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。     

ENSO对印度洋偶极子与中国秋季降水关系的影响

利用1950--1999年Hadley中心全球海温资料、NCEP／NCAR再分析资料和中国气象局整编的160站降水资料，通过讨论印度洋偶极子（IOD）独立发生时及IOD与ENSO联合发生时中国秋季降水的差异，研究了ENSO对IOD与中国秋季降水关系的影响。结果表明：仅有IOD发生时，其正位相年使得中国西南地区和黄河流域的秋季降水出现正异常，而当IOD与ENSO伴随出现时，IOD正位相年和E1Nino使得中国西南地区秋季降水正异常区域维持并向东扩展，还使得黄河流域秋季降水转为负异常。此外分析了ENSO改变IOD与中国秋季降水关系的环流成因。     

IOD Modoki事件对华南后汛期降水异常的影响及可能机理

利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华南后汛期降水异常与热带印度洋中部(东和西部)海温异常呈显著正(负)相关关系,表现为印度洋IOD Modoki或印度洋三极子事件的空间分布型。滤除ENSO信号影响后,华南后汛期降水异常仍和IOD Modoki存在较为密切的联系。IOD Modoki正异常对华南后汛期降水异常的影响有以下途径,一方面,异常水汽从热带印度洋东部向西输送至热带中印度洋后,在北半球受科氏力作用向东输送至华南地区,为华南地区提供了充足的水汽条件,并且对华南地区降水正异常的主要水汽辐合贡献为平均水汽的水平扰动散度项和扰动引起的平均水汽垂直平流项。另一方面,热带东南印度洋海温负异常,通过Mastuno-Gill响应引起对流层低层自热带东南印度洋至热带中印度洋有东南风异常,增强了70°E附近的越赤道气流,在北半球向东输送至西北太平洋,这引起了华南地区对流层低层气旋式环流异常。另外,热带东印度洋对流层低(高)层异常辐散(辐合),华南地区低(高)层异常辐合(辐散)增强了东亚地区的局地Hadley环流,有利于华南地区降水的产生。再者,IOD Modoki引起南亚季风区受异常下沉运动控制,并通过季风-荒漠机制引起副热带北大西洋东部、北非荒漠区及地中海西部周围正涡度异常,激发了沿急流向下游传播的准静止Rossby波,增强了日本海高压异常和华南及邻近地区对流层低层气旋式环流异常。上述原因均有利于华南地区降水的产生,反之亦然。上述结果在数值模式中亦得到了验证。     

ENSO背景下印度洋偶极子海温异常对中国冬季降水的影响

利用1950—2009年Hadley环流中心全球月平均海表温度资料、1960—2009年NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象局整编的160站降水资料,研究分析了印度洋偶极子(IOD)和太平洋异常海温(ENSO)对中国冬季降水的协同影响和不同作用,通过对比分析,揭示了IOD独立发生、ENSO独立发生以及IOD与ENSO联合发生时中国冬季降水的差异。研究结果表明: IOD异常海温和ENSO异常海温的出现虽然具有较高的协同性,但二者对我国冬季降水的影响效应不尽相同,IOD与ENSO的同时发生并不是两者单独发生时各自作用的叠加,而是具有协同或抵消作用。仅有IOD发生时,其正位相年使得中国西南(云南西部除外)、华南以及华北、东北地区的冬季降水出现正异常,在江淮流域出现负异常,反之亦然。但是IOD正位相比负位相对中国冬季降水的影响更显著。当IOD与ENSO同时出现时,IOD的作用使得ENSO对我国西南(云南西部除外)、内蒙、东北地区冬季降水的影响作用更为显著。此外还初步分析了IOD与中国冬季降水关系影响的环流成因。      

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料，分析发现，上年秋季尤其是11月的赤道（热带）印度洋偶极子（tropical Indian Ocean dipole, TIOD）模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析，结果表明：上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致，显示出从高纬度到低纬度“+、-、+”的相关分布，反映出当上年11月TIOD正位相（负位相）时，次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显（不明显）、中纬度30°～37°N低值系统活跃（不活跃），西太平洋副热带高压偏强（弱）、位置偏南（北）的重庆夏季典型的降水偏多环流特征；前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时，两个事件的作用相互叠加，使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南，造成重庆夏季降水的异常偏多。     

