赤道太平洋初级生产力对El Nio事件响应的综合分析

本文依据热带海洋全球大气研究(TOGA),东太平洋海洋环流研究(EPOCS)、西赤道太平洋海洋环流研究(WEPOCS)、表层热带太平洋观测(SURTROPAC)以及太平洋区域观察)PROPPAC)等计划,对1980～1990年期间在赤道太平洋(141.5°E～85°W,10°N～10°S)所调查的生物化学资料进行了分析和比较。所得结果是:东赤道太平洋正常年份初级生产力为500～800mg/(m~2·d),El Ni(?)o期间约为150mg/(m~2·d);西赤道太平洋正常年份初级生产力为200～250rag/(m~2·d),El Ni(?)o期间约为300mg/(m~2·d)。研究结论是:El Ni(?)o期间东赤道太平洋初级生产力较正常年份显著降低,西赤道太平洋初级生产力较正常年份明显增加,生物响应均较显著。     

El Niño前后热带西太平洋潜热交换空间变化特征

本文根据中美西太平洋联合考察资料,计算了西太平洋热带海域(20°N～8°S,112°～170°E)内的潜热通量和显热通量。结果表明,该区域海气交换潜热通量的空间分布与El Niño的发生有密切联系。根据计算结果建立了潜热e_w-e-V诺谟图,显热t_w-t-V诺谟图。利用该图可随时对海气热交换特征进行诊断分析。     

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。     

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.     

El Ni■o期间太平洋赤道潜流逆转事件

联系1982～1983年El Nino事件期间的太平洋赤道潜流逆转事件,研究了1976～1977年和1986～1987年两个El Nino年中137°E和165°E断面上出现的相同现象。认为赤道潜流运动逆转并非1982～1983年El Nino期间的偶发事件。西太平洋赤道海域是监测赤道潜流变异及其与El Nino事件关系的关键地区。     

两类El Niño不同衰减型的演变特征及其与我国夏季降水的联系

利用中国气象局743站日降水、NCEP-/NCAR大气环流、英国气象局Hadley中心全球月平均海表温度（SST）等资料,探讨了两类El Niño不同衰减型的演变特征及其对衰减阶段夏季（6-8月）我国降水异常分布的可能影响。根据海表温度异常（SSTA）沿赤道（5°S~5°N）的演变特征,EP-El Niño存在两种衰减型:自东向西（E-W）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展）和自西向东（W-E）衰减（大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展）;CP-El Niño存在3种衰减方式:对称（S）衰减（赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称）、延迟（P）衰减（衰减阶段紧接着呈现EP-El Niño分布）、突然（A）衰减（衰减阶段紧接着发生EP-La Niña事件）。对于EP-El Niño,在华北、华南、长江和黄河（简称两河）之间及两河的上游地区,E-W与W-E衰减阶段夏季降水呈现完全相反的异常分布特征。E-W衰减阶段夏季两河之间及上游地区偏旱的可能性显著增大,华北地区降水异常偏多,长江以南略偏多;而W-E衰减阶段夏季,两河之间及上游地区降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,华南大部和华北地区降水明显偏少。对于CP-El Niño的3种衰减方式:夏季降水异常大值带在S衰减方式下主要位于黄河和淮河之间;在P方式衰减时,出现在长江流域;而在A型衰减时,主要位于黄河下游地区。S和A衰减方式下,东北大部尤其东北北部降水偏少,而处于P衰减时,东北大部降水明显偏多;在西南地区,S衰减时夏季降水总体偏多,A衰减时情况相反;在西北北部地区,A衰减时偏旱,而S和P衰减时降水总体偏多。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,区分衰减型使得两类El Niño次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水短期气候预测工作提供了重要依据。     

不同强度El Nio事件长期变化规律的若干统计特征

本文对1763～1987年间历次强、中、弱El Nio事件的发生频率、各次事件的间隔年数,以及当某类强度事件发生后下一次事件的强度级别与发生时间的概率等做了统计分析。结果表明,El Ni(?)o事件的长期变化具有一定的规律性。这些规律可作为预测El Ni(?)o事件的参考。     

El Nio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 Nio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 Nio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 Nio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 Nio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 Nio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 Nio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.     

两类El Niño事件对中国近海及毗邻海域海表温度的影响

为研究东部型和中部型两类厄尔尼诺(El Ni?o)事件与中国近海海表温度(sea surface temperature,SST)变化间的联系,基于中国科学院大气物理研究所连续80年(1940—2019年)的SST再分析数据,采用EOF分解、合成分析等方法做了初步分析,发现中国近海及毗邻海域近80年SST变化与全球变暖密切相关。并且两类El Ni?o事件对中国近海SST变化的影响存在显著差异。东部型El Ni?o事件发展过程中,中国近海及毗邻海域SST在发展年主要为负异常,衰退期为正异常;中部型ElNi?o事件发展过程中, SST变化区域差异大,发展年日本附近海域为正异常, 28°N以南为弱的负异常。两类El Ni?o事件引发西太平洋风场反气旋涡的时间、位置与强度等的不同,是造成中国近海风场与海表温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)差异的主要原因。     

