Synoptic-scale disturbances over the northern South China Sea and their responses to El Niño

Using surface and aerological meteorological observations obtained at the Xisha Automatic Weather Station and three moored buoys along the continental slope, characteristics of the synoptic-scale disturbances over the northern South China Sea (NSCS) are extensively studied. The power spectra of surface and aerological observations suggest a synoptic feature with a pronounced energy peak at a period of 5-8 d and a weak peak at 3-4 d. The standard deviation of the synoptic temperature component derived at Xisha Station from 1976 to 2011 indicates that the strongest variability normally exists in August all through the whole troposphere. At the interannual scale, it is found that El Niño plays an important role in regulating the synoptic disturbances of atmosphere. The vertical synoptic disturbances have a double active peak following El Niño condition. The first peak usually occurs during the mature phase of El Niño, and the second one occurs in the summer of decay year. Comparing with the summer of developing years, the summer of the decaying year of El Niño has more active and stronger synoptic disturbances, especially for the 5-8 d period variations.     

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.     

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...     

南海北部海区波高与厄尔尼诺关系探究

以欧洲中期天气预报中心的23年再分析风场数据为基础,采用HIRHAM风场模式和SWAN海浪模型对南海北部海域的波浪场进行推算,并将南海北部海域的有效波高与厄尔尼诺指数作对比,探究两者的关系,分析结论如下：（1）南海海域波高具有较强的季节性变化特征,冬季波高大于夏季波高;（2）南海北部海域月平均波高与Niño3.4指数呈负相关,大部分海域呈中度相关,台湾和菲律宾之间的部分海域呈高度相关;（3）在强厄尔尼诺年,南海北部海域的有效波高明显偏小,且厄尔尼诺指数变化越大,波高越小;反之,在强拉尼娜年,南海北部海域的有效波高较大。     

热带太平洋第二类El Nio事件及其对中国气候的影响

基于热带太平洋次表层海温资料,分析了热带太平洋第二类El Nio事件海温异常的分布特征及其形成机制,讨论了与经典El Nio事件、El Nio Modoki、WP(西太平洋暖池)及CT(冷舌)El Nio事件之间的关系,揭示了第二类El Nio事件对中国降水的影响,得到以下结论。(1)第二类El Nio事件表征为热带太平洋次表层海温异常第三模态,占总方差贡献的4.7%。在海洋表面层,第二类El Nio事件暖期赤道东太平洋为沿赤道西伸的冷舌,热带中西太平洋为环绕冷舌的马蹄型大范围暖区。该型具11a和30~40a年代际振荡及3~4a年际变率,峰值多出现在春季。第二类El Nio事件是热带太平洋异常海面风应力场和赤道两侧的风应力旋度共同作用的结果,在赤道东印度洋-中西太平洋与赤道东太平洋-南美洲上空出现以反号垂直运动为特征的异常Walker环流。(2)El Nio Modoki与第二类El Nio事件有密切关系,它实质上是第二类El Nio事件次表层海温与近海面大气相互作用的结果,捕捉了第二类El Nio事件的主要信息。(3)第二类El Nio事件对中国春季及夏初降水有一定影响。在事件暖期,东海地区存在一个显著的异常反气旋性环流,其南侧的中国南方地区盛行异常东北气流,水汽来源减少,导致该地区少雨,其西侧的异常偏南气流北上直达华北地区,异常多水汽向北输送,并与北方的偏北流场相遇,导致该地区降水偏多。在第二类El Nio事件冷期相反。本文结果还指出,WP与CT El Nio事件是由经典El Nio事件第一模态与El Nio Modoki事件组合而成,它们不是独立的El Nio类型。此外,还讨论了夏半年El Nio事件对大气环流影响的物理过程。     

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。     

两类强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对中国近海鲐鱼栖息地的影响

鲐鱼是中上层鱼类,具有较高经济价值,其种群受到气候和海洋环境的显著影响。本文根据2006-2015年7-9月中国远洋渔业数据中心提供的中国近海鲐鱼捕捞和海表温度以及海面高度两个关键环境因子的数据,构建了基于捕捞努力量的鲐鱼综合栖息地指数模型,分析研究了在不同强度厄尔尼诺和拉尼娜条件下鲐鱼栖息地适宜性的变动规律。通过计算和交叉验证,结果发现,基于算术平均法的栖息地模型能够较好地预测鲐鱼渔场栖息地适宜性指数。空间相关性结果表明,鲐鱼渔场主要作业海域范围内海表温度异常与栖息地指数值呈显著正相关关系,而海表面高度异常与栖息地指数值呈显著负相关关系。不同强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对鲐鱼种群影响不同,具体表现为:相对于中强度厄尔尼诺事件（或中强度拉尼娜事件）,超强厄尔尼诺事件（或强拉尼娜事件）驱动鲐鱼主要作业海域内温度下降（或上升）,海面高度上升（或降低）,鲐鱼渔场适宜栖息地面积显著减小（或增大）,导致鲐鱼单位捕捞努力量渔获量骤减（或显著增加）。研究表明,中国近海鲐鱼栖息地适宜性与厄尔尼诺和拉尼娜事件显著相关,且随着异常气候事件强度的不同而发生变化。     

