热带西太平洋纬向风异常对 ENSO 循环的动力作用

根据观测资料,分析了1982/1983,1986/1987,1991/1992和1997/1998年ElNino事件发展和衰减以及LaNino事件发生过程中赤道西太平洋对流层下层环流和纬向风异常及其作用.结果表明,在ElNino事件发展阶段前,在热带西太平洋上空对流层下层产生气旋性环流异常,从而使印度尼西亚和赤道西太平洋上空产生西风异常;而当ElNino事件发展到成熟阶段,在热带西太平洋上空对流层下层产生反气旋性环流异常,从而使印度尼西亚和赤道西太平洋上空产生东风异常.还利用一个简单的热带海洋动力学模式,计算了20世纪最强的1997/1998ENSO循环过程中赤道海洋波动对实际海表风应力距平的响应.结果表明,热带西太平洋海表附近的纬向风异常,通过激发Kelvin波与Rossby波对ElNino事件的发展与衰减和LaNino事件的发生起到重要的动力作用.     

热带大气季节内振荡和ENSO的相互关系

通过观测资料的分析和数值模拟，研究了热带大气季节内振荡与ＥＮＳＯ的相互关系．一方面，在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发生之前，热带大气季节内振荡（尤其是在赤道中西太平洋地区）异常偏强，通过海一气相互作用它可能是Ｅ１Ｎｉｎｏ的一种重要激发机制．同时，赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强同东亚中高纬度地区３０-６０天振荡的加强和强东亚冬季风有关．另一方面，ＥＮＳＯ对热带大气季节内振荡也有重要影响，在Ｅ１Ｎｉｎｏ期间，热带大气季节内振荡明显减弱；其结构明显趋于正压性．     

热带大气季节内振荡和ENSO的相互关系

通过观测资料的分析和数值模拟,研究了热带大气季节内振荡与ＥＮＳＯ的相互关系．一方面,在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发生之前,热带大气季节内振荡（尤其是在赤道中西太平洋地区）异常偏强,通过海一气相互作用它可能是Ｅ１Ｎｉｎｏ的一种重要激发机制．同时,赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强同东亚中高纬度地区３０—６０天振荡的加强和强东亚冬季风有关．另一方面,ＥＮＳＯ对热带大气季节内振荡也有重要影响,在Ｅ１Ｎｉｎｏ期间,热带大气季节内振荡明显减弱;其结构明显趋于正压性．     

热带太平洋海洋混合层水体振荡与ENSO循环

研究了热带太平洋温跃层和海面风应力年际变率主要模态及它们之间的相互作用, 探讨了ENSO循环的可能形成机制, 得到如下结果: (1)热带太平洋温跃层异常具以160°W为纵轴的东西向偶极子分布和以6~8°N为横轴的南北向跷跷板分布等两种主要模态, 两者(相位差90°)组合构成El Niño/La Niña循环, 表现为混合层水体(指温跃层界面之上海温垂直分布较均匀的上层海洋)在赤道与12°N之间的热带太平洋海盆内反时针三维振荡; (2)热带太平洋风应力异常具两种主要分布型, 第一特征向量场反映了热带太平洋信风异常导致的赤道太平洋异常纬向风应力及散度场与离赤道北太平洋异常越赤道风应力及反相散度场, 第二特征向量场反映了热带辐合带(ITCZ)异常导致的异常风应力及相应散度场; (3)信风异常对ENSO事件的形成、强度和相变都有决定性的作用, 它导致海面倾斜, 提供了混合层水体振荡初始位能, 同时造成赤道太平洋西部与东部之间和赤道太平洋与12°N北太平洋海盆之间温跃层同步反相位移, 限定了热带太平洋混合层水体振荡的振幅和路线. ITCZ异常主要对ENSO相变过程有一定影响; (4)热带西太平洋海洋热力异常导致海面风应力异常, 它伴随热带太平洋混合层水体振荡沿赤道由西向东扩展, 造成热带太平洋信风异常, 产生有利于水体振荡的异常风应力及散度场, 反过来进一步加强混合层水体振荡. 这一海气耦合过程与混合层水体振荡一起为ENSO循环提供了相变和年际记忆机制. 研究指出, ENSO循环实质上是由信风异常和海气耦合过程共同作用下产生的热带太平洋海洋混合层水体在赤道与12°N之间热带太平洋海盆内的惯性振荡. 海气耦合过程产生的作用力大于或等于水体运动阻力时, ENSO循环将加强或维持, 不足以克服水体运动阻力时, 水体振荡减小, ENSO循环将逐渐减弱, 直至中断.     