热带西北太平洋热状况对热带气旋活动的影响

分析热带西北太平洋和南海的表层至100m的水温变化与热带气旋活动的关系。得出:(1)海洋热含量正距平年热带气旋偏多,反之偏少。(2)热带西北太平洋西部热含量增加时,副热带高压脊点偏西,移入南海的热带气旋频数增加,反之减少。(3)因热带东、西太平洋水温变化反相,南海水温变化与热带东太平洋同位相,故从太平洋移入南海的热带气旋与在南海生成的热带气旋频数的变化趋势近于相反。     

1997/1998厄尔尼诺的发生与发展

厄尔尼诺现象是大尺度海气相互作用过程而引起的异常变化.由于伴随着厄尔尼诺的发生往往出现全球范围的气候异常,因此厄尔尼诺的诊断和预测引起了海洋学家和气象学家的密切注意.为了建立和改善厄尔尼诺的预报模式,寻求可供厄尔尼诺预报使用的预报因子和诊断厄尔尼诺发生与发展的物理条件是科学工作者面临的重大挑战.长期以来,为了选取那些具有明显的物理意义、预报提前量足够大的物理量,及早地诊断厄尔尼诺的发生、发展和消衰,海洋和气象学界付出了不懈的努力.例如,各种厄尔尼诺和南方涛动指数及反映全球气候异常的指标等都是这种努力的结果.回顾既往发生的厄尔尼诺过程,虽然有其共同的一面,但具体个例之间却又不尽相同.     

超强厄尔尼诺事件次年台风生成偏晚原因分析

The 2015/2016 El Ni?o event reached the threshold of super El Ni?o event, and was comparable to the super events in 1982/1983 and 1997/1998. Interestingly, the tropical cyclones(TCs) were found to have very late onsets in the decaying years of the super El Ni?o events. This study discusses the causes of late TC onsets related with atmospheric circulation, disturbance sources and trigger mechanisms. The analysis shows that the western North Pacific subtropical high(WNPSH) from January–June during the decaying years of the super El Ni?o events were stronger than the climatic mean, which resulted in a relatively stable atmospheric state by inhibiting deep convection. As a disturbance source, the April–June intertropical convergence zone(ITCZ) during the decaying years of the super El Ni?o events were significantly weaker than its climatic mean. The cross-equatorial flow and monsoon trough, as important TC generation triggers, were weaker from April–June during the decaying years of the super El Ni?o events, which further reduced the probability of TC generation. As for the late TC onsets, the role of atmospheric circulation anomalies(i.e., subtropical-high, the ITCZ, cross-equatorial flow, and monsoon trough) were more important. The cross-equatorial flow may take as predictor of TC onsets in the decaying years of the super El Ni?o events.     

南海海平面对两类El Ni?o的不同响应

利用ECMWF ORAS4重构数据,分析了南海海平面异常(SLA)对东部型(EP)El Ni?o和中部型(CP)El Ni?o的不同响应特征。南海SLA在两类El Ni?o期间表现出不同的时空演变规律。对于东部型El Ni?o,南海空间平均的SLA在发展年的秋、冬季显著下降,最低可达-2 cm,并在次年开始上升,至次年冬季可达2 cm。空间分布上,在发展年秋、冬季,除越南东南部海域存在一个正异常中心外,在南海绝大部分海域,SLA均表现为显著的负异常;从次年春季开始,SLA负异常减弱,而越南东南部的正异常开始发展,直至冬季南海大部分海域以正异常为主。对于中部型El Ni?o,南海SLA在整个El Ni?o发展和衰退期间均表现为显著负异常,异常值始终维持在-2 cm左右,并且在空间上表现为全海盆一致的负异常模态。相比于传统的经验正交分解(EOF),季节EOF(S-EOF)能够更好地刻画南海SLA在两类El Ni?o期间的时空演变特征,S-EOF的第一模态表现为中部型El Ni?o模态,而第二模态更多地表现为南海SLA在东部型El Ni?o期间的演变特征。南海海平面在两类El Ni?o期间的...     

Impact of the central Pacific zonal wind divergence and convergence on the central Pacific El Nio event

The central Pacific(CP) zonal wind divergence and convergence indices are defined, and the forming mechanism of CP El Nio(La Nia) events is discussed preliminarily. The results show that the divergence and convergence of the zonal wind anomaly(ZWA) are the key process in the forming of CP El Nio(La Nia) events. A correlation analysis between the central Pacific zonal wind divergence and convergence indices and central Pacific El Nio indices indicates that there is a remarkable lag correlation between them. The central Pacific zonal wind divergence and convergence indices can be used to predict the CP events. Based on these results, a linear regression equation is obtained to predict the CP El Nio(La Nia) events 5 months ahead.     