印度洋偶极子与中国秋季降水的关系

利用1950--1999年Hadley中心全球海温资料、NCEP／NCAR再分析资料以及国家气象局整编的160站降水资料，分析讨论了夏季印度洋偶极子与中国秋季降水的时滞关系及秋季印度洋偶极子与同期中国降水的关系。结果表明：夏、秋季印度洋偶极子均与中国南方秋季降水有很好的正相关关系；通过对印度洋偶极子时期秋季异常环流场特征分析，发现正偶极子时期中国西南部受中层槽前西南气流影响，带来充足水汽，同时低层为异常气旋性环流控制，使该地区降水增加。     

初夏孟加拉湾东部降水异常对印度洋海温偶极子的触发作用

基于1982—2013年逐月NCEP资料及GODAS资料,采用回归分析、合成分析以及2.5层简化海洋模式数值模拟等方法,研究了热带东印度洋的大气和海洋过程对印度洋海温偶极子(IOD,Indian Ocean Dipole)东极(IODE,IOD East pole)海温异常的影响。结果表明,IODE海温异常的演变超前IOD西极(IODW,IOD West pole)海温异常的演变,并对IOD事件的生成和发展起到关键作用。初夏,来自阿拉伯海、中南半岛地区以及孟加拉湾西南部的水汽输送,导致孟加拉湾东部出现强降水。降水释放的潜热在热带东印度形成了一个跨越赤道的经向环流,有利于加强赤道东印度洋的过赤道气流,并在苏门答腊沿岸形成偏南风异常。该异常偏南风通过影响混合层垂向夹卷混合过程和纬向平流过程,导致IODE海温迅速下降。随后赤道东南印度洋异常东南风迅速增强以及赤道中印度洋东风异常的出现,增强了自东南印度洋向西印度洋的水汽输送,削弱了向孟加拉湾的水汽输送,使西南印度洋的降水增强,孟加拉湾东部的降水减弱。因此,IOD达到盛期前孟加拉湾东部的降水通过局地经向环流在苏门答腊沿岸形成偏南风异常,导致苏门答腊沿岸迅速的降温,并最终导致IOD事件的发生。     

宜昌市1998年汛期异常降水的程度及成因分析

结合宜昌市１１个气象台站１９５２年以来夏季降水资料和天气图资料,分析宜昌市１９９８年夏季降水的时空分布特征、降水异常程度及其气候成因,提出一套判定单站及域性异常降水的气候指标,由此确定１９５２年以来若干区域性异常降水年份,并分析异常降水与洪涝的关系,从而揭示洪涝灾害发生规律。其结果对洪涝灾害长期预测有一定参考价值,同时也可用于气候分析及气候评价等业务工作。     

中国西南汛期降水异常及影响因子

用１９５１－１９９２年３１个站的降水资料，作自然正交分解研究了近４２年汛期降水变化异常的时空分布，得到３种降水型。     

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。     

热带印度洋偶极子模态的不对称性及其成因的数值研究

热带印度洋偶极子 (Indian Ocean Dipole) 是印度洋海域内海洋和大气环流年际变化的主要特征模态之一, 在热带海气耦合系统中起到非常重要的作用。同热带太平洋的ENSO现象类似, 热带印度洋偶极子也呈现出显著的不对称性。本文利用中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋环流模式, 在观测风应力距平的强迫下, 评估了模式对热带印度洋季节变化、 热带印度洋偶极子 (IOD) 模态及其不对称性的模拟能力, 并且通过数值试验分析了IOD模态不对称性特征及其对气候平均态的影响。对照观测资料, 模式较好地再现了热带印度洋SST在季风驱动下的季节变化特征。在年际时间尺度上, 模式不仅能够再现IOD指数的变化趋势, 而且可以成功模拟出IOD模态的空间分布特征, 即表层和次表层海温在西印度洋表现为正异常, 在东印度洋表现为负异常。可见, 对于热带印度洋而言, IOD模态主要是对风应力异常的响应。热带印度洋海温与Niño3.4指数的相关性分析表明, 模式能够模拟出超前热带太平洋ENSO现象2～4个月时海温的偶极子型分布, 但是不能模拟出滞后ENSO现象2个月左右的全海盆增暖模态, 可能是因为模式试验中没有考虑热通量年际异常的强迫。同时, 模式模拟的IOD模态具有同观测结果相类似的不对称性, 进一步的敏感性试验表明风应力的不对称性对偶极子指数的不对称性贡献较小, 次表层及以下海温的不对称性可能主要受到海洋内部非线性动力过程的影响。通过数值试验, 本文还发现热带印度洋海温的不对称性对气候平均态会有影响, 而这种不对称性长期积累后, 会导致上层热带印度洋温度层结趋于稳定状态。     