平流层爆发性增温对中国天气气候的影响 及其在ENSO影响中的作用

本文通过分析1957~2002年平流层爆发性增温(SSW)的环流特征,研究平流层爆发性增温可能对我国天气气候的影响.平流层爆发性增温发生后平流层高纬地区有异常的环流变化,但是这种变化并不仅局限于平流层内部,其产生的环流异常能够向下传播,并对对流层的天气和气候产生影响.研究发现,平流层出现强爆发性增温后,平流层异常温度场和位势高度场在中、高纬度形成AO型振荡并向下传播,使得对流层低层西伯利亚高压增强、阿留申低压加深,500 hPa东亚大槽加深且偏西,导致东亚冬季风增强,我国北部大部分地区气温偏低.而在爆发性增温前,强行星波扰动使得东亚大槽加深,西伯利亚高压和阿留申低压同时增强,也可能导致东亚冬季风偏强.El Nio可能激发出强行星波,有利于强SSW事件的发生.通过上述的两个过程可能造成东亚冬季风的加强,这将会对"El Nio事件通过对流层过程而引起东亚冬季风减弱"的结论有一定影响. 因此,ENSO事件影响东亚冬季风及中国的天气气候存在不止一种途径,具体影响情况应该是几种途径的综合结果.     

耦合条件非线性最优扰动及其在ENSO集合预报研究中的应用

考虑到目前集合预报初始扰动方法未能充分刻画地球系统不同圈层相互作用影响的局限性,本研究提出了能够考虑多圈层耦合初始不确定性的耦合条件非线性最优扰动(C-CNOP)方法.将C-CNOP方法应用于热带太平洋典型的海气耦合现象厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的集合预报研究,表明了C-CNOP方法能够产生ENSO集合预报的更恰当考虑海气耦合不确定性的快速增长初始扰动(CPs);从Ni?o3.4海表温度距平(SSTA)时间变率的预报和ENSO成熟位相SSTA空间变率的预报两方面,揭示了CPs能够有效促进ENSO集合平均预报的水平,尤其从春、夏季开始的预报,即使该季节热带太平洋海气耦合强度最弱, CPs也能够捕捉到该弱海气耦合信息的不确定性,从而大大抑制了ENSO预报误差在该季节由于最强海气耦合不稳定性导致的快速增长,有效延长了ENSO的预报时效.因此, C-CNOP方法是一个能够产生集合预报的更充分考虑初始耦合不确定性的初始扰动的方法,期望未来在继续研究的基础上,使C-CNOP在地球气候系统预测中发挥重要作用.     

非绝热加热对大气局地扰动位能的影响和机理

本文运用统计相关和奇异值分解方法,系统地考察了非绝热加热对大气局地扰动位能的影响特征和机理问题.分析结果表明,热带地区海表温度异常和扰动位能的耦合相关特征与厄尔尼诺和南方涛动变率的关系密切,扰动位能在热带外地区的耦合模态空间型呈现出与北太平洋—北美大气遥相关型极为相似的分布特征.通过进一步考察大气中视热源与扰动位能的耦合特征,发现在低纬地区仍主要反映了厄尔尼诺和南方涛动的影响机制,在热带外地区,视热源异常的耦合模态则表现出与北半球环状模类似的特点,这表明热带外地区大气的局地能量有效性与热带非绝热加热的遥强迫以及局地性热源加热强迫有着极为密切的联系.     