Air-sea heat flux exchange over the South China Sea under different weather conditions before and after southwest monsoon onset in 2000

With the data observed from the Second SCS Air-Sea Flux Experiment on the Xisha air-sea flux research tower, the radiation budget, latent, sensible heat fluxes and net oceanic heat budgets were caculated before and after summer monsoon onset. It is discovered that, after summer monsoon onset, there are considerable changes in air-sea fluxes, especially in latent heat fluxes and net oceanic heat budget. Furthermore, the analyzed results of five synoptic stages are compared. And the characteristics of the flux transfer during different stages around onset of South China Sea monsoon are discussed. The flux change shows that there is an oceanic heat accumulating process during the pre-onset and the break period, as same as oceanic heat losing process during the onset period. Moreover, latent fluxes, the water vapor moving to the continent, even the rainfall appearance in Chinese Mainland also can be influenced by southwester. Comparing Xisha fluxes with those obtained from the Indian Ocean and the western Pacific Ocean, their differences may be obeerved. It is the reason why SSTs can keep stableover the South China Sea while they decrease quickly over the Arabian Sea and the Bay of Bengal aftermonsoon onset.     

印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响

利用1951—2015年NOAA气候预测中心的SST扩展重建资料（ERSST V3b）、国家气候中心提供的我国160站月降水量资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的各气压层的水平风速、垂直速度和比湿资料,研究了印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响。结果表明,虽然东部型（中部型）厄尔尼诺年秋季我国长江以南地区降水偏多（少）,但当东部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季,我国长江以南地区降水偏多的程度显著提高;当中部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季,我国西南地区降水转为偏多,其他南方地区降水仍然偏少;当中部型厄尔尼诺与印度洋一致增暖型海温同时发生年秋季,我国整个长江以南地区降水偏少,且偏少的幅度要显著高于不考虑印度洋海温异常的情况。此外还对印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响的环流成因进行了分析。     

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.     

南海盐度对南海夏季风响应的初步分析

为分析南海盐度对南海夏季风的响应情况,采用1967-2001年共35年的月平均海洋同化数据(SODA)等资料,利用合成等分析方法,探讨了南海上层盐度与净淡水通量、风应力、Ekman抽吸速度的关系以及不同海域盐度对南海夏季风爆发以及季风强度的响应.结果表明,随着南海夏季风建立,南海北部、东部的盐度降低,南部盐度增加.在强季风年,南海北部沿岸、东部盐度偏低,南海南部马来西亚以北海域盐度偏高;弱季风年南海盐度异常分布则为北部、东部盐度偏高,南部盐度偏低.南海上层盐度对南海夏季风爆发和季风强度的响应均与南海的净淡水通量、风应力、Ekman抽吸速度存在密切关系.     

Relationship between Indian Ocean dipole and ENSO and their connection with the onset of South China Sea summer monsoon

1Introduction Indian Ocean dipole(IOD),a kind of localcharacteristics of variation of sea surface temperature(SST)in the Indian Ocean,behaves with an oppo-site SSTA symbol between the east and west parts ofthe tropical Indian Ocean(Yu and Liu,2004;Rongand…     

太平洋-印度洋暖池次表层水温与南海夏季风爆发

为探索太平洋—印度洋热带海域次表层水温对南海季风的影响,用Argo剖面浮标等实测资料,分析了太平洋—印度洋暖池次表层水温异常对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬季,太—印暖池次表层水温偏暖（冷）时,翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。太—印暖池次表层水温偏暖,可能引起Walker环流加强,西太平洋副热带高压偏弱,中心位置偏北偏东,南海和西太平洋上空对流层下层有气旋性距平环流出现,有利于低空西到西南气流的加强,导致南海夏季风爆发偏早;太—印暖池次表层水温偏冷,可能引起Walker环流东移并减弱,西太平洋副热带高压偏强,中心位置偏南偏西,南海和西太平洋上空对流层下层有反旋性距平环流出现,不利于低空西到西南气流的加强,导致南海夏季风爆发偏晚。结论：冬季,太—印暖池次表层水温偏暖（冷）,翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。     