热带印度洋次表层偶极子模态及其1997/1998年过程诊断分析研究

利用EOF分解及相关统计方法研究了热带印度洋400m以上的次表层海温异常并对1997/1998年热带印度洋偶极子事件过程进行诊断分析研究。结果表明:热带印度洋次表层400m以上的部分海温距平最大是在100m左右的深度, 就整个热带印度洋而言, 自20世纪80年代以来, 次表层60m以上出现了变暖的趋势, 而80m以下则出现了降温的趋势。同时在热带印度洋次表层80m深度存在着比海表更强的偶极子模态。1997/1998年发生在印度洋海表东冷西暖型的偶极子事件, 是东印度洋次表层的海温正距平西传的结果, 而海温正距平的西传与热带印度洋上东风异常有关, 其物理机制是东风异常激发的Rossby波的作用。     

印度洋偶极子与热带太平洋海洋表面温度异常多时间尺度相互作用初析

本文利用交叉谱方法, 将印度洋偶极子 (简称IOD) 与ENSO的相关关系分解到不同的时间尺度上来分析, 进而通过对海气耦合过程的初步分析, 讨论了不同时间尺度上IOD与ENSO的相互作用。结果表明, IOD与ENSO在准1～2年、 准3年、 准4年等三个时间尺度上存在显著相关, 同时, IOD还存在一个独立于ENSO的模态, 主要表现在准8个月时间尺度上。从海气相互作用的角度看, 在与ENSO相关的三个特征时间尺度上, IOD年际变率主要通过引发热带印度洋纬向风异常并且东传到太平洋, 从而引起热带中东太平洋海温的年际变率。与ENSO相对独立的IOD模态则没有类似的纬向风异常东传过程。此外, 在上述四个不同时间尺度上, 产生IOD变率的印度洋海气耦合过程不尽相同, 各具特点。     

印度洋偶极子向海盆一致模转变的年代际变化及其成因

利用3种百年时间尺度的海温资料,探讨了印度洋偶极子(India Ocean Dipole, IOD)向海盆一致模(Indian Ocean Basin, IOB)年际转变的年代际变化,结果发现1940—1970年几乎不存在这一转变现象,1970年以后该现象则十分显著。研究表明,IOD与ENSO之间海气耦合作用的年代际变化是这一转变现象的主要原因,1940—1970年IOD与ENSO之间发生发展相互独立,而1970年以后联系密切。通过进一步对物理量场的诊断分析,揭示了其中主要的动力机理：1970年以前,热带印度洋上空形成的季风环流异常无法与热带太平洋的沃克环流异常进行耦合,IOD事件发生时无法与热带太平洋产生联系。反之,1970年以后,热带两大洋上空两个纬圈环流异常之间耦合作用强烈,正(负)IOD事件发生时,通过海气相互作用,促进El Ni1o(La Ni1a)发展,印度洋又会受到来自ENSO的正反馈作用。因此这种“齿轮式”耦合模型能一直持续到冬季和次年春季,热带印度洋上空持续受到东(西)风异常的影响和低层环流的引导,西印度洋有次表层暖水的流入(出),加上印度洋本身海盆尺度较小,西边的暖...     