扰动位能与大气环流异常的耦合关系及机理研究

本文在前期局地扰动位能理论工作基础上,进一步着眼于扰动位能与大气环流异常的关系和机理问题,采用奇异值分解(SVD)方法分析了扰动位能与高、中、低层大气动能的耦合相关模态以及年际变率情况,同时考察它与作为大气质量分布的海平面气压之间的相关关系,并从物理上初步探讨了扰动位能与大气动能以及质量的相关机理问题.结果表明,扰动位能自身变率的第一模态同时也是与大气环流异常场耦合变化的主要模态,与之相对应的大气动能和质量场的主模态也是其自身变率的支配模态,说明它们之间存在相互制约的物理机制.而且,热带外地区大气环流主模态特征的形成,与扰动位能兼具全球尺度纬向对称结构和局地尺度纬向非对称性密不可分.另外,冬季南北半球环状模指数与扰动位能的前两阶矩存在非常好的相关关系,而在夏季这种关系明显削弱,仅存在于南半球.     

根据LF天波的相位和振幅变化监测中层大气扰动

LF无线电波,白天在70—80km的区域被反射,夜间在90—100km的区域被反射.本文根据武昌电离层观象台长期连续的地面LF传播的实验记录,分析研究了上中层大气压力的变化、行星尺度波扰动、冬季异常等上中层大气的特性,并对其中的冬季异常的机理作了简要讨论,从理论上分析了造成冬季异常的原因,除通常所述的因素外,上中层大气中气压下降或温度降低可能也是一个重要因素.并指出地面LF无线电波传播实验是监测和研究上中层大气的某些特性和扰动的一个重要手段,也可以为进一步探索平流层一中层耦合提供某些实验依据.     

根据LF天波的相位和振幅变化监测中层大气扰动

LF无线电波,白天在70-80km的区域被反射,夜间在90-100km的区域被反射.本文根据武昌电离层观象台长期连续的地面LF传播的实验记录,分析研究了上中层大气压力的变化、行星尺度波扰动、冬季异常等上中层大气的特性,并对其中的冬季异常的机理作了简要讨论,从理论上分析了造成冬季异常的原因,除通常所述的因素外,上中层大气中气压下降或温度降低可能也是一个重要因素.并指出地面LF无线电波传播实验是监测和研究上中层大气的某些特性和扰动的一个重要手段,也可以为进一步探索平流层一中层耦合提供某些实验依据.     

ENSO循环之中的海气相互响应——对次表层海温和大气旋度的资料分析

利用美国国家环境预测中心（NCEP）和联合环境数据分析中心（JEDAC）资料,分别定义了表征海洋和大气变异的风场涡度指数和温度场指数,对热带太平洋海域的极值曲面上的温度距平、850 hPa风应力旋度进行了分析.结果显示,大气对海洋热力强迫的响应主要是Gill型,而大气又可以通过风应力旋度造成的Ekman抽吸作用来影响海洋,这种海气相互作用影响着ENSO循环的发展.通过简单的统计分析,解释了二者在ENSO循环之中所起的作用,并从资料中验证了El Nio事件具有3～4年的循环周期.这在一定程度上支持了ENSO的时滞振荡子和自然振荡子理论.     

Dynamical effect of the zonal wind anomalies over the tropical western Pacific on ENSO cycles

The circulation and zonal wind anomalies in the lower troposphere over the equatorial western Pacific and their roles in the developing and decaying processes of the 1982–1983, 1986 –1987, 1991–1992 and 1997–1998 El Ni?o events and the occurrence of La Ni?a events are analyzed by using the observed data in this paper. The results show that before the developing stage of these El Ni?o events, there were cyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies brought the westerly anomalies over the Indonesia and the tropical western Pacific. However, when the El Ni?o events developed to their mature phase, there were anticyclonic circulation anomalies in the lower troposphere over the tropical western Pacific, and the anomalies made the easterly anomalies appear over the tropical western Pacific. A simple, dynamical model of tropical ocean is used to calculate the response of the equatorial oceanic waves to the observed anomalies of wind stress near the sea surface of the equatorial Pacific during the 1997/98 ENSO cycle, which was the strongest one in the 20th century. It is shown that the zonal wind stress anomalies have an important dynamical effect on the devel-opment and decay of this El Ni?o event and the occurrence of the following La Ni?a event.     

