤道洋流区正是海温与副高的主要时滞相关区。由此可以认为,在冰-海-气三者的相互作用中,北极海冰对副热带环流影响的可能途径之一,是通过大洋中的洋流输运影响海温来完成的。     

大气环流优势模态对北极海冰变化的响应Ⅰ.北极涛动

利用美国冰雪中心海冰密集度数据,分析了1979-2012年北极海冰面积的时间变化特征,发现北极海冰具有显著的年代际变化特征,分别在1997和2007年前后存在两次年代际转型突变点,相应的大气环流优势模态——北极涛动(AO)也存在显著的时空变化。1979-1996年阶段海冰下降趋势较弱并以较强的年际振荡为主,AO模态较强且显示出低频振荡特征;1997-2006年阶段北极海冰快速减退趋势占优,同时伴随着较弱的年际振荡,AO模态减弱且振荡周期缩短;2007-2012年阶段海冰范围较快下降同时具有极强的年际振荡,方差变化是前两个阶段的2~3倍,AO不仅强度加强,空间结构也发生了变化,极涡中心分别向格陵兰岛和白令海峡一侧延伸,这种结构有利于极地冷空气入侵欧洲和北美。利用ECHAM5大气模式进行的数值试验结果也证实了较强振荡的海冰强迫对AO模态的改变具有决定作用。     

北极海冰与南方涛动的相关分析

本文根据1953～1984年的北极海冰覆盖面积指数和南方涛动指数资料,分析了北极各海区海冰覆盖量与南方涛动的时滞相关关系,统计了北极海冰正距平年和负距平年南方涛动指数的平均情况。初步结果表明,北极各区海冰与南方涛动之间均存在明显的相关关系,时滞相关的最大值从南方涛动早于海冰7个月(Ⅰ区,+0.48)到晚于海冰39个月(整个北极,+0.38)不等,对北极海冰正距平年和负距平年的统计结果也证实了这些相关特点。     

北太平洋涛动与El Nino的关系及其年代际变化

基于HadISST海表温度和NCEP/NCAR的海平面气压等再分析资料,研究了北太平洋海平面气压主模态与El Nio的关系。结果发现:阿留申低压模态是对El Nio事件的同期响应,而北太平洋涛动模态可以诱导热带太平洋产生类似中部型El Nio的海温异常,且具有提前4~12个月的预报意义。冬春季的北太平洋涛动处于正位相时,阿留申低压与夏威夷高压同时减弱,北太平洋背景风场减弱。夏威夷高压东南侧西南风异常减弱北太平洋东北信风,使加利福尼亚海区SST暖异常,在"风-蒸发-SST"机制的作用下,异常暖海温向热带太平洋传播,使赤道地区海温升高并产生西风异常,热带太平洋产生类似中部型El Nio的异常海温。El Nio类型的年代际变化可能受到北太平洋涛动的影响,当北太平洋涛动信号活跃时,中部型El Nio事件的发生频率大。     

北极放大的时空变化特征及其与北极涛动的联系

The Arctic near-surface air temperatures are increasing more than twice as fast as the global average–a feature known as Arctic amplification(AA).A modified AA index is constructed in this paper to emphasize the contrast of warming rate between polar and mid-latitude regions,as well as the spatial and temporal characteristics of AA and their influence on atmospheric circulation over the Northern Hemisphere.Results show that AA has a pronounced annual cycle.The positive or negative phase activities are the strongest in autumn and winter,the weakest in summer.After experiencing a remarkable decadal shift from negative to positive phase in the early global warming hiatus period,the AA has entered into a state of being enlarged continuously,and the decadal regime shift of AA in about 2002 is affected mainly by decadal shift in autumn.In terms of spatial distribution,AA has maximum warming near the surface in almost all seasons except in summer.Poleward of 20°N,AA in autumn has a significant influence on the atmospheric circulation in the following winter.The reason may be that the autumn AA increases the amplitude of planetary waves,slows the wave speeds and weakens upper-level zonal winds through the thermal wind relation,thus influencing surface air temperature in the following winter.The AA correlates to negative phase of the Arctic oscillation(AO) and leads AO by 0–3 months within the period 1979–2002.However,weaker relationship between them is indistinctive after the decadal shift of AA.