The Connection between the Sea Surface Height Anomaly Preceding the Indian Ocean Dipole and Summer Rainfall in China

The sea surface height anomaly(SSHA) signals leading the fall Indian Ocean Dipole(IOD) are investigated. The results suggest that, prior to the IOD by one year, a positive SSHA emerges over the western-central tropical Pacific(WCTP), which peaks during winter(January-February-March, JFM), persists into late spring and early summer(April-May-June, AMJ), and becomes weakened later on. An SSHA index, referred as to SSHA_WCTP, is defined as the averaged SSHA over the WCTP during JFM. The index is not only significantly positively correlated with the following-fall(September-October-November, SON) IOD index, but also is higher than the autocorrelation of the IOD index crossing the two different seasons. The connection of SSHA_ WCTP with following-summer rainfall in China is then explored. The results suggest that higher(lower) SSHA_ WCTP corresponds to increased(reduced) rainfall over southern coastal China, along with suppressed(increased) rainfall over the middle–lower reaches of the Yangtze River, North China, and the Xinjiang region of northwestern China. Mechanistically, following the preceding-winter higher(lower) SSHA_WCTP, the South Asia High and the Western Pacific Subtropical High are weakened(intensified), which results in the East Asian summer monsoon weakening(intensifying). Finally, the connection between SSHA_WCTP and El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) is analyzed. Despite a significant correlation, SSHA_WCTP is more closely connected with summer rainfall. This implies that the SSHA_WCTP index in the preceding winter is a more effective predictor of summer rainfall in comparison with ENSO.     

2004年夏季经向型雨带及其与印度洋偶极模异常海温的关系

针对2004年夏季降水为南北向雨带分布的异常特点,利用NCEP/NCAR再分析资料对可能造成2004年准经向降水分布的海温场、高度场及水汽输送特征进行了分析,并与夏季降水呈纬向分布的2003年进行了比对.分析结果表明,2004年夏季西太平洋副热带高压偏北、偏东,中国大陆中纬度地区东部为异常偏东水汽输送,西部为异常偏西的水汽输送,东、西风在110°E形成南北向交界,有利于形成南北经向型的水汽辐合和降水分布.而在2003年夏季,西太平洋副热带高压偏南、偏西,在长江以南形成稳定的带状副高,有利于雨带长时间稳定在副高北侧的淮河流域,同时中国大陆35°N以南地区为异常偏西水汽输送,以北地区为异常偏东的水汽输送,正、负异常纬向风形成东西向交界,有利于形成东西纬向型的水汽辐合和带状降水分布.对海温状况的分析发现,虽然2003年和2004年太平洋异常海温信号较弱,但印度洋和中国大陆近海海温却有明显的差异,2004年夏季西北太平洋异常海温北高南低,西印度洋海温异常偏冷,赤道热带印度洋海温呈东暖西冷的偶极模负相位特征.而在2003年淮河强降水发生同期,西北太平洋异常海温南高北低,西印度洋海温异常偏暖,赤道热带印度洋海温呈东冷西暖的偶极模正相位特征.因此,印度洋异常海温偶极模的不同相位可能是造成2003、2004年中国夏季降水不同雨带分布型的重要原因.利用中国160个代表站1950～1999的降水资料,进一步分析了印度洋偶极模不同相位异常海温对中国夏季降水的影响,结果发现,印度洋偶极模正相位有利于中国南方降水的西移和北方降水的东进,趋向于形成东西纬向型降水分布; 而印度洋偶极模负相位有利于中国南方降水的东退和北方降水的西移,趋向于形成南北经向型降水分布.     

IOD对ENSO影响中国夏季降水和气温的干扰作用

使用NCEP/NCAR再分析资料研究了"单纯"ENSO事件、"单纯"IOD事件以及有IOD事件伴随发生的ENSO事件对中国夏季降水和气温的影响.结果表明:"单纯"ENSO事件、"单纯"IOD事件对中国夏季降水和气温均有显著影响,当El Nino年有正IOD事件同时发生时,我国北方地区水汽增加,华北降水偏少现象得到抑制,我国大陆气温有所上升;当La Nina年有负IOD事件同时发生时,北方地区的水汽减少,不利于华北地区的降水,我国大陆气温有所下降.