Mixed-layer water oscillations in tropical Pacific for ENSO cycle

The main modes of interannal variabilities of thermocline and sea surface wind stress in the tropical Pacific and their interactions are investigated,which show the following results.(1) The thermocline anomalies in the tropical Pacific have a zonal dipole pattern with 160°W as its axis and a meridional seesaw pattern with 6-8°N as its transverse axis.The meridional oscillation has a phase lag of about 90° to the zonal oscillation,both oscillations get together to form the El Ni?o/La Ni?a cycle,which be-haves as a mixed layer water oscillates anticlockwise within the tropical Pacific basin between equator and 12°N.(2) There are two main patterns of wind stress anomalies in the tropical Pacific,of which the first component caused by trade wind anomaly is characterized by the zonal wind stress anomalies and its corresponding divergences field in the equatorial Pacific,and the abnormal cross-equatorial flow wind stress and its corresponding divergence field,which has a sign opposite to that of the equatorial region,in the off-equator of the tropical North Pacific,and the second component represents the wind stress anomalies and corresponding divergences caused by the ITCZ anomaly.(3) The trade winds anomaly plays a decisive role in the strength and phase transition of the ENSO cycle,which results in the sea level tilting,provides an initial potential energy to the mixed layer water oscillation,and causes the opposite thermocline displacement between the west side and east side of the equator and also between the equator and 12°N of the North Pacific basin,therefore determines the amplitude and route for ENSO cycle.The ITCZ anomaly has some effects on the phase transition.(4) The thermal anomaly of the tropical western Pacific causes the wind stress anomaly and extends eastward along the equator accompanied with the mixed layer water oscillation in the equatorial Pacific,which causes the trade winds anomaly and produces the anomalous wind stress and the corresponding divergence in favor to conduce the oscillation,which in turn intensifies the oscillation.The coupled system of ocean-atmo-sphere interactions and the inertia gravity of the mixed layer water oscillation provide together a phase-switching mechanism and interannual memory for the ENSO cycle.In conclusion,the ENSO cycle essentially is an inertial oscillation of the mixed layer water induced by both the trade winds anomaly and the coupled ocean-atmosphere interaction in the tropical Pacific basin between the equator and 12°N.When the force produced by the coupled ocean-atmosphere interaction is larger than or equal to the resistance caused by the mixed layer water oscillation,the oscillation will be stronger or maintain as it is,while when the force is less than the resistance,the oscillation will be weaker,even break.     

地球自转与北半球中纬度地面温度的年代际关系及其可能物理过程分析

利用地球日长（LOD）资料和美国环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）的气象要素资料,统计分析发现1962-2010年LOD的变化和北半球中纬度地面温度均存在明显的十年以上的波动周期.相关分析、合成分析等统计方法均检测到LOD与中纬度地面温度的显著负相关关系,当地球自转速率加快时,北半球中纬度地面增温;反之,中纬度地面降温.小波功率谱和交叉谱分析则确定二者的相互关系属于准20年周期尺度上的年代际变化联系,并且LOD的变化超前于地面温度的变化大概3~4年.平均而言,LOD的变化可带来中纬度地面温度0.2℃的降温（或增温）.通过对大气相对角动量、纬向风场、海平面气压场的年代际合成分析,揭示了LOD与地面温度的年代际联系形成的具体物理过程.当地球自转加速时,北半球高低纬度经向温差梯度减弱,热带地区向极地扩展,造成北半球中纬度地区地面增温;地球自转减速时段相反,经向温差梯度增强,热带地区向赤道收缩,中纬度地区地面降温.