南海夏季风爆发与南海热含量异常特征的相关分析

通过利用1958—2007年SODA月平均海温资料、1958—2008年NCEP/NCAR再分析资料以及1974—2008年NOAA卫星月平均OLR资料,分析了南海季风与南海上层海洋热含量之间的可能关系,发现南海夏季风爆发早晚与前冬南海上层海洋热含量存在显著的负相关,即当冬季南海上层海洋热含量偏高(低)时,次年南海夏季风爆发早(晚)。进一步对南海夏季风爆发异常年前期及前冬南海东部热含量异常年的相关大气环流特征分析后发现,南海夏季风爆发偏早和偏晚年前期的OLR特征、对流层环流特征及位势高度场分别与前冬南海东部热含量异常偏高和偏低年相一致。得出冬季南海东部热含量偏高(低)时,OLR在赤道东印度洋至我国南海及菲律宾以东为负(正)距平,南海地区对流加强(减弱);在纬向方向上,大气环流特征表现为正(负)的Walker距平环流,低纬Walker环流发展(减弱);在经向方向上,南海地区南北向局地Hadley环流加强(减弱);次年初春(3—4月)500hPa位势高度场在西太平洋副热带高压区总体为负(正)距平,副热带高压偏弱(强)。因此有(不)利于南海夏季风的早爆发。南海和西太平洋暖池区热含量异常都通过对流作用影响其上空大尺度...     

厄尔尼诺和台风共同影响下的7月份黄、东海海温变化

基于历史海温数据和台风路径数据,研究了厄尔尼诺/拉尼娜（El Niño/La Niña）背景下7月份中国近海海温变化特征。结果表明:7月黄、东海海温异常与El Niño/La Niña有显著相关关系,OISST和GODAS海温数据与Niño3指数同步相关系数分别为-0.32和-0.45。El Niño年7月,黄、东海海表温度异常低于-0.5℃的概率超过60%;La Niña年7月,黄海海温异常高于0.5℃的概率约有60%;正常年7月,海温异常的空间分布与El Niño年相反,但量值偏低。El Niño年7月,中国近海及邻近区域大气异常能够给局地带来更多降水;同时,受El Niño背景场的影响,入侵黄、东海的台风强度更强、影响时间更长。大尺度的降水和台风活动的影响是导致黄、东海海温异常降低的重要原因。因此,分析和预测7月份中国近海海温异常,在充分考虑El Niño/La Niña背景场的基础上,需要结合局地的大尺度降水和台风的影响同时分析,这为特定背景下结合不同时间尺度上的因素共同分析中国近海海温变化提供了一种思路。     

南海海表温时空演变与南海夏季风爆发早晚相关性初探

利用我国近海1986-2008年间的海温再分析资料,分析了南海海温异常的时空变化,重点揭示了南海夏季风爆发前后(4-6月)南海表层海温异常的时空演变特征,并探讨了其与南海夏季风爆发早晚的相关关系。结果显示,南海夏季风爆发前后南海表层海温异常存在一个显著时空演变模态,4月南海全域海表温度异常几呈负位相态势,其中正值信号首先出现于巴拉望岛以西海域,随后逐步向西向北扩展,5月南海大部已被海表温异常正位相控制,6月南海表层海温异常完成负-正位相转换。分析表明,南海表层海温异常时空演变的年际差异与南海夏季风爆发的早晚存在显著相关。综合已有研究认为,南海海表温异常时空演变所形成的季节内尺度的热力差异(主要包含演进趋势、速度和幅度等)可能是影响南海夏季风爆发早晚的一个重要因子,据此建立了海表温温差异常指标,其对南海夏季风爆发早晚具有较好的反映能力。此外,南海海表温异常时空演变与南海暖池的变化紧密关联。相关分析还发现,南海夏季风爆发前期南海暖池与印度洋暖池的海表温差异常存在显著正相关关系,而与西太平洋暖池为负相关关系。南海海表温异常季节内演变在印-太暖池区海表热力格局及差异形成背景下或可通过影响大尺度经向和纬向环流而引发南海夏季风爆发早晚之年际异常。     