厄尔尼诺/拉尼娜信号循环回路及其传播特性研究

基于1992～2001年卫星高度计资料分析了海面高度距平在厄尔尼诺/拉尼娜(El Niño/La Niña)现象中的演变过程,发现:(1)在El Niño过程中,海面高度正距平信号从西太平洋沿赤道海域向东传播至东海岸,然后分成南北两支,北支在10°N附近从东太平洋传回西太平洋的信号最强,到达西太沿岸海域再传回赤道,表明El Niño信号传播在北半球存在一明显循环回路.赤道以南循环圈不及赤道以北环路清晰.东太平洋的季节变化信号主要通过6°N,10°N和8°S附近的3个通道向西太平洋传播.La Niña信号主要从5°N和7°S向西传播;(2)在大洋海盆尺度快速传播信号背景下,存在波长700～800km的慢速传播信号,两类信号将信息在太平洋内传送.传播速度分析表明,慢速传播信号的相速与Rossby波相速相符,而快速传播信号应该是海洋对大气变异的响应.     

简易海洋同化数据中的厄尔尼诺现象

为研究在厄尔尼诺现象演变过程中海气相互作用的性态特征,该文再次应用拓展伴随模态分析于简易海洋同化数据(SODA data).结果表明:通过相互作用形成厄尔尼诺/拉尼娜现象的海洋与大气具有明显不同的性态,气候系统中并不存在一个相对独立的热带太平洋大气变异,但是的确存在一个相对独立的热带太平洋海洋变异;原因在于大气是底部界面受热而海洋是顶部界面受热,从而导致前者具有较后者强烈得多的斜压不稳定性和能够覆盖大部分热带太平洋的赤道辐合带; 再次证实了正是直接来自中纬度海域的西风爆发和海面风辐聚导致赤道太平洋上层海水的东向移动和经向辐聚造就了厄尔尼诺所特有的增温信号.     

2015/2016年超强厄尔尼诺期间热带西太平洋海洋环流变化特征

本文利用HYCOM(HybridCoordinateOceanModel)再分析数据对北赤道流(NEC)、棉兰老流(MC)以及黑潮(KC)所构成的NMK环流系统在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间的变化特征及其影响机制进行了研究,并与其他厄尔尼诺期间的变化特征进行了对比。结果表明,在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间, NEC和MC输运均显著增强,最大值分别达到66 Sv (1 Sv=106 m3/s)和49.4 Sv,北赤道流分叉纬度最北可达16°N, KC输运没有明显增强。NMK环流系统的年际变化主要与此次厄尔尼诺事件期间热带西北太平洋15°N以南、160°E以西海域出现的气旋式环流异常有关。该环流异常出现自厄尔尼诺事件的前期阶段,并于爆发阶段达到顶峰,主要是由15°N以南区域出现的强西风异常所引起的。进一步分析表明,此次厄尔尼诺事件期间NEC、MC输运和NBL的平均值均大于1992—2014年间所有厄尔尼诺事件的平均状况,但与1997/1998年超强厄尔尼诺事件期间的平均值相近。     

三种基于均生函数的统计模型在厄尔尼诺预测中的应用

为了探究厄尔尼诺的预测方法,提高其预报准确度与预报时效,本文基于均生函数的基本原理,在普通均生函数模型中分别加入气候序列的本征模函数和预报因子变量,构建了基于EEMD(Ensemble EmpiricalModeDecomposition)的均生函数模型和多变量均生函数模型;并应用三种方案对NINO3区海温指数进行了预报试验。结果表明,两种改进模型对厄尔尼诺的预报效果好于普通均生函数模型,是提高预报准确度的有效手段;同时,利用统计的预报模型,可以在一定程度上有效延长厄尔尼诺的预报时效,具有一定实践意义。     

中国科学院气候系统模式模拟的ENSO循环

On the basis of more than 200-year control run, the performance of the climate system model of Chinese Academy of Sciences(CAS-ESM-C) in simulating the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) cycle is evaluated, including the onset, development and decay of the ENSO. It is shown that, the model can reasonably simulate the annual cycle and interannual variability of sea surface temperature(SST) in the tropical Pacific, as well as the seasonal phase-locking of the ENSO. The model also captures two prerequisites for the El Ni?o onset, i.e., a westerly anomaly and a warm SST anomaly in the equatorial western Pacific. Owing to too strong forcing from an extratropical meridional wind, however, the westerly anomaly in this region is largely overestimated. Moreover, the simulated thermocline is much shallower with a weaker slope. As a result, the warm SST anomaly from the western Pacific propagates eastward more quickly, leading to a faster development of an El Ni?o. During the decay stage, owing to a stronger El Ni?o in the model, the secondary Gill-type response of the tropical atmosphere to the eastern Pacific warming is much stronger, thereby resulting in a persistent easterly anomaly in the western Pacific. Meanwhile, a cold anomaly in the warm pool appears as a result of a lifted thermocline via Ekman pumping. Finally, an El Ni?o decays into a La Ni?a through their interactions. In addition, the shorter period and larger amplitude of the ENSO in the model can be attributed to a shallower thermocline in the equatorial Pacific, which speeds up the zonal redistribution of a heat content in the upper ocean.