     

Interannual variability of Antarctic Oscillation and its influence on East Asian climate during boreal winter and spring

1 Introduction Antarctic Oscillation is a major mode of Southern Hemispheric (SH) extratropical atmospheric circula- tion. The SH Annual Mode represents a zonally sym- metric exchange of mass between polarward of 60°S and 40°S[1], therefore AAO indicates both the intensity of circumpolar low and zonal mean west wind at mid-high latitudes in SH. Positive phase of AAO tends to deepen circumpolar low and enhance west wind at mid-high latitudes in SH. Many studies show that AAO has bar…     

ENSO对平流层气溶胶分布的影响

本文采用ONI(Oceanic Nino Index)和HALOE(Halogen Occultation Experiment)气溶胶面积密度资料,从其滞后相关性入手分析了ENSO循环对平流层气溶胶的影响,通过对滞后于El Nino和La Nina时气溶胶含量的比较探讨了ENSO强迫的影响程度,并用剩余环流及其输送量解释了平流层气溶胶变化的动力机制.结果表明:ENSO对平流层气溶胶的分布有明显影响,在赤道和低纬度上空尤为显著,El Nino发生后半年内热带平流层低层的气溶胶面积密度较平均值偏大,平流层中层的面积密度则偏小,而La Nina反之.El Nino和La Nina影响的差异显著,在分别滞后于El Nino和La Nina事件2~8个月间的60 hPa气溶胶含量差异甚至高达45%,海表温度变化1 K则在滞后半年内气溶胶面积密度的变化可达到16%.ENSO的强烈影响能够维持大约半年,两年后基本消退.热带的变化幅度明显强于中高纬度,南北半球的变化特征也有所不同.ENSO通过影响剩余环流导致气溶胶输送量发生变化,进而引起气溶胶分布出现上述差异.     

北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析

本文采用相关和合成的分析方法,研究北京沙尘频次的年际变化及其冬、春季的全球环流背景.结果表明北京沙尘频次有年际变化的特点,并与全球范围内的环流异常相联系,特别是南、北半球的中高纬的环流异常.南半球环流异常与沙尘的联系在冬、春两季有很好的持续性和显著性,北半球中高纬环流异常与沙尘的联系冬季较春季显著.春季对流层高层的东亚西风急流增强能使低空的蒙古气旋加强和锋生,从而引起地面大风,为沙尘天气频次的增加提供动力条件.     

The effect of ENSO on rainfall characteristics in the tropical peatland areas of Central Kalimantan,Indonesia

Abstract

The effect of the El Niño Southern Oscillation (ENSO) on rainfall characteristics in the tropical peatland areas of Central Kalimantan, Indonesia, is demonstrated. This research used rainfall data collected between 1978 and 2008. The results suggest a relationship between ENSO events and the trend in rainfall observed in the study area. Further analyses show that El Niño events have a stronger effect on the rainfall compared to La Niña events. El Niño events were also correlated to the increase in the number of days with less than 1 mm of rainfall in the dry season. The analysis reveals that the impact of El Niño events on rainfall in dry seasons is intensifying annually. Furthermore, ENSO events are not the only factors affecting rainfall trends in the observed area. Other factors, such as deforestation, may also affect the trend.

Editor Z.W. Kundzewicz

Citation Susilo, G.E., Yamamoto, K., Imai, T., Ishii, Y., Fukami, H., and Sekine, M., 2013. The effect of ENSO on rainfall characteristics in the tropical peatland areas of Central Kalimantan, Indonesia. Hydrological Sciences Journal, 58 (3), 539–548.     

地震期间电离层扰动现象研究

介绍了大量的关于地震电离层扰动现象研究的最新进展,研究表明地震发生前的几天或者几个小时电离层扰动被观测到,电离层前兆是确实存在.但要将震前的电离层扰动作为地震短临预报的工具,还有许多值得我们去深入研究和解决的问题.应用空间技术开展大区域范围内电离层参数的实时观测,如用地震电磁卫星、GPS台网、并和地面电离层垂测仪观测相结合,建立“电离层地震前兆监测系统”,无疑会加速这项研究的进程.