印度洋热含量在南海夏季风爆发中的作用

利用Scripps海洋研究所0—400m上层海洋热含量资料和美国环境监测中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)的再分析资料,运用经验正交分解(empirical orthogonal function,EOF)等统计方法,研究在有ENSO影响和去除ENSO影响的情况下,前期春季印度洋热含量如何影响南海夏季风爆发。结果表明,在没有扣除ENSO信号的情况下,热带印度洋热含量EOF分解第一模态呈东西相反变化的空间分布。印度洋东部热含量为正(负)异常、西部为负(正)异常时,南海夏季风爆发较早(晚),印度洋上层热含量主要通过影响热带印度洋上空大气的垂直运动和高低层辐散辐合,进而影响季风纬向环流的强弱,来影响南海夏季风爆发的早晚。在扣除ENSO信号的情况下,印度洋热含量CEOF(conditional EOF)第一模态的空间分布类似于EOF第一模态的空间分布;第二模态表现为除小部分海区外,热带印度洋热含量呈一致变化的海盆模态。这两个模态对南海夏...     

南海珊瑚礁区34年卫星遥感海表温度变化的时空特征分析

选取NOAA OISST数据集的1982-2015年南海月平均海洋表面温度（SST）,先对东沙、西沙和南沙礁区海域的多年SST进行时间尺度上的统计,然后对该数据集进行距平场的经验正交函数（EOF）分解,研究南海海表温度的时间和空间年际变化特征。研究显示:（1）不同的礁区海域SST升温趋势不同,东沙礁区海域SST升温趋势最明显（0.216℃/（10 a））,西沙和南沙礁区SST的升温趋势分别为0.180℃/（10 a）和0.096℃/（10 a）;（2）西沙和南沙礁区全年处于珊瑚生长的最适海温范围内,东沙一年中有4个月海温较低,SST最高的月份分别集中在7月（东沙礁区）、6月（西沙礁区）和5月（南沙礁区）;（3） EOF第一模态的空间分布显示南海SST变化是同相位的,由西北—东南振幅量值递减,在礁区振幅从大到小依次为东沙、西沙、南沙;（4） EOF第一模态时间系数显示南海SST变化与El Niño事件相关。南海海表温度异常场与Niño3.4指数的相关性分析显示两者关联度最高为0.723,平均关联度也高达0.655;南海SST的变化滞后Niño3.4区7~8个月。综上,在全球变暖背景下,南海SST的变化不仅受到El Niño事件的影响,其不断上升也在悄然威胁珊瑚的正常生长。     

南海夏季风异常及其对南海与周边地区的大气和海洋要素的影响

通过对南海夏季风异常年夏季南海及周边地区主要海-气要素场的对比分析,得到以下主要结论:强、弱季风年夏季南海及周边地区的主要海-气要素都表现出明显的差异。强季风年夏季南海中南部地区低层西风加强、高层东风加强,以南海北部为中心存在气旋性距平环流,上升运动增强。相应地,南海及我国东南沿海地区对流和降水增强,而长江中下游地区降水偏少。弱季风年则表现出与强季风年几近相反的分布特征。此外,强季风年西太平洋副热带高压较弱季风年位置明显偏东、强度明显偏弱。与对流和降水的分布相对应,强、弱季风年夏季南海及周边地区大气热源状态的分布也表现出明显的差异,差别最显著的区域正是在南海及周边地区。在强季风年,西起孟加拉湾东至菲律宾以东的洋面上为较明显的热源增强区,而弱季风年则为明显的热源减弱区。此外,强、弱季风年,南海海域的海面高度、海洋环流、海表温度等表征海洋状况的要素分布也明显不同,分布形势几近相反。海温作为重要的外源强迫,不仅对季风环流的形成有重要作用,而且明显受到季风异常的影响,进而对局地的天气气候产生重要的滞后影响。     

南海夏季风爆发与冬春季南海上层海洋热含量关系的初探

利用1980年1月至2007年12月逐月的南海上层海洋热含量和逐层海温资料,分析了南海夏季风爆发早年和晚年前一年冬季和春季南海上层海洋热含量的时空分布特征及其与南海夏季风爆发的关系,并在此基础上,进一步探讨了热含量影响南海夏季风爆发早晚的可能原因。结果表明,南海上层海洋热含量的变化集中体现在中南部(8°~16°N,110°~120°E),而且热含量变化的信号在南海100~200 m之间最强。季风爆发早、晚年的冬春季,南海中南部热含量呈反位相变化。当南海夏季风早(晚)爆发,热含量为正(负)距平。南海夏季风爆发早晚与前期１~５月份南海中南部上层海洋热含量有显著负相关关系,尤其是3月份相关关系最好。当热含量为正(负)距平时,上层海洋异常得到(失去)热量,增大(减弱)了季风爆发前陆地冷海洋暖的海陆温差,有利于南海夏季风的早(晚)